Vorlesung Rechnernetze

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1 VSR EDU Verteilte und Selbstorganisierende Rechnersysteme Prof. Gaedke Vorlesung Prof. Dr. Ing. Martin Gaedke Technische Universität Chemnitz Fakultät für Informatik Verteilte und Selbstorganisierende Rechnersysteme Verteilte und Selbstorganisierende Rechnersysteme Prof. Gaedke ORGANISATORISCHES UND HEUTIGES PROGRAMM Ein paar Worte zur Vorlesung Organisatorisches zu Übungen, Prüfung etc. Ansprechpartner und Literatur Kapitel 1 - Einführung Sept. 1st, 2007 Tools for Schools chemnitz.de/ 2 Über die Vorlesung Veranstaltungen Die Vorlesung behandelt die grundlegenden Modelle, Verfahren und Technologien, die heutzutage im Bereich der digitalen Telekommunikation zum Einsatz kommen. Themen, u.a. ISO/OSI-Basisreferenzmodell, ein allgemein akzeptiertes Schema zur schichtweisen Modellierung von Kommunikationssystemen Physikalische Grundlagen im Bereich der Signalverarbeitung Klassische Netztechnologien wie Ethernet und Token Ring Verfahren für Medienzugriff bzw. gesicherte Übertragung Fragestellungen im Bereich der Wegewahl (Routing) Internet und die im Einsatz befindlichen Protokolle Moderne Komponenten zur effizienten Netzkopplung Grundlegende Mechanismen im Bereich Netzsicherheit Anwendungsnahe Protokolle, z.b. SMTP und HTTP 3 Vorlesung (2 SWS) Prof. Dr.-Ing. M. Gaedke Do., 11:30-13:00 Uhr Raum 1/305 (2+2 SWS) Prüfung Schriftlich - bzw. - Mündlich Übung (2 SWS) Dr.-Ing. J. Anders, u.a. Anmeldung, Termine etc. nächste Folien 4

2 Übungen Übungstermine Teilnahme an den Übungen Anmeldung über L:Aus (Lehrveranstaltungen: Anmeldungen und Scheine) Übungsaufgaben Bearbeitung der Übungsaufgaben nach Möglichkeit in Gruppen von bis zu drei Studierenden. Die Gruppe in jeder übersendeten angeben! Abgabe jeweils bis zur angegebenen Deadline per an den Übungsleiter. Wöchentlich (Straße der Nationen 62) Montag, :15, Raum 1/368a Montag, 17:15-18:45, Raum 1/205 Details und etwaige Aktualisierungen siehe Vorlesungsverzeichnis / Stundenplaner Informatik sowie Web-Seite zur Vorlesung Achtung die Übung findet ab dem statt. 5 6 und noch ein paar Worte zur Übung Adressen & Ansprechpartner Einige Übungsaufgaben erfordern die Programmierung einer Lösung hierzu wird Python verwendet Dynamisch typisierte, interpretierte Skriptsprache Voraussetzungen? Motivation eine neue Sprache zu lernen Python verfügbar für Linux- und Windows-Umgebungen (bereits eingerichtet auf den URZ-Linux-Installationen) Vorbereitung auf die erste Übung Python for Beginners Python-Tutorial Allgemeine Dokumentation Außerdem gnuplot zur Visualisierung Prof. Dr.-Ing. M. Gaedke Straße der Nationen 62, Haus B, Raum 1/B319 [email protected] Sprechzeiten nach Vereinbarung, vgl. Homepage Terminabsprachen über Sekretariat der Professur VSR Sekretariat der Professur VSR: Frau Steinbach, Raum 1/318 Tel.: +49 (371) Dr.-Ing. J. Anders Straße der Nationen 62, Haus B, Raum 1/B320 Tel.: +49 (371) [email protected] 7 8

3 Unterlagen zur Vorlesung Literatur zur Vorlesung Web-Server der Professur Vorlesungshomepage: Die Folien liegen als PDF-Dateien vor Die aktuellen Folien werden inkrementell ergänzt Follow me on Twitter Like us on Facebook 9 Grundlagen: A.S. Tanenbaum: Computernetzwerke. Prentice Hall / Pearson, 4. Auflage, ISBN Sehr gute allgemeine Einführung. (Deutsch und Englisch verfügbar) L. Peterson, B. Davie: Computernetze, dpunkt-verlag, 1. Auflage, ISBN X Etwas modernere, ebenfalls sehr gelungene Einführung. Spezielle Themengebiete: Weitere einführende Bücher: Ausführliche Grundlagen zu xdsl J. Kurose, K. Ross: Computer Networking, Addison Wesley, 1. Auflage, ISBN Telematik im Top-Down-Ansatz Viele verständliche Beispiele. F. Halsall: Data Communications, Computer Networks and OSI. Addison-Wesley, 4. Auflage, ISBN Als Lehrbuch nicht so geeignet wie Tanenbaum/ Peterson, aber oft sehr detaillierte Darstellung. A. Kanbach, A. Körber: ISDN - Die Technik. Hüthig-Verlag, 3.Auflage, ISBN Sehr empfehlenswertes Standardwerk zu ISDN. G. Siegmund: Technik der Netze. Hüthig-Verlag, 4. Auflage, ISBN Umfassendes Werk mit Schwerpunkt auf öffentlichen Netzen und ISDN T. Starr, J. Cioffi, P. Silverman: xdsl - Eine Einführung, Addison Wesely, 1. Auflage, ISBN W.R. Stevens: TCP/IP Illustrated, Vol. 1: The Protocols. Addison-Wesley, ISBN Grundlegendes über die TCP/IP-Protokollwelt. W.R. Stevens: TCP/IP Illustrated, Vol. 3: TCP for Transactions, HTTP, NNTP, and the UNIX Domain Protocols. Addison-Wesley, ISBN Anwendungsorientierte Aspekte von TCP/IP 10 Kapitelübersicht / Vorlesungsplan Vorlesung und Arbeitsmarkt Kapitel Titel Inhalt Organisatorisches 1 Einführung und allgemeine Allg. Grundlagen, Grundlagen Begriffsdefinitionen Beispiel ( RN Top-Down ) Achtung: 2 Signale & Bitübertragung in Überarbeitung Nachrichtentechnische Grundlagen, Übertragungsmedien 3 Kommunikationsmodelle Grundlegende Begriffe Dienste & Protokolle 4Wir Sicherungsschicht passen an Datensicherung, aktuelle Flusskontrolle, Medienzugriff, Entwicklungen Lokale Netze 5 Vermittlungsschicht Wegewahl, und IPv4, Trends IPv6, ARP... an. 6 Transportschicht Transportdienste, TCP, UDP 7 Anwendungssysteme , FTP,... WWW Client/Server, HTTP & HTML 8 Ausblick Einblicke in die aktuelle Forschung 11 Sieht sehr spannend aus: Informations- und Kommunikationstechnologiebranche (IKT oder aus dem Englischen ICT-Branche) Neue Medien Internet World Wide Web / WWW und viele weitere Begriffe......Grundlage: Verständnis von n (und Web) 12

4 Vorlesung und Forschungsaspekte Vorbereitung zum Start Einige Forschungsaspekte an der Professur Verteilte und Selbstorganisierende Rechnersysteme (VSR) Web Engineering Föderierte und Verteilte Systeme Internet-Systeme und Web-Anwendungen Service Orientierte Architekturen Service Infrastruktur Systeme Bausteine für Web-Anwendungen Identity Management IT-Management & Selbstorganisation Verteilter Systeme Umgebungsbewusste Anwendungen Sensoren und Web-basierter Systeme Audio-/Video Medien in n, Voice over IP Anwendungen Ubiquitäre Informationstechnologien Neben Rechnernetz Modellen, Internet und Co. werden wir zahlreiche Demos und Aufgaben am Beispiel Web kennenlernen. Hierzu ist es sehr sinnvoll einige grundlegende Web-Technologien zu vertiefen besonders hilfreich sind grundlegende HTML-Kenntnisse zu haben: Für Einsteiger: Eine der ersten Übungsaufgaben für Sie wird sein: Bauen Sie Ihre eigene Homepage! (2. Übung) Verteilte und Selbstorganisierende Rechnersysteme Prof. Gaedke Wichtige Entwicklungsschritte in der Telekommunikation KAPITEL 1: EINFÜHRUNG UND ALLGEMEINE GRUNDLAGEN Kapitel 1: Einführung 15 Rauchzeichen und Brieftauben stellen einfache Form der Fernübermittlung von Daten dar Optische Telegraphen z.b. Flügeltelegraphen für Napoleon (Claude Chappe, 1791/92) Drahtgebundene elektrische Telegraphie Morse in den USA, ab : Strecke London - New York (Unterseekabel) Telefon (Reis 1861,) Bell 1876, Edison 1877, ab 1880 öffentliche Telefonnetze Drahtlose Telekommunikation Telegraphie über Richtfunkstrecken ab ca Satelliten ab 1957 (Sputnik1) Internet-Vorläufer ab 1969 (4 Knoten) Ethernet als erstes lokales Netz ab 1976 WWW DIE Anwendung seit Anfang der 90er Weg ins Informationszeitalter Kapitel 1: Einführung 16

5 Informationszeitalter / Informationsgesellschaft Wirtschaftssektoren Telekommunikationsmärkte Erwerbspersonen, Anteil in % Agrarzeitalter Industriezeitalter Informationszeitalter Quelle: L.A. Nefiodow: Der fünfte Kontratieff Informationen Dienstleistungen Produktion 0 Landwirtschaft TK-Dienstbenutzer soll direkt oder indirekt Dienste bezahlen TK-Dienstanbieter bietet Mehrwertdienste auf Basis der Leistungen der TK- Netzbetreiber an (z.b. Internet-Provider, Anbieter in IN (Intelligentes (Telefon-)Netz) wie z.b , 0900-Dienste TK-Netzbetreiber betreibt als öffentliches oder privates Unternehmen das so genannte Basisnetz (Signaltransportnetz) Beispiel: Deutsche Telekom AG, Vodafone D2 GmbH Telekommunikationsausrüster stellt die Hard-/Software-Gerätetechnik für die anderen Funktionsgruppen bereit Beispiel: Siemens AG, Alcatel usw. Ein Unternehmen kann dabei auch mehrere Funktionen übernehmen Kapitel 1: Einführung 17 Kapitel 1: Einführung 18 Entwicklungstrend: Mobile Kommunikation Entwicklungstrend: Technische Kommunikation Jedermann, zu jeder Zeit, an jedem Ort (mit jeder Kommunikationsform) Heute: Telekommunikation zwischen Menschen im Vordergrund anybody, anytime, anywhere Schrittmacherrolle: Mobiltelefonie wird Festnetztelefonie übertreffen weltweite Abdeckung durch Satellitensysteme Unterscheidung: Benutzermobilität Gerätemobilität Ziel: Übertragung von Sprache, Daten, Audio, Video... Kapitel 1: Einführung 19 Zukünftig: Technische Geräte / technische Systeme kommunikationsfähig / Web of Things Vermischung von Realität und Virtualität Beispiele: Produktionseinrichtungen Tele-Diagnose, Tele-Wartung, Tele-Betrieb Kommunikation in/mit Fahrzeugen u.a. Verkehrstelematik Hausnetze Sicherheit, Haushaltsgeräte-Kommunikation, Heizungssteuerung, Twitter-Waschmaschine usw. Kapitel 1: Einführung 20

6 Entw.-Trend: Ubiquitäre Informationstechnologien Entwicklungstrends in der Übersicht Ubiquität ( Allgegenwärtigkeit ): Nichtgebundensein an einen Standort Information als überall erhältliches Gut Information Technology (IT) beyond the PC Persönliche Technologien Zugang zu IT-Diensten mit sich herumtragen Beispiele: Persönliche Digitale Assistenten (PDAs), Wearable Devices Informationsumgebungen Zugang zu IT-Diensten überall vorhanden Beispiele: Intelligente, kommunikationsfähige Geräte/Systeme, Aktive Gebäude (cooperative buildings) Ubiquitäre Unterstützung wirkt im Hintergrund, wird selbst aktiv, (teil-)autonom von Menschen. Kapitel 1: Einführung 21 Und immer wichtiger: - Virtualisierung (Cloud Computing) - Services - Benutzer als Datenlieferant - Spiele im Netz: Web Kapitel 1: Einführung 22 Grundlage: (Vernetztes System) Das Beispiel: Kommunikationssystem Internet LAN 2 mobile Teilnehmer LAN 1 Distanz zw. Rechner im Rechensystemen selben 10 m 100 m 1km 10 km 100 km km Raum Gebäude Gelände Stadt MAN Land Kontinent LAN WAN Internet Kopplung von unterschiedlichen Netzen auf der Basis gewisser Kommunikationsprotokolle Drahtloses LAN Backbone Das Internet gehört heute und in absehbarer Zukunft zu den größten und bedeutendsten weltweiten Kommunikationssystemen Dient in der Vorlesung an verschiedenen Stellen als Beispiel Kapitel 1: Einführung 23 Kapitel 1: Einführung 24

7 Das Internet Das Internet besteht aus einer Menge von Computern, die dasselbe Netzwerkprotokoll verwenden (TCP/IP) irgendwie (direkt oder indirekt) miteinander verbunden sind gewisse Dienste anbieten oder benutzen einer Menge von (menschlichen oder technischen) Nutzern, die vom Arbeitsplatz direkten Zugriff auf die angebotenen Dienste haben, einer Menge von weiteren, über Gateways erreichbaren Netzen. Dienste im Internet Im Internet häufig genutzte Dienste: World Wide Web (WWW) Plattform für hypermedialen Informationsaustausch und Geschäftsdienste Basis Hypertext Transfer Protocol (HTTP) Elektronische Post ( ) Austausch von digitalen (multimedialen) Nachrichten Basis Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) Dateitransfer Abrufen oder Übermitteln von Dateien Basis File Transfer Protocol (FTP) Netzwerkverwaltung Überwachung und Kontrolle von vernetzten Systemen Basis Simple Network Management Protocol (SNMP) Prof. Dr. Martin Gaedke Professur Baden-Württemberg VSR Fakultät für Informatik Deutschland TU Chemnitz Welt Kapitel 1: Einführung 25 Kapitel 1: Einführung 26 Beispiel RN Top Down Demo: Ausgangssituation 1. Das kennen wir schon: Surfen im Web, hier am Beispiel Hello World 2. Demo: Darstellung was passiert Fragen zu Datenaustausch 1. Wie greift der Browser auf die Seite zu? 2. Was ist denn URL, DNS-Name, IP-Adresse, Port, MAC-Adresse? 3. Wie hängt das alles zusammen? Kapitel 1: Einführung 27