Kommunikationssysteme

Kommunikationssysteme
Kommunikation und Netze Jürgen Schüler Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006
Inhaltsfolie 1 Literatur Kommunikation - Einführung Prinzip der Datenübertragungssysteme Technische Grundlagen der Kommunikation Datenstationen Datenübertragungsweg - physikalische Übertragungsmedien Beurteilungskriterien für physikalische Übertragungsmedien Übertragungsmedien im Vergleich Beispielhafte Anwendungen der Übertragungsmedien Datenübertragungsverfahren Übertragungsverfahren Gleichlaufverfahren Signalübertragungsverfahren Darstellungsformen von Impulsen für die Datenübertragung Betriebsarten Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Inhaltsfolie (2) Rechnernetze Netzwerktopologien Telekommunikationsnetze Angebotene TK-Netze Faktoren der Grundpreise (G) und der Verbindungspreise (V) Vermittlungsverfahren Verfahren für die digitale Übertragung ISDN Digitale Übertragung auf Telefonkabeln mit xDSL Aufbau eines ADSL-Systems Protokolle und ihre Verwendung in Netzwerken OSI-Referenzmodell für DÜ Transportnahe Standards Netzzugangsschicht: Leitungsvermittelte analoge Telefonnetze Netzzugangsschicht: Paketvermittelte Datendienste Anwendungsnahe Standards Schichteneinteilung bei ISO/OSI und TCP/IP Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Inhaltsfolie (3) LAN-Techniken im Vergleich Beurteilungskriterien für die Datenübertragung Bewertungskriterien Rechnernetze TK-Dienste: Internet und Sicherheit TK-Dienste: Internetdienste TK-Dienste: Sicherheitsdienste Ausprägung von Unternehmensnetzwerken Klassisches Terminalnetz Anschlußformen entfernter Datenstationen Netzverbund Sprach- und Datenkommunikation mit TK-Anlagen Klassische verteilte Verarbeitung Alternativen der Aufgabenverteilung bei verteilter Verarbeitung Prinzip des Client/ Server-Modells Formen der Aufgabenverteilung im Client/Server-Modell Alternativen der IV-technischen Verteilung Zentral gesteuerter Client/Server-Betrieb Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Literatur Stahlknecht, P.; Hasenkamp, U.: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl., Berlin 1999. Alpar, P. et al.: Anwendungsorientierte Wirtschaftsinformatik, 2. Aufl., Braunschweig 2000 Hohmann, Peter: Datenverarbeitung für Betriebswirte. Köln, 1997 Hansen, H.R.: Wirtschaftsinformatik I, 9. Aufl., Stuttgart 2005. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikation - Einführung
Kommunikation ist der Austausch von Informationen zwischen Sendern und Empfängern. Dazu gehört auch, dass Sender und Empfänger einander verstehen. Informationen (Bilder, Texte, Daten, Sound, Videos) werden für die Kommunikation digital umgesetzt. Mensch-Mensch-Kommunikation Mensch-Maschine-Kommunikation Maschine-Maschine-Kommunikation Kommunikationssystem ist die Gesamtheit aller Sender-, Empfänger- und Übertragungseinrichtungen wie Datenstationen, Leitungen, Übertragungsverfahren und Protokolle, etc.) Nach der Form ausgetauschter Informationen wird unterschieden: Sprachkommunikation Datenkommunikation Textkommunikation Bildkommunikation (Standbilder (Fax), langsame Bewegtbilder (WWW), Bewegtbilder (Videokonferenz) Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikation - Einführung
In der WI wird unterschieden zwischen Individualkommunikation, d.h. die Kommunikation zwischen einer beschränkten Anzahl von Partnern (Rechnerkommunikation in standortübergreifenden und standortspezifischen Netzen auf Basis von Vermittlungsnetzen) und der Massenkommunikation, d.h. die Kommunikation zwischen einer Quelle und einer unbegrenzten Anzahl von Empfängern, i.d.R. ohne Rückkanal zum Empfänger (Einwege-Kommunikation, bspw. Hörfunk, Fernsehen). Ausnahme: Breitband-Kabelnetze Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Prinzip der Datenübertragungssysteme
Datenstation Datenstation Kommunikations- einrichtung Endein- richtungen Datenübertragungswege Datenübertragungsverfahren Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Neben den Geräten, Leitungen und Verfahren werden Schnittstellen für den Anschluß der Geräte an die Netze und Protokolle zur Verständigung zwischen den an der Kommunikation beteiligten benötigt. DIN definiert das Netz als die Gesamtheit der Leitungen, Vermittlungsstellen und Teilnehmereinrichtungen. Standortübergreifend - unter Nutzung von Übertragungswegen von staatlich lizenzierten Betreibern - und innerhalb desselben Standorts Netzwerkarchitektur: Gesamtheit der Netzstrukturen, Hardware-Komponenten, Übertragungswegen und Steuerungssoftware Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Schnittstellen Schnittstellen sind Übergabestellen zwischen den Datenendeinrichtungen und den Übertragungswegen. Zu einer Schnittstelle gehören: die physikalischen Eigenschaften der Schnittstelle: mechanische und elektrische Eigenschaften die Bedeutung der an der Schnittstelle ausgetauschten Signale, wie etwa Aufbau von Befehlen und Meldungen und die gegenseitige Abhängigkeit der ausgetauschten Signale, wie die Richtung der Signale und die Reihenfolge der Bit Schnittstellennormierungen erfolgen durch die ISO, ANSI und DIN; auf internationaler Ebene die ITU-TSS (International Telecommunication Union - Telecommunication Standardization Sector) Serie V für das analoge Telefonnetz V.24: Serielle Schnittestelle für die analoge Übertragung V.32: DÜ für Modems (9.600 bit/s) u.a. V.90 für Bit/s Serie X für die digitale Netze, bspw. X.21: Schnittstelle zwishen DEE und DÜE für synchronen Betrieb in Datennetzen X.25: Schnittstelle zwischen DEE und DÜE für Paketvermittlung X.31: Paketvermittlung über ISDN Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Protokolle Zur Steuerung des Ablaufs der Datenübertragung werden Protokolle benötigt. Sie sind Vereinbarungen über den organisatorischen Ablauf jeder Übertragung. Der Ablauf jeder Übertragung besteht aus den Phasen Verbindungsaufbau Aufforderung zur Übertragung Übertragung Beendigung der Übertragung Verbindungsauflösung OSI (Open System Interconnection) hat das Ziel, offene Kommunikationssysteme zu standardisieren. ISO / OSI Referenzmodell .... Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Technische Grundlagen der Kommunikation
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Datenendeinrichtung (DEE):
Datenstationen Datenstation DEE DÜE Übertragungsweg Übertragungsverfahrenl Datenendeinrichtung (DEE): Datenübertragungseinrichtung (DÜE): Die DÜE setzt die von der DEE gesendeten Daten und Steuerinformationen entsprechend der vom Datenübertragungsweg geforderten Protokolle und Übertragungsverfahren zur Datenübertragung um. Sie besteht aus einem Signalumsetzer und einer Anschalteinheit. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Datenübertragungsweg - physikalische Übertragungsmedien
Verbindung Kabel- Funk- Optische Verbindung Verbindung Verbindung Kupfer- Glasfaser- Terrestrischer Satelliten- kabel kabel Funk funk Adern- Koaxial- Zellular- Infrarot- Laser- Richtfunk paare kabel funk Verbindung Verbindung Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Übertragungsmedien im Vergleich

