# Einführung ## Fachthemen - [OSI](#iso-osi-7-schichtenmodell)-, [Hybrid](#hybrid-referenzmodell) und [TCP/IP-Referenzmodell](#osi-modell-und-tcp-ip-suite) - [Datenkapselung](#datenkapselung-klausur) / -entkapselung - [Sockets](#sockets), [Protokollgraph](#der-protokollgraph) - [Hardwarebausteine](#zusammenfassung-hw-bausteine) bzw. Kopplungselemente - ICMP, ARP, DHCP und DNS - Strukturierte Verkabelung - Kollisions- und Broadcast-Domäne - Ethernet (IEEE 802.3) mit CSMA/CD - Wireless LAN (IEEE 802.11) mit CSMA/CA und RTS/CTS - Subnetting (IPv4), Berechnung kleiner Subnetze - Routing versus Switching, VLAN, MPLS - Sockets (Prozess-zu-Prozess-Kommunikation) - 5er-Tupel (Quell-IP, Quell-Port, Ziel-IP, Ziel-Port, Transportprotokoll) - Router, Routing Protokolle und Distance Vector Routing - UDP(Header) und TCP(Header) - TCP Verbindungsauf- und abbau - TCP Flusskontrolle und Sliding Window - TCP Fehlerbehandlung durch Go-Back-N und Selective Repeat - TCP Slow Start und Congestion Avoidance - Flow Control versus Congestion Control - Silly-Window-Problem und Lösungen (Clarke und Nagle) - Gute Abschätzungen für TCP Timeout (Jacobson/Karels) - HTTP1.1 und HTTP2 über TLS und TCP - HTTP3 über (TLS1.3 und QUIC) über UDP ## Wertschöpfung für Anwendungen ![image_557.png](image_557.png) ## Technik der Netze > Pakete = konvergente Verpackung von Daten ![image_559.png](image_559.png) ## IP Header ### IPv4 ![image_605.png](image_605.png) ### IPv6 ![image_561.png](image_561.png) ### Vergleich IPv4 IPv6 ![image_562.png](image_562.png) #### IPv6 Header | Version | Traffic Class / Flow Label | Payload Length | Next Header | Hop Limit | |----------|-------------------------------------------------|-------------------------------|---------------------------------------------------------|-----------------| | wie IPv4 | Unterstützung von [QoS](#qos-parameter-klausur) | Paketlänge ohne Header [Byte] | wie "Protocol" in IPv4 / Typ des 1. Erweiterungsheaders | wie TTL in IPv4 | ## QoS Parameter (!!!KLAUSUR!!!) ### Throughput - [bytes/s] - min/max/avg benötigter Durchsatz ### Packet Loss ### Delay - [ms] - max tolerierbare Verzögerung - One-Way-Delay - Round-Trip-Delay (RTT) ### Jitter (=Delay Variation) - [ms] - Welche Fluktuationen in der Verzögerung sind akzeptierbar? ### Availability - [%] - Mit welcher Wahrscheinlichkeit ist der Service verfügbar? - manchmal "five times 9" = 99,999% der Zeit ## Schichtenmodelle ### Internet ![image_563.png](image_563.png) ### ISO-OSI 7-Schichtenmodell | | | |---------------------------------------------|---------------------------------| | [Anwendung](#7-application-layer) | ![image_564.png](image_564.png) | | [Präsentation](#6-presentation-layer) | ![image_565.png](image_565.png) | | [Kommunikationssteuerung](#5-session-layer) | ![image_566.png](image_566.png) | | [Transport](#4-transport-layer) | ![image_567.png](image_567.png) | | [Verbindung/Vermittlung](#3-network-layer) | ![image_568.png](image_568.png) | | [Sicherung](#2-data-link-layer) | ![image_569.png](image_569.png) | | [Bitübertragung](#1-physical-layer) | ![image_570.png](image_570.png) | #### Schichten ##### 1. Physical Layer - **ungesicherte** Verbindung zwischen Systemen - Übertragung unstrukturierter Bitfolgen über physikalisches Medium - Physikalischer Anschluss, Umsetzung der Daten in Signale ##### 2. Data Link Layer - gesicherter Datentransfer zwischen **direkt verbundenen** Dienstnehmern - Punkt-zu-Punkt-Übertragung - Zerlegung des Bitstroms ([1. Schicht](#1-physical-layer)) in Rahmen (_frames_) - **Fehlererkennung /-behebung**, Bestätigungsrahmen ##### 3. Network Layer - Logische Adressierung des Zielsystems, Fragmentierung - Wegewahl (Routing → **Internetworking**), Vermittlung, Staukontrolle ##### 4. Transport Layer - (fehlerfreier) Datentransfer **von Endpunkt zu Endpunkt** - bietet