Lösungen zu Informations- und Telekommunikationstechnik Arbeitsheft, 3. Auflage

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1 1. HANDLUNGSSCHRITT Wireless Local Area Network kabelloses lokales Netzwerk Aufgabe 14 Vorteile: einfache Installation, bequeme Nutzung durch mobile Geräte (z. B. Notebooks oder Tablet-PCs), geringe Kosten, Flexibilität Nachteile: unsichere Technologie wegen einfacher Abhörmöglichkeiten, kein garantierter Datendurchsatz bei wachsender Anzahl von Netzwerkteilnehmern, häufige Störungen Ad-hoc-Topologie. Jeder Computer kommuniziert direkt mit jedem anderen Computer. Es gibt in diesen Netzwerken keine vordefinierte Struktur und keine Basisstationen. Alle Rechner oder Geräte sind gleichberechtigt. Diese Topologie entsteht, wenn die drahtlose Übertragung spontan einrichtet wird. Zell-Topologie (Infrastruktur). Jeder Computer kommuniziert direkt mit einer Basisstation. Der räumliche Bereich, in dem diese Kommunikation stattfindet, heißt Zelle. Will die Station A Daten an die Station B senden, so überträgt sie die Daten an die Basisstation. Die Basisstation übergibt diese Daten anschließend an die Station B. Bei WLAN wird das Protokoll CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/ Collision Avoidance) eingesetzt. Es steuert den Zugriff auf ein gemeinsames Medium, um Kollisionen zu vermeiden. Beim reinen CSMA/CA-Verfahren wartet die sendewillige Station, bis das Medium frei ist und dann noch eine zufällige Zeitspanne. Während der Übertragung hört sie das Medium nicht ab. Der Empfänger muss eine Bestätigung senden, wenn alle Daten richtig angekommen sind, ansonsten erfolgt eine Wiederholung der Sendung. Kollisionen können nur dann auftreten, wenn die Zeitspannen bei zwei Stationen zufälligerweise übereinstimmen. Dieser Versteckte Endgeräte A und C Algorithmus verursacht einige Probleme. Erstens kann es aufwendig sein, die ganze Sendung zu wiederholen. Zweitens verhindert die räumliche Ausdehnung möglicherweise den Empfang der Funksignale an einigen Rechnern. Folgende Situationen können auftreten: Ausgelieferte Endgeräte Station C Bildungshaus Schulbuchverlage Westermann Schroedel Diesterweg Schöningh Winklers GmbH Seite 42

2 Versteckte Endgeräte. Senden die Stationen A und C gleichzeitig die Signale an die Station B, dann erzeugen sie dort einen Konflikt. Die Stationen A und C können aber diesen Konflikt nicht erkennen, da sie einander nicht empfangen können. A und C werden immer wieder versuchen, ihre Sendungen zu wiederholen. Dieses Problem tritt auch dann auf, wenn die beiden Stationen ihre Sendungen nicht gleichzeitig beginnen. Die Stationen A und C sind in diesem Fall für einander die versteckten Endgeräte. Ausgelieferte Endgeräte. Wenn die Station C an die Station D senden möchte, während die Station B die Informationen an die Station A sendet, so erkennt die Station C die Signale von B und wartet auf das Ende ihrer Übertragung. Die Signale von der Station C können aber die Station A gar nicht erreichen. In diesem Fall ist das Warten unnötig. Die Station C ist den beiden Stationen A und B ausgeliefert. Um diese Probleme zu lösen, existieren einige verbesserte Varianten von CSMA/CA. Eine Variante heißt CSMA/CA RTS/CTS (Request to Send / Clear to Sen. Bei diesem verbesserten Protokoll reservieren der Sender und der Empfänger zuerst das ganze Medium für sich. Das passiert durch Austausch von zwei Signalen: RTS-Signal und CTS-Signal. Diese Übertragungsdauer registrieren alle anderen Stationen, damit sie erkennen, wann das Medium wieder frei ist. Wenn die Daten erfolgreich angekommen sind, sendet der Empfänger das ACK-Signal als Bestätigung. Kollisionen können hier nur beim RTS/CTS-Austausch auftreten. Diese Variante trägt auch Bezeichnung DCF (Distributed Coordination Function). Bei FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum) wechselt das Signal seine Trägerfrequenz (Übertragungskanal) innerhalb eines Bereiches nach einem Muster, das zuvor mit dem Empfänger vereinbart wurde. Auf restlichen Kanälen werden unbedeutende Daten gesendet oder sie stehen den anderen Stationen zur Verfügung. Insgesamt gibt es 79 Kanäle mit der Breite von 1 MHz. Bei DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum) wird ein zu sendendes Bit als eine Bitfolge kodiert. Dazu verwendet man ein Bitmuster und die logische XOR-Verknüpfung. Je länger das Bitmuster ist, desto mehr Bandbreite belegt das Signal. Der Vorteil dieses Verfahrens besteht darin, dass ein potenzieller Angreifer diese Signale nicht von Hintergrundgeräuschen unterscheiden kann. Beide Verfahren sind zueinander nicht kompatibel. 2. HANDLUNGSSCHRITT 3. Schicht: IP, ARP, ICMP, IGMP 4. Schicht: TCP, UDP Bildungshaus Schulbuchverlage Westermann Schroedel Diesterweg Schöningh Winklers GmbH Seite 43