Beispielhafte Anwendungen der Übertragungsmedien
Kupferkabel (werden heute nicht mehr verlegt) traditionelle Verkabelung „Telefonleitungen“ inhouse LAN-Verkabelung, die auch für die Datenübertragung genutzt wird. Koaxialkabel typische Verkabelung in internen Netzen (Backbone (Thicknet-Koaxial)) LAN, Kabelfernsehen verbreitet für die normale datenorientierte Client-Server-Anwendungen und Host-Terminalemulationen (interne Netze, ....) Glasfaserkabel neue Verkabelung für hohe Geschwindigkeiten und hohe Datenvolumina, (ablenkungssicher bspw. In Krankenhaus-Funktionsbereichen, Hochgeschwindigkeitsnetze im RZ-Betrieb) LAN, WAN, MAN (Metropolitan Area Network) Richtfunk Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Beurteilungskriterien für physikalische Übertragungsmedien
Übertragungsrate Bit per sec (bps), Kilobit per sec (Kbps), Megabit per sec (Mbps), Gigabit per sec (Gbps) Form der Signalübermittlung (digital, analog) durchschnittliche Bit-Fehlerwahrscheinlichkeit Maximale Länge, Reichweite Netzabdeckung Abschirmung Abhörsicherheit Störanfälligkeit Anzahl und Kosten für die Zwischenschaltung von weiteren Geräten Kosten für die Verlegung notwendige / vorhandene Übertragungsverfahren Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Datenübertragungsverfahren

