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Einführung

Fachthemen

• OSI-, Hybrid und TCP/IP-Referenzmodell
• Datenkapselung / -entkapselung
• Sockets, Protokollgraph
• Hardwarebausteine 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

Technik der Netze

Pakete = konvergente Verpackung von Daten

IP Header

IPv4

IPv6

Vergleich IPv4 IPv6

IPv6 Header

Version	Traffic Class / Flow Label	Payload Length	Next Header	Hop Limit
wie IPv4	Unterstützung von QoS	Paketlänge ohne Header [Byte]	wie "Protocol" in IPv4 / Typ des 1. Erweiterungsheaders	wie TTL in IPv4

QoS Parameter

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

ISO-OSI 7-Schichtenmodell

Anwendung
Präsentation
Kommunikationssteuerung
Transport
Verbindung/Vermittlung
Sicherung
Bitübertragung

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) 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


OSI-Modell und TCP/IP-Suite

Hybrid-Referenzmodell

OSI vs. Hybrid

Hybrid-Modell: Schnittstellen

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

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!)

konkretes Beispiel Datenkapselung

• 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:
  • 
  • 

Der Protokollgraph

• 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

Leitungs- / Paketvermittelt

• Leitungsvermittelt
  • Leitung nur zwischen Sender und Empfänger
• Paketvermittelt
  • Paket mit ganz vielen, muss sich Empfänger selbst suchen

Drahtgebunden oder Drahtlos