Computernetzwerke PEARSON

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1 Andrew S. Tanenbaum David J. Wetherall Computernetzwerke 5., aktualisierte Auflage PEARSON Higher Education München Harlow Amsterdam Madrid Boston San Francisco Don Mills Mexico City Sydney a part of Pearson pic worldwide

2 Inhaltsübersicht Vorwort Kapitel 1 Kapitel 2 Kapitel 3 Kapitel 4 Kapitel 5 Kapitel 6 Kapitel 7 Kapitel 8 Kapitel 9 Register Einleitung Die Bitübertragungsschicht Die Sicherungsschicht Die MAC-Teilschicht (Medium Access Control) Die Vermittlungsschicht Die Transportschicht Die Anwendungsschicht Sicherheit in Netzen Leseempfehlungen und Bibliografie

3 Inhaltsverzeichnis Vorwort 15 Kapitel 1 Einleitung Einsatz von Rechnernetzen Geschäftsanwendungen Anwendungen im Privatbereich Mobile Benutzer Gesellschaftliche Aspekte Netzhardware Personal Area Network, Lokale Netze (LANs) Stadtnetze (MANs) Fernnetze (WANs) Internetworks Netzsoftware Protokollhierarchien Entwurfsaspekte bei Schichten Verbindungsorientierte und verbindungslose Dienste Basisoperationen von Diensten Beziehung zwischen Diensten und Protokollen Referenzmodelle Das OSI-Referenzmodell Das TCP/IP-Referenzmodell Das in diesem Buch benutzte Modell Vergleich: OSI- und TCP/IP-Referenzmodell* Kritik am OSI-Modell und OSI-Protokollen* Kritik am TCP/IP-Referenzmodell* Beispielnetze Das Internet Mobilfunknetze der dritten Generation* Drahtlose LANs: IEEE * RFID und Sensornetze* Standardisierung von Netzen Who's who in der Welt der Telekommunikation Who's who in der Welt der internationalen Normen Who's who in der Welt der Internetstandards Metrische Einheiten Überblick über das restliche Buch 111 Zusammenfassung 113 Übungsaufgaben 114

4 Kapitel 2 Die Bitübertragungsschicht Theoretische Grundlagen der Datenübertragung Fourieranalyse Signale mit begrenzter Bandbreite Maximale Datenübertragungsrate eines Kanals Gerichtete Übertragungsmedien Magnetische Medien Twisted-Pair-Kabel Koaxialkabel Trägerfrequenzanlagen Glasfaserleiter Drahtlose Übertragung Das elektromagnetische Spektrum Funkübertragung Mikrowellenübertragung Infrarotübertragung Lichtübertragung Kommunikationssatelliten* Geostationäre Satelliten MEO-Satelliten LEO-Satelliten Vergleich: Satelliten und Glasfaser Digitale Modulation und Multiplexing Basisbandübertragung Übertragung im Durchlassbereich Frequenzmultiplexverfahren Zeitmultiplexverfahren Codemultiplexverfahren Das öffentliche Telefonnetz Aufbau des Telefonsystems Politik im Bereich Telefonie Teilnehmeranschlüsse: Modems, ADSL und Glasfaser Verbindungsleitungen und Multiplexverfahren Vermittlung Das Mobiltelefonsystem* Die erste Generation der Mobiltelefone: Analoge Sprache Die zweite Generation der Mobiltelefone: Digitale Sprache Die dritte Generation der Mobiltelefone: Digitale Sprache und Daten Kabelfernsehen* Gemeinschaftsantennen-Fernsehen Internet über Kabel Zuweisung der Frequenzbereiche Kabelmodems Vergleich: ADSL und Kabel 224 Zusammenfassung 226 Übungsaufgaben 227