Übertragungsverfahren
Zeichen- übertragungs- Gleichlauf- Signal- Betriebs bitseriell bitparallel asynchron synchron analog digital simplex halbduplex vollduplex Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Gleichlaufverfahren Asynchron: Die Synchronisation zwischen Sender und Empfänger wird durch ein Übertragungssignal (Start-/Stopp) hergestellt (Start-Stopp-Transmission). „Start-einzeichen-stopp“-“start-einzeichen-stopp“ Synchron: Die Synchronisation zwischen Sender und Empfänger wird durch eine Taktinformation unabhängig von der Datenübertragung erreicht. „start-übertragungvonzeichen-stopp“ Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Signalübertragungsverfahren
Analoges Übertragungsverfahren Analoge Quelle, Übersetzung in z.B. Telefon analoge Signale Analoger Modem Kanal, z.B. Telefonnetz Digitale Quelle, Übersetzung in Umwandlung z.B. PC elektrische Impulse digital analog Ô Digitales Übertragungsverfahren Analoge Quelle, Übersetzung in Umwandlung z.B. Telefon analoge Signale analog digital Ô Digitaler Kanal, z.B. ISDN Digitale Quelle, Übersetzung in z.B. PC elektrische Impulse Stahlknecht/Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Betriebsarten Simplex: Übertragung nur in eine Richtung; bspw. Fernsehen Halbduplex: zu einem Zeitpunkt kann der Sender senden, zu einem anderen Zeitpunkt empfangen, z.B. Wechselsprechanlage, Fernschreiber, Amateurfunk Vollduplex: Sender und Empfänger können gleichzeitig senden und empfangen (Telefon) Sender Übertragungskanal Empfänger Sender Empfänger Übertragungskanal Empfänger Sender Sender Empfänger Übertragungskanal Empfänger Sender Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Telekommunikationsnetze
Standortübergreifende Netze unter Zuhilfenahme der Übertragungswege bspw. der Telekom Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Telekommunikationsnetze
TK-Netze unterscheiden sich durch: die Form der Signalübertragung (digital / analog) die durchschnittliche Bit-Fehlerwahrscheinlichkeit unterschiedliche maximale Übertragungsraten die Vermittlungsart (Leitungs- oder Paketvermittlung) Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Angebotene TK-Netze Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Faktoren der Grundpreise (G) und der Verbindungspreise (V)
Telefon- Datex-P- Stand- ISDN netz Netz leitungen Verbindungsdauer V V Tageszeit V V Wochentag V V Entfernung V V G Übertragungsrate G G Datenvolumen V Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Vermittlungsverfahren
Leitungsvermittlung Für die Kommunikation zwischen zwei Teilnehmern wird für die Dauer dieser Kommunikation eine ausschließliche physikalische Verbindung bereitgestellt (Leistungsreservierung). Telefonnetz, Festleitungen zwischen Filialen und Zentrale Paketvermittlung Zwischen den Teilnehmern besteht eine virtuelle Verbindung, d.h. es wird keine physische Leitung reserviert. Dabei werden standardisierte Pakete mit Steuerinfos vom Sender an den Empfänger geschickt. Nach Ankunft beim Empfänger werden die Pakete quittiert „angekommen“ und ggf. neu sortiert. Datex-P (Pakete zu 1.024bit) Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