3 Schicht 4 TCP UDP ICMP IGMP Schicht 3 IP ARP IP überträgt die Daten in einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung. ICMP überträgt Anfragen und Antworten zum Test des Netzwerkes. IGMP überträgt Daten in einer Multicast-Verbindung (Punkt-zu-mehreren- Punkten). ARP ermittelt die IP-Adressen zu den angegebenen MAC- Adressen. TCP ist für die zuverlässige Datenübertragung zuständig. UDP überträgt Daten im Gegensatz zu TCP ohne Gewährleistung des Empfangs. SMB, HTTP und FTP übertragen Dateien zwischen den Rechnern, DNS ist für die FQD-Namensauflösung zuständig, DHCP realisiert die Netzwerkeinrichtung der Computer. Da auf einem Rechner mehrere TCP/IP- Anwendungen (Server und Client) laufen können, werden sie vom Betriebssystem mit bestimmten Nummern registriert, um zu vermeiden, dass die Daten einer falschen Anwendung zugestellt werden. Diese Registrierungsnummern heißen Ports. Für Server sind die Ports standardisiert und können nur vom Administrator geändert werden. Die Clients erhalten freie Portnummern (> 1024), die nicht geändert werden können. 3. HANDLUNGSSCHRITT Da eine IP-Adresse in Netzwerkadresse und Hostadresse aufgeteilt werden kann, dient die Netzwerkmaske dazu, die Netzwerkadresse zu berechnen. Die Netzwerkadresse wird durch die logische UND- Verknüpfung von IP-Adresse und Netzwerkmaske definiert. Gleichzeitig definiert die Netzwerkmaske die Anzahl der Computer im entsprechenden IP-Netzwerk aus der Zahl der mit Nullen belegten Bits der Netzwerkmaske (2n-1, n ist die Zahl dieser Bits). Die erste und die letzte Adresse in einem Bereich wird den Rechnern nicht zugewiesen, denn sie dienen als Netzwerk- und Broadcastadressen. Subnetting ist die Aufteilung des vorhandenen Netzwerks in kleinere Netzwerke durch die Erweiterung der Netzwerkmaske. Bildungshaus Schulbuchverlage Westermann Schroedel Diesterweg Schöningh Winklers GmbH Seite 44

4 Lösungen zu Informations- und Telekommunikationstechnik Arbeitsheft, 3. Auflage Netzwerkadresse IP-Adresse des ersten Computers IP-Adresse des letzten Computers Netzwerkmaske (Subnetmaske) Anzahl der Computer Netzwerkmaske neu: oder /27 Binäre Darstellung: = ; = IP-Adresse kann in unterstrichenen Bits folgende Werte haben: 000, 001, 010, 011, 100, 101, 110, 111; Werte bilden die notwendigen 8 Subnetzwerke. 4. HANDLUNGSSCHRITT Microsoft Windows Phone, Android, ios 5, BlackBerry OS, Symbian. Die Betriebssysteme stellen die Grundfunktionen zur Verfügung. Sie sind besonders klein und arbeiten nur auf ganz bestimmter Hardware Apps sind die Programme (Applications), die auf den mobilen Geräten laufen. Applikationskasten ist ein Bereich auf dem Datenträger, wo die Anwendung Schreib- und Leserechte hat. Das gewährleistet zusätzliche Sicherheit gegen Viren und unerwünschter Software. Mit icloud können die Daten zwischen einzelnen Mobilgeräten und PCs synchronisiert werden und der Cloud-Dienst kann als Ablage für eigene Daten oder eingekaufte Inhalte dienen. Bildungshaus Schulbuchverlage Westermann Schroedel Diesterweg Schöningh Winklers GmbH Seite 45

5 5. HANDLUNGSSCHRITT Zuverlässigkeit, niedrige Kosten, Bedarfsorientierung, Geschäftsprozessorientierung Die technische Grundlage für das Cloud-Computing bilden die modernen Netzwerke. Eine besondere Bedeutung kommt den mobilen Kommunikationswegen bzw. drahtlosen Verbindungen zu. Der aktuelle Entwicklungsstand von technischen Komponenten, Protokollen und Software ermöglicht die Datenübertragung zwischen weit entfernten Standorten in wenigen Sekunden. Für den Cloud-Computing-Provider macht es daher Sinn, die erforderlichen Infrastrukturen an Standorten zu platzieren, wo dafür möglichst geringe Kosten entstehen. Infrastruktur (Infrastructure as a Service, IaaS) - Der Provider verwaltet Datenspeicherung, Kommunikationswege und Rechenleistungen. Der Auftraggeber ist für Betriebssysteme, Datenverarbeitung und Applikationen zuständig. Plattform (Platform as a Service, PaaS) - Der Provider verwaltet zusätzlich zum IaaS-Modell Betriebssysteme, Datenbanken und Sicherheitsmechanismen. Der Auftraggeber stellt seine Logik (Abläufe) für die Datenverarbeitung zur Verfügung, d.h. eigene Applikationen, Applikationsserver, Webserver usw. Anwendung (Software as a Service, SaaS) - Der Provider verwaltet zusätzlich zum PaaS-Modell die Applikationen und ist somit für die Logik (Abläufe) und Geschäftsprozesse des Auftraggebers verantwortlich. Der Auftraggeber nutzt alle vom Provider zur Verfügung gestellten Services. Cloud-Computing kann in der Firma FlowerPower für folgende Geschäftsprozesse verwendet werden: Der Kunde bestellt die Blumen per Internet, bezahlt die Bestellung und bekommt die Blumen geliefert. Die Firma kann für sich die neuen Waren (Blumen) ebenfalls per Internet bestellen. Die Firma kann ins Internet die Buchhaltung verlegen. Die Firma kann die Kontrolle über die Lagerbestände mittels Cloud-Computing durchführen. Bildungshaus Schulbuchverlage Westermann Schroedel Diesterweg Schöningh Winklers GmbH Seite 46

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