Transparenz bzgl. Übertragungs- und Vermittlungstechnik ##### 5. Session Layer - Ablaufsteuerung und -koordinierung (Synchronisation im weitesten Sinn) - **Kommunikationsbeziehung als Sitzung**, Dialogsteuerung - Verbindungsaufbau / -abbau, Durchführung und Flusskontrolle ##### 6. Presentation Layer - Datendarstellung von Informationen (Syntax, Semantik) - _Konvertierung EBCDIC ↔ ASCII_ - _Entschlüsselung_ - Kommunikation ermöglichen trotz **unterschiedlicher lokaler Datenformate** der Teilnehmer bzw. Endgeräte ##### 7. Application Layer - macht OSI-Benutzer Dienste verfügbar - stellt unterschiedliche **Dienste** bereit - _Dateitransfer, zuverlässiger Datenaustausch, entfernter Prozduraufruf_ - _HyperText Transfer Protocol (HTTP) für Webbrowser_ ##### (8. User) #### Darstellungen OSI-Modell ![image_572.png](image_572.png) ![image_573.png](image_573.png) ![What is the OSI Model.webp](What is the OSI Model.webp) #### OSI-Modell und TCP/IP-Suite ![image_574.png](image_574.png) ![image_599.png](image_599.png) ### Hybrid-Referenzmodell #### OSI vs. Hybrid ![image_575.png](image_575.png) ![image_576.png](image_576.png) ![image_684.png](image_684.png) #### Hybrid-Modell: Schnittstellen ![image_577.png](image_577.png) ##### Treiber > Schnittstelle zwischen Betriebssystem und Hardware, > werden i.d.R. vom Hersteller der Hardware bereitgestellt ##### Sockets > Schnittstelle zwischen Betriebssystem und Anwendung - Implementierung als Teil des Kernels oder als separate Bibliothek - Kombination von IP-Adresse und Port ![image_578.png](image_578.png) ### Horizontale vs. vertikale Kommunikation **Vertikale Kommunikation** - Nachricht wird Schicht für Schicht verpackt (Daten-Kapselung) - Dann Schicht für Schicht wieder entpackt (Daten-Entkapselung) **Horizontale Kommunikation** - muss nicht gekapselt werden, Schicht arbeitet mit gleicher Protokollfunktion ## Router vs. Switch | Features | Router | Switch | |-----------------|------------------------|----------| | Speed | slower | faster | | OSI-Layer | Layer 3 | Layer 2 | | Addressing used | IP | MAC | | Broadcast L3 | Blocks | Forwards | | Security | mehr features → higher | lower | ## Zusammenfassung HW-Bausteine - Repeater - Regeneriert und verstärkt elektr. Signal - keine Bitinterpretation - kennt keine Pakete / MAC-Adressen - Hub - Konzentrator für LANs - Multiport-Repeater - Bridge/Switch - physikalische Trennung von Netzen - Fehler- / Lasttrennung - meist Mechanismen zum Filtern - rudimentäre Mechanismen zur Wegefindung - Routing Bridge - Router - Entkopplung der (Teil-) Netze auf logischer Basis - aufgrund von Layer-3-Adressen - (IPv4, IPv6) - Steuert Verkehr zwischen Netzen - Routing - Arbeitet Protokollabhängig - Gateway - Umwandlung von Diensten - _ISDN-Telefonie auf VoIP_ - Security-Mechanismen möglich - _Firewall, Proxy_ ## Datenkapselung (Klausur!) ![image_600.png](image_600.png) ### konkretes Beispiel Datenkapselung ![image_601.png](image_601.png) - **Protokolle sind ineinander geschachtelt** - Schicht n nimmt Dienste der Schicht n-1 in Anspruch und stellt Schicht n+1 Dienste bereit - Beispiel TCP-Paket über IP-Netzwerk mit Ethernet: - ![image_603.png](image_603.png) - ![image_604.png](image_604.png) ## Der Protokollgraph ![image_606.png](image_606.png) - Struktur einer Eieruhr - IP als Mittelpunkt - gemeinsame Methode zum Austausch zwischen div. Netzwerken - Unterhalb von IP beliebig viele versch. Technologien - _Ethernet, WLAN, Bluetooth, ..._ ## Klassifikation von Netzwerken ### Nach Entfernung / Distanz ![image_607.png](image_607.png) > Schadet nicht je ein Beispiel zu kennen, evtl. Klausur > ![image_608.png](image_608.png) ### Leitungs- / Paketvermittelt - Leitungsvermittelt - Leitung nur zwischen Sender und Empfänger - Paketvermittelt - Paket mit ganz vielen, muss sich Empfänger selbst suchen ### Drahtgebunden oder Drahtlos