5 Kapitel 3 Die Sicherungsschicht Entwurfsaspekte der Sicherungsschicht Dienste für die Vermittlungsschicht Rahmenbildung Fehlerüberwachung Flusskontrolle Fehlererkennung und -korrektur Fehlerkorrekturcodes Fehlererkennungscodes Grundlegende Protokolle der Sicherungsschicht Ein utopisches Simplexprotokoll Ein Simplexprotokoll mit Stop-and-Wait für einen fehlerfreien Kanal Ein Stop-and-Wait-Simplexprotokoll für verrauschte Kanäle Schiebefensterprotokolle Bit-Schiebefensterprotokoll : Protokoll mit Go-back-N Protokoll mit selektiver Wiederholung Beispiele für Protokolle der Sicherungsschicht Packet over SONET ADSL 295 Zusammenfassung 298 Übungsaufgaben 299 Kapitel 4 Die MAC-Teilschicht (Medium Access Control) Die Kanalzuordnung Statische Kanalzuordnung Voraussetzungen für dynamische Kanalzuordnung Mehrfachzugriffsprotokolle ALOHA CSMA-Protokolle (Carrier Sense Multiple Access) Kollisionsfreie Protokolle Protokolle mit eingeschränkter Konkurrenz Protokolle für drahtlose LANs Ethernet Bitübertragungsschicht von klassischem Ethernet Ethernet-MAC-Teilschichtprotokoll Leistungsaspekte bei Ethernet Switched Ethernet Fast Ethernet Gigabit-Ethernet Gigabit-Ethemet Das Ethernet - ein Rückblick Drahtlose LANs IEEE Architektur und -Protokollstapel Die IEEE Bitübertragungsschicht Das IEEE MAC-Teilschichtprotokoll 353

6 4.4.4 IEEE Rahmenstruktur Dienste Drahtloses Breitband* Vergleich von IEEE mit IEEE und 3G IEEE Architektur und -Protokollstapel IEEE Bitübertragungsschicht IEEE MAC-Teilschichtprotokoll IEEE Rahmenstruktur Bluetooth* Architektur von Bluetooth Bluetooth-Anwendungen Bluetooth-Protokollstapel Bluetooth-Funkschicht Bluetooth-Verbindungsschicht Bluetooth-Rahmenstruktur RFID* Architektur von EPC Gen Bitübertragungsschicht von EPC Gen Tag-Identifizierungsschicht von EPC Gen Nachrichtenformate der Tag-Identifizierung Switches der Sicherungsschicht Verwendung von Bridges Leaming-Bridges Spannbäume und Bridges Repeater, Hubs, Bridges, Switches, Router und Gateways Virtuelle LANs 397 Zusammenfassung 405 Übungsaufgaben 406 Kapitels Die Vermittlungsschicht Entwurfsaspekte der Vermittlungsschicht Paketvermittlung unter Verwendung des Store-and-forward-Verfahrens Dienste für die Transportschicht Implementierung eines verbindungslosen Dienstes Implementierung eines verbindungsorientierten Dienstes Vergleich von VC-Netzen und Datagrammnetzen Routing-Algorithmen Das Optimalitätsprinzip Routing nach dem kürzesten Pfad Fluten Distanzvektoralgorithmus Link-State-Routing Hierarchisches Routing Broadcast-Routing Multicast-Routing Anycast-Routing 444

7 Routing für mobile Hosts Routing in Ad-hoc-Netzen Algorithmen zur Überlastungsüberwachung Prinzipien der Überlastungsüberwachung Routing unter Berücksichtigung des Verkehrs Zugangssteuerung Drosseln des Verkehrs Lastabwurf Dienstgüte Anforderungen der Anwendungen Traffic-Shaping Scheduling der Pakete Zugangssteuerung Integrierte Dienste Differenzierte Dienste Internetworking Unterscheidungsmerkmale von Netzen Verbindung von Netzen Tunneling Internetwork-Routing Fragmentierung der Pakete Vermittlungsschicht im Internet IPv IP-Adressen IP Version Internetsteuerprotokolle Label Switching und MPLS OSPF-Protokoll BGP Internet-Multicasting Mobiles IP 553 Zusammenfassung 557 Übungsaufgaben 558 Kapitel 6 Die Transportschicht Dienste der Transportschicht Dienste für die oberen Schichten Dienstprimitive der Transportschicht Berkeley-Sockets Beispiel für Socket-Programmierung: Ein Internetdateiserver Elemente von Transportprotokollen Adressierung Verbindungsaufbau Freigabe von Verbindungen Fehlerüberwachung und Flusskontrolle Multiplexing Systemwiederherstellung 602