ISDN ISDN (Integrated Services Digital Network): Universal- und Telefonnetz zur integrierten Übertragung von Sprache, Daten, Bildern und Text Leitungsvermittlung digitales Netz Basisanschluß: 2 Nutzkanäle á 64 kbit/s und einen Signalisierungskanal (D-Kanal) mit 16 kbit/s. D.h. gesamte Übertragungsrate bis zu 144 kbit/s. Übertragungsrate ist 64 Kbit/s Standards und Protokolle sind in der I-Serie der ITU1-Empfehlungen zusammengestellt B-ISDN (Breitband Services Digital Network) ist ein Netz, das Sprach-, Daten-, Bild- und Video-Dienste im Megabit- und Gigabit-Bereich anbieten wird 1 International Telecommunication Union ( Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Verfahren für die digitale Übertragung
Basisband-Verfahren Für ein zu sendendes Signal wird die gesamte Bandbreite, d.h. das Frequenzspektrum eines Übertragungskanals genutzt. Breitband-Verfahren mehrere Signale (entsprechend mehrere Kanäle) werden gleichzeitig übertragen Signale werden auf unterschiedliche Trägerfrequenzen moduliert. nur auf digitalen Übertragungswegen Glasfaser und eingeschränkter Leistungsumfang auf Koaxialkabeln Multimedia-Anwendungen verlangen die digitale Übertragung Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Digitale Übertragung auf Telefonkabeln mit xDSL
xDSL (Digital Subscriber Line) ist ein Übertragungsverfahren auf einem analogen 2-Draht-Kupferkabel. Erreichbare Übertragungsgeschwindigkeit bis zu 2 Mbit/s in 64 Kbit/s-Schritten. die max. Entfernung zwischen 2 Punkten ist 6 Kilometer. Auf beiden Seiten ist ein Megabit- bzw. DSL-Modem nötig. Es wird unterschieden in: ADSL (Asymmetric DSL) HDSL (High-Bit-Rate DSL) RADSL (Rate Adaptive DSL) [ermittelt max. mgl. Übertragungsrate, QM] SDSL (Symmetric High-Bit Rate DSL) VDSL (Very High-Bit-Rate DSL) Verfahren, das preisgünstig implementierbar ist. Verbreitung des Einsatzes zunehmend. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Überblick über DSL Technologien

Aufbau eines ADSL-Systems
Netz Teilnehmer Telefonkabel (Hausanschluß) max. 768 kBit/s max. 8 MBit/s Telefon ADSL- Einheit Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Protokolle und ihre Verwendung in Netzwerken

Protokolle Protokolle sind Vereinbarungen über die Vorgänge Verbindungsaufbau, Verbindungshalten, Datenübertragung und Beenden der Datenübertragung und Verbindungsabbruch. Beispiel für das Arbeiten eines Protokolls in einem Netzwerk Herstellen der Verbindung mit dem Netzwerk „Ich will senden“ Fertigmachen der Daten zur Einstellung ins Netzwerk Hinzufügen von Steuerungsinformationen zu den Datenblöcken „Datenpaket1-Sender-Empfänger“, „Datenpaket2-Sender-Empfänger“ usw. Hinzufügen von Zeitangaben und Informationen zur Fehlerkorrektur Übergabe der Daten an die Netzwerkverbindung und Senden der Daten Feststellen der fehlerfreien Datenübertragung Abbruch der Verbindung Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

OSI-Referenzmodell für DÜ
Computer 1 Computer 2 Schicht 1 Schicht 2 Schicht 3 Schicht 4 Schicht 5 Schicht 6 Schicht 7 Anwendung Anwendung Darstellung Kommunikation Transport Vermittlung Sicherung Bitübertragung Darstellung Kommunikation Bildung eines Datenpakets Transport Bildung eines Datenpakets Vermittlung Sicherung Bitübertragung Übertragung Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Osi-Schichtenmodell Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

