Einführung in die. Überblick. Allgemeines. Übertragungskanäle. Prinzip der Datenkommunikation. V Internet, Grundlagen und Dienste

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1 2 Überblick Einführung in die Informationstechnik V Internet, Grundlagen und Dienste Grundlagen Datenkommunikation Datenübertragung analog, digital ISDN, DSL Netzarten und topologien Protokolle Internet Dienste im Internet IP Adressen, DNS 3 4 Allgemeines seit Windows 3.11 Netzwerkunterstützung Linux von Beginn an netzwerkfähig heute jeder Rechner vernetzt ausserdem PDAs mit WLAN Handys mit Bluetooth & WLAN Drucker, HiFi Anlage, intelligentes Wohnen 6 Prinzip der Datenkommunikation DEE DÜE DÜE DEE Übertragungskanal analog/digital drahtgebunden/drahtlos, optisch DEE DÜE Standardschnittstelle seriell parallel USB Rechnerbussystem drahtlos (Bluetooth) Datenendeinrichtung (Rechner) Datenübertragungseinrichtung (Modem, Netzwerkkarte) Übertragungskanäle analog, drahtgebunden klassisches Telefonnetz (POTS), Wählleitung analoge Standleitungen (veraltet) digital, drahtgebunden ISDN, Wählleitung DSL digitale Standleitungen 1

2 7 8 Datenübertragung Telefon analog bisher (ohne ISDN) analoge Übertragung zur Datenübertragung: aufprägen von Daten auf analoge Signale modulieren Empfänger demoduliert Signal Modem = Modulator/Demodulator/ Datenübertragung Telefon digital ISDN Integrated Services Digital Network ermöglicht schnelleren Verbindungsaufbau zwei Nutzkanäle von je 64KBit/s zwei Gespräche gleichzeitig möglich durchgehende digitale Verbindung keine Vertonung der Daten wie bei Modem Modem öffentliches Telefonnetz Modem 9 10 ISDN Datenübertragung Telefon digital Terminator Computer mit ISDN Karte (ISDN Modem) NTBA=Network Termination Basic Access S 0 Bus NTBA öffentliches Telefonnetz DSL Digital Subscriber Line hohe Datenübertragung über Telefonleitung entwickelt Ende der 1980er Jahre ADSL: Asynchrones Verfahren Downstream: klassisch 768KBit/s Upstream: 128KBit/s Bis 16Bit/s Downstream VDSL: Very High Speed Digital Subscriber Line bis 50MBit/s (200MBit/s technisch möglich) Downstream Erlaubt parallele Übertragung von: Internet, Telefon, TV DSL mit ISDN Netzarten mit Kabel 12 Computer mit ISDN und Netzwerkkarte Ethernet öffentliches Telefonnetz S 0 Bus DSL Modem/ Router NTBA Splitter (NTBBA) LAN: Local Area Network räumlich begrenzter Bereich (wenige km) MBit/s MAN: Metropolitan Area Network Stadt oder größere Firma, 100MBit/s... 1GBit/s WAN: Wide Area Network innerhalb eines Landes, Wissenschaftsnetz GBit/s GAN: Global Area Network weltweite Vernetzung, logische Zusammenfassung von LANs, MANs und WANs OVSt NTBBA= Network Termination Broad Band Access 2

3 13 14 Netzarten Drahtlos WLAN: Wireless Local Area Network drahtloses LAN, MBit/s Bluetooth: Funkverbindung von Geräten zum Datenaustausch PAN: Personal Area Network Name erinnert an Harald Blåtand, genannt Blauzahn, König von Dänemark, lebte MBit/s weitere Möglichkeit: Infrarot Netztopologien LAN Ring Stern Bus Backbone Netzwerktechnologie Ethernet 16 Skizze zum Ethernet (Robert Metcalfe 1976) 17 Anfang der 70er Jahre entwickelt Urheber: Robert Metcalfe Ether steht für Äther traditionell nur innerhalb eines Gebäudes heute auch weiter entfernte Geräte paketorientierte Datenübertragung BNC RJ Datenpaket Protokolle Im Netz versandte Dateneinheit Enthält neben den zu übermittelnden Informationen Adressdaten d Verwaltungsinformationen Unterschiedliche Datenpakete einer Übertragung wählen unterschiedliche Wege für Kommunikation notwendig: physikalische Verbindung Vereinbarung über Art und Abfolge des Datenaustausches Kommunikationsprotokoll beschreibt Aufbau eines Datenpaketes dessen Absender und Empfänger den Typ des Pk Pakets (z. B. Verbindungsaufbau, Verbindungsabbau bb oder reine Nutzdaten) die Paketlänge eine Prüfsumme regelt unter anderem: elektrischen Signale während Kommunikation Reihenfolge in der Partner kommunizieren Sprache die sie sprechen Beispiele: TCP, IP, HTTP, FTP, SMTP, IMAP, POP3, 3