8 6.3 Überlastungsüberwachung Gewünschte Bandbreitenzuordnung Regulierung der Senderate Probleme mit der drahtlosen Übertragung Internettransportprotokolle: UDP Einführung in UDP Entfernte Prozeduraufrufe Echtzeittransportprotokolle Internettransportprotokolle: TCP Einführung in TCP TCP-Dienstmodell TCP-Protokoll TCP-Header Verbindungsaufbau in TCP Verbindungsfreigabe in TCP Modellierung der Verwaltung von TCP-Verbindungen TCP-Schiebefenster Verwaltung von Timern in TCP TCP-Überlastungsüberwachung Die Zukunft von TCP Leistungsaspekte* Leistungsprobleme in Rechnernetzen Messung der Netzwerkleistung Hostdesign für eine Optimierung der Leistung Schnelle Segmentverarbeitung Header-Komprimierung Protokolle für Long Fat Networks Verzögerungstolerante Netze* DTN-Architektur Bündel-Protokoll 683 Zusammenfassung 686 Übungsaufgaben 687 Kapitel 7 Die Anwendungsschicht DNS - Domain Name System DNS-Namensraum Ressourcendatensätze Nameserver * Architektur und Dienste Benutzeragenten Nachrichtenformate Nachrichtenübertragung World Wide Web Übersicht über die Architektur Statische Webdokumente Dynamische Webseiten und Webanwendungen 763

9 7.3.4 HTTP - HyperText Transfer Protocol Das mobile Web Suchen im Web Streaming Audio und Video Digitales Audio Digitales Video Streaming von gespeicherten Medien Streaming von Live-Medien Echtzeitkonferenzen Content Delivery Content und Internetverkehr Serverfarmen und Webproxys Content-Delivery-Netze Peer-to-Peer-Netze 846 Zusammenfassung 857 Übungsaufgaben 858 Kapitel 8 Sicherheit in Netzen Kryptografie Einführung in die Kryptografie Substitutionschiffren Transpositionschiffren One-Time Pads Zwei Grundprinzipien der Verschlüsselung Algorithmen für die symmetrische Verschlüsselung DES - Data Encryption Standard AES - Advanced Encryption Standard Chiffriermodi Weitere Chiffren Kryptoanalyse Algorithmen für öffentliche Schlüssel RSA Weitere Algorithmen für öffentliche Schlüssel Digitale Signaturen * Signaturen mit symmetrischen Schlüsseln Signaturen mit öffentlichen Schlüsseln Message Digests Die Geburtstagsattacke Verwaltung öffentlicher Schlüssel Zertifikate X PKI - Infrastruktur für öffentliche Schlüssel Kommunikationssicherheit IPsec 919 8:6.2 Firewalls Virtuelle private Netze Drahtlose Sicherheit 929

10 8.7 Authentifizierungsprotokolle Authentifizierung auf der Basis eines gemeinsamen geheimen Schlüssels Einrichten eines gemeinsamen Schlüssels: Das Schlüsselaustauschprotokoll von Diffie und Hellman Authentifizierung mithilfe eines Schlüsselverteilungszentrums Authentifizierung mit Kerberos Authentifizierung mithilfe öffentlicher Verschlüsselung Sicherheit* PGP - Pretty Good Privacy S/MIME Sicherheit im Web Bedrohungen der Sicherheit Sichere Namensvergabe SSL - Secure Sockets Layer Sicherheit bei mobilem Code Soziale Themen Datenschutz Redefreiheit Urheberrechte 976 Zusammenfassung 979 Übungsaufgaben 981 Kapitel 9 Leseempfehlungen und Bibliografie Empfehlungen für weiterführende Literatur* Einführung und allgemeine Werke Bitübertragungsschicht Sicherungsschicht MAC-Teilschicht Vermittlungsschicht Transportschicht Anwendungsschicht Netzsicherheit Alphabetische Bibliografie* 997 Register 1015