OSI-7-Layer-Modell Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

OSI-Referenzmodell für DÜ
Anwendungsschicht Bereitstellen von Anwenderdiensten (Filetransfer, , entfernte Auftrags-erledigung, Netzzugang, Datenbankzugriffe) Darstellungsschicht Art der Zeichendarstellung (EBDIC, ASCII, Grafikzeichen, Formate) Konvertierung entsprechend Protokollvereinbarung Kommunikationsschicht (Sitzungsschicht) Steuerung des Rechnerdialoges (Standardisierung, Betrieb und Abbau von Verbindungen) Prüfpunkteinbindung zur Kontrolle der fehlerfreien Übertragung Transportschicht regelt die fehlerfreie Übertragung der Datenpakete in der richtigen Reihefolge, ohne Duplikate Vermittlungsschicht Routing der Datenpakete (Adressierung an Empfänger, Umsetzung der logischen Adressen etc.) im Netz Sicherungsschicht Umgeben der Daten mit Datenrahmen (Empfänger-, Absenderadressen, Nutzdatenpakete, Steuerungsdaten) regelt die technisch fehlerfreie Übermittlung der Datenpakete Bitübertragungsschicht Übertragung der einzelnen Bits über die physikalischen Medien Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Transportnahe Standards
Transportschicht (Schicht 4): Transportprotokolle unterstützen die Verbindungen zweier Anwendungsprozesse. Sie haben die Aufgabe, die Verbindung zwischen Endsystemen zu Teilnehmerverbindungen unter Einbeziehung aller Dienste der darüberliegenden Schichten zu erweitern, d.h. eine end-to-end-Verbindung herzustellen. Verbindungsorientierte Transportprotokolle, wenn eine logische Verbindung zwischen den Kommunikationspartner eingerichtet wird; dann hat das Netz die Aufgabe, für die Sequenz, Eindeutigkeit und Vollständigkeit der beförderten Daten zu sorgen. verbindungslose Transportprotokolle (ISO 8602), wenn auf der Netzschicht keine Beziehung zwischen zwei Paketen besteht, auch wenn sie vom selben Sender zum selben Empfänger geschickt werden. Netzzugangsschicht (Schichten 1-3): Netzzugangsprotokolle regeln die Nutzung von Verbindungen zwischen Systemen und beschreiben die Schnittstelle zwischen den Endeinrichtungen und den Netzzugangseinrichtungen. Differenzierung nach ISO: Leitungsvermittelte analoge Telefonnetze Paketvermittelte Datennetze Integrierte Sprach- und Datennetze Lokale Netze Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Netzzugangsschicht: Leitungsvermittelte analoge Telefonnetze
Analoge Telefonnetze lassen sich nur begrenzt zur DÜ einsetzen. Die Übertragungsbandbreite ist auf 3,1 kHz begrenzt. Die Netzzugangseinrichtungen an beiden Endstellen werden durch Modems realisiert. Diese können Ü-Geschwindigkeiten von 300 Bit/s bis 56 Kbit/s realisieren. Die digitalen Signale der Endeinrichtungen werden durch das Sender-Modem in analoge Signale verwandelt und durch das Empfänger-Modem wieder in digitale Signale zurückverwandelt. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Netzzugangsschicht: Paketvermittelte Datendienste
X.25 regelt den verbindungsorientierten Zugang zu paketvermittelten Datennetzen öffentlicher wie privater Netzbetreiber. X.25 regelt den Verbindungsaufbau und -abbau, den Datentransfer während der Verbindung. X.25 stellt Protokolle für die Schichten des ISO-Referenzmodells bereit. Die Ü-Geschwindigkeit liegt zwischen 300 und Bit /s. Datex-P ist ein darauf basierendes Datennetz der Deutschen Telekom. Frame Relay paketvermitteltes