4 Protokoll Beispiel Ablauf eines handvermittelten Ferngesprächs (ab 1877) Teilnehmer teilt Amt Verbindungswunsch durch Betätigen des Kurbelinduktors mit 1. Amt: Hier Amt, was beliebt? 2. Teilnehmer: wünsche mit Nummer 44 zu sprechen Wenn der gewünschte Teilnehmer frei war, hieß es: 3. Amt: bitte rufen und die Vermittlungskraft stellte mittels eines Schnurpaares die Verbindung zum B Teilnehmer her andernfalls: 3. Amt: schon besetzt, werde melden wenn frei 4. Teilnehmer: Verstanden Das Gesprächsende teilte der Anrufende der Vermittlungskraft durch erneutes Betätigen des Kurbelinduktors mit. Vermittlungskraft trennte die Verbindung und brachte die Klappe per Hand wieder in die Ausgangslage. Quellen: Protokolle Beispiel Rechnerkommunikation Verbindungsaufbau zwischen Rechnern: 1. Computer 1 schickt Paket mit Verbindungswunsch 2. Computer 2 schickt Paket mit Verbindungsbestätigung 3. Computer 1 bestätigt Computer 2, dass er verstanden hat, dass Computer 2 bereit ist Handshake oft ist Kommunikation Zusammenspiel verschiedener Protokolle 21 Netze von Netzen Nicht immer können alle Teilnehmer in einem Netz vereint werden zu viele Benutzer starke räumliche Trennung der Benutzer Verknüpfung mehrerer Netze erfolgt durch Verbindungsrechner (VR) Internet VR VR 22 Verbindungsrechner Beispiele Gateway: Rechner der Verbindung zum Internet herstellt Auch oft als Router bezeichnet Router: Verbinden Teilnetze des Internets Bestimmt nächsten Rechner, zu dem Datenpaket gesendet wird Dienen der Paketvermittlung für IP Protokoll komplexe Funktionalität zum optimalen versenden von Paketen Zustand der Routen Kosten (Zeitdauer) für den Versand 23 Internet Ende der 1960er Jahre entstand erstes richtiges Netz damals noch als ARPA Net bezeichnet verbunden wurden vier Standorte Zentren militärischer Forschung UCLA, SRI, UCSB, University of Utah in Salt Lake City zwei wichtige Dienste: TelNET Arbeit auf und Steuerung von entfernt liegenden Rechnern FTP Datentransfer zwischen entfernten Rechnern Schub durch Entwicklung von TCP Transmission Control Protocol IP Internet Protocol ARPA Net weiterhin militärisch Schaffung des universitären CSNet 24 Protokolle im Internet Internet Netz von Netzen Basis für die Übertragung bilden Protokolle (Beschreibungen über Format und Ablauf des Datenaustausches auf verschiedenen Ebenen): TCP: Transmission Control Protocol IP: Internet Protocol TCP sorgt für das Verpacken der Daten in Datenpakete IP ist für den Versand zuständig 25 4

5 26 27 Bits Einschub BINÄRES ZAHLENSYSTEM kleinste mögliche Informationseinheit Wortschöpfung aus binary und digit zwei Zustände ja / nein wahr / falsch hell ll/ dunkel Männlein / Weiblein links / rechts technisch einfache Realisierung möglich geladen / ungeladen Strom fließt / Strom fließt nicht 5V Spannung / 0V Spannung magnetisiert / nicht magnetisiert ultimativ: 1 oder Bytes komplexe Informationen werden durch Folgen von Bits dargestellt Die kleinste adressierbare Speichereinheit im Rechner ist das Byte (engl.: byte; Kunstwort, ausgesprochen: Bait) Folge von acht Bits können gemeinsam in einem Rechner verarbeitet werden Positions oder Stellenwertsysteme heute gebräuchlichste Art der Zahlensysteme kompakte Darstellung beliebig großer Zahlen mit wenigen Symbolen (Ziffern oder Zahlzeichen) Anzahl der Symbole: Basis des Zahlensystems Beispiele: Binärsystem: {0,1} Oktalsystem: {0,1,2,3,4,5,6,7} Dezimalsystem: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} Hexadezimalsystem: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,A,B,C,D,E,F} Dezimalsystem allgemeine Darstellung: Basis des Zahlensystems: B Ziffer: a i {0, 1, 2,, B 1} Zahl: <a 0, a 1, a 2,, a n > geschrieben: a n a n 1 a 2 a 1 a 0 Wert: a 0 *B 0 + a 1 *B a n *B n = a i *B i heute meist verwendetes System Basis: 10 Ziffern: {0,1,2,3,4,5,6,7,8,9} Beispiel: 4361 = 4* * * *10 0 = 4* * *10 + 1*1 =

6 32 33 Dual oder Binärsystem Basis für Computer Basis: 2 Ziffern: {0,1} Beispiel: = 1* * * * *2 0 = 1*16 + 0*8 + 0*4 + 1*2 + 1*1 = = 19 Natürliche Zahlen binär Bitfolgen zur Darstellung größerer Zahlen 1 Bit: 0 und 1 2 Bit: 0 bis 3 3 Bit: 0 bis 7 4 Bit: 0 bis 15 8 Bit: 0 bis Bit: 0 bis Bit: 0 bis n Bit: 0 bis 2 n 1 Darstellung der natürlichen (positiven!) Zahlen IP Adressen Jeder Rechner im Internet braucht eine Adresse Paketvermittlung erfolgt nur über Adressen IP Adresse ist 32 Bit lang = 4Byte, daher maximal 2 32 ( ) Rechner adressierbar Zur besseren Lesbarkeit dargestellt als: d 1.d 2.d 3.d 4 Dezimalwerte der 4 verwendeten Bytes Beispiel: Mögliche Abfrage ob ein Rechner im Netz verfügbar ist: ping <ip_adresse> oder <hostname> neues Adressformat IPv6 eingeführt, besteht aus 6 Bytes Rechner adressierbar = 340 Sextillionen Adressen genau: für jeden der 6.5 Mrd. auf der Erde lebenden Menschen Subnetzmaske: Möglichkeit ein Netz in Unter -Netze zu teilen Ähnlich einer Vorwahl Vorteil: Teilnetze können bestimmten Institutionsteilen zugeordnet werden Vereinfacht die Suche nach IP-Adressen Vergabe von IP Adressen statisch oder dynamisch statisch: IANA/ICANN Deutschland: DENIC: dynamisch durch Serverdienst: DHCP dynamic host configuration protocol IANA - Internet Assigned Numbers Authority ICANN - Internet Corporation for Assigned Names and Numbers RIPE - Réseaux IP Européens DENIC - Deutsches Network Information Center IANA ARIN RIPE APNIC LACNIC AfriNIC DENIC Spezielle IP Adressen lokaler Rechner (loopback) localhost private (nicht öffentliche) IP Adressen: siehe auch: ping 6

7 38 39 Domainnamen Anfangszeit des Internet: Adressierung nur über IP Adressen Alternativ: verteilte Datenbank zur Verwaltung von Namenim Internet Idee: Jedes Teilnetz verwaltet einen Bereich von Namen und hat selbst Bereichsnamen (domain name) Domainnamen Domainnamen bestehen aus mindestens zwei Komponenten: domain.topleveldomain, Beispiel: ovgu.de subdomain.domain.topleveldomain, Beispiel: fgse.ovgu.de ToplevelDomain: ld bezeichnet geographischen h oder organisatorischen Bereich Beispiel: de Deutschland, edu education Zweite Komponente: Domain Beispiel: uni magdeburg vollständig: uni magdeburg.de Toplevel Domains Geographische: de, it, fr, cz, pl, eu Organisatorische: edu, biz, mil, gov, org, info, name Teilweise werden freiwillige Kategorien eingefügt Beispiel: ac.uk, co.uk Vergabe in Deutschland über DENIC Dienste im Internet Verschiedene Protokolle für verschiedene Aufgaben bzw. zur Realisierung verschiedener Dienste Internet stellt nur Kommunikationsinfrastruktur zur Verfügung Beispieldienste: WWW Dateitransfer Benutzung entfernter Rechner DNS ICQ siehe auch: nslookup DNS Domain Name System verteilte Datenbank die den Namensraum der Adressen im Internet verwaltet Umsetzung von Domainnamen in IP Adressen (forward lookup) und umgekehrt (reverse lookup) Vorteile: dezentrale Verwaltung hierarchische Strukturierung des Namensraums in Baumform Eindeutigkeit der Namen Erweiterbarkeit E Mail zum Versand elektronischer Post verwendete Protokolle: SMTP Simple Mail Transfer Protocol POP 3 Post Office Protocol Version 3 IMAP Internet Message Access Protocol Anwendungen: Clients Anteil am globalen Datenverkehr: ca. 7% Quelle. Wikipedia 7

8 Client Port 25 (SMTP) Message Transfer System (MTS) SMTP Server POP3/ IMAP Server Port 110 (POP3) Port 143 (IMAP) SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Zuverlässiger Nachrichtentransfer Suche nach Ziel SMTP Server über DNS (Domain Name System) Weiterleitung dann lokale Auslieferung an POP3/IMAP Server Client Client POP3 vs. IMAP POP3: Keine ständige Verbindung zum Mailserver erlaubt nur das Auflisten, Abholen und Löschen von E Mails am E Mail Server Keine Verwaltungsmöglichkeiten auf dem Server s werden heruntergeladen und vom Anwendungsprogramm verwaltet IMAP: s bleiben auf dem Server Gesamte Verwaltung erfolgt auf dem Server Vorteil: Mehrere Zugänge von unterschiedlichen Rechnern Ports Adresskomponenten, in Netzwerkprotokollen eingesetzt, um Datenpakete den richtigen Diensten zuzuordnen bei TCP: Portnummer 16Bit: Werte registrierte Ports (IANA), darüber frei Beispiel HTTP Port: HTTP 143 IMAP 5190 ICQ 20 FTP weitere Dienste FTP zur Übertragung von Dateien Protokoll: FTP File Transfer Protocol Anwendungen: FileZilla, integriert in TotalCommander Telnet zur Benutzung entfernter Rechner Protokoll: Telnet Protocol SSH zur sicheren Benutzung entfernter Rechner Ähnlich Telnet aber mit verschlüsselter Datenübertragung Protokoll: SSH Protocol Weitere Dienste Peer To Peer Systeme zum Austausch von Dateien BitTorrent, edonkey, emule, Gnutella, FastTrack Anteil am globalen Datenverkehr: ca. 24% Rechner, die Dienste in Anspruch nehmen und diese ebenfalls zur Verfügung stellen Internet Telephonie Direkte Internet Telefonie Voice over IP Anteil am globalen Datenverkehr: ca. 12% World Wide Web Weltweites Gewebe Weltweite durch Hyperlinks verwobene Dokumente Internet realisiert die Übertragung von Webseiten verwendete Protokolle: HTTP HyperText Transfer Protocol HTTPS HyperText Transfer Protocol Secure Anwendungen: Webbrowser Anteil am globalen Datenverkehr: ca. 43% 8

9 Total Sites Across All Domains August 1995 November Organisation des WWW: W3C Auch: WWW Consortium: kümmert sich um Standardisierung und Normierung W3C keine zwischenstaatliche Organisation legt keine ISO Normen fest Zusammenschluss verschiedener Mitgliedsorganisationen u.a.: Apple, AT&T, Intel, Microsoft, SAP, SUN 51 Organisation des WWW: W3C Leitung: MIT (USA), INRIA (Frankreich), Keio University (Japan) Gründung: 1994 Gründer und Vorsitzender: Tim Berners Lee deutsch österreichisches Büro: FH Potsdam Techniken (Auswahl): HTML, XHTML, XML, RDF, OWL, CSS, SVG, RSS Empfehlungen für barrierefreie Gestaltung von Webauftritten 52 HTTP Hypertext Transfer Protocol 1989 von Tim Berners Lee zusammen mit dem URL und der Sprache HTML entwickelt Zustandsloses Protokoll: nach erfolgreicher Datenübertragung wird Verbindung nicht aufrecht erhalten Sitzungsdaten gehen verloren Cookies für Speicherung der Sitzungsdaten 53 Cookies Problem: Zustand einer Web Sitzung nicht oder nur auf dem WebServer speicherbar IP Adressen meist dynamisch vergeben Beispiel: Inhalt des Warenkorbs Lösung: Speicherung von Informationen zu einer Webseite auf dem Clientrechner Cookies Cookies: kurze Texte vom Webserver an den Webbrowser gesandt Vom Webbrowser in Datenbank gespeichert 54 HTTP Kommunikationsablauf Aktivieren des Links schickt an die Anfrage, die Ressource /infotext.html zurückzusenden Umsetzen des Namens über das DNS Protokoll in eine IP Adresse Senden einer Anforderung an den Webserver GET /infotext.html HTTP/1.1 Host: weitere Informationen in der Anfrage möglich 55 9

10 56 57 HTTP Kommunikationsablauf Antwort des Servers bestehend aus Header Informationen Inhalt der Nachricht = Webseiten Quellcode HTTP/ OK Server: Apache/ (Unix) PHP/4.3.4 Content-Length: (Größe von infotext.html in Byte) Content-Language: de Content-Type: text/html Connection: close (Inhalt von infotext.html) HTTP Statuscodes: Serverantworten, die Informationen über Fehlermeldungen etc. liefern 200 OK: Die Anfrage wurde erfolgreich bearbeitet und das Ergebnis der Anfrage wird in der Antwort übertragen. 201 Created: Die Anfrage wurde erfolgreich bearbeitet. Die angeforderte Ressource wurde vor dem Senden der Antwort erstellt. 400 Bad Request: Die Anfrage Nachricht war fehlerhaft aufgebaut. 401 Unauthorized: Die Anfrage kann nicht ohne gültige Authentifizierung durchgeführt werden. Wie die Authentifizierung durchgeführt werden soll wird im WWW Authenticate Header der Antwort übermittelt. 403 Forbidden: Die Anfrage wurde mangels Berechtigung des Clients nicht durchgeführt. Diese Entscheidung wurde anders als im Fall des Statuscodes 401 unabhängig von Authentifizierungsinformationen getroffen. 404 Not Found: Die angeforderte Ressource wurde nicht gefunden. Dieser Statuscode kann ebenfalls verwendet werden, um eine Anfrage ohne näheren Grund abzuweisen. 500 Internal Server Error: Sammel Statuscode für unerwartete Serverfehler The Web around Wikipedia ( ) Web 2.0 Cloud Computing Blogs Social Cataloging Social Web Tagging Kollaboration Web b2.0 Wikis Webservices Virtuelle Welten Communitys Folksonomy Semantic Web Social Bookmarking Podcasting Begriff: Web 2.0 Grundlage: Weiterentwicklung der Web Technologien Veränderung der Wahrnehmung des Webs technische h Sicht vs. soziale il Sicht Benutzung einer Versionsnummer, ähnlich wie bei Software Definition des Begriffs schwierig Versuch einer Annäherung 10

11 62 63 Web Konkretisierung Beispiele die die Veränderung des Webs charakterisieren: Web 1.0 Web 2.0 DoubleClick Google AdSense Ofoto Flickr mp3.com Napster Britannica Online Wikipedia personal websites blogging domain name speculation search engine optimization publishing participation directories (taxonomy) tagging ("folksonomy") content management systems wikis Was unterscheidet aber nun eine Web 1.0- Anwendung von einer Web 2.0-Anwendung? Web 2.0 Kriterien das Web als Plattform (anstatt des lokalen Rechners) Daten als wichtigste Grundlage Architektur desmitwirkens Verstärkung der Vernetzung Modulare Zusammenstellung von Systemen und Seiten Module von unterschiedlichen Entwicklern (Prinzip ähnlich OpenSource) Web 2.0 Kriterien Fortsetzung in der nächsten Woche verteiltes, gemeinsames Nutzen von Inhalten und technischen Diensten einfache Geschäftsmodelle Ende des klassischen Softwarelebenszyklus immerwährendes Beta Stadium Die Software geht über die Fähigkeiten eines einzelnen Verwendungszwecks hinaus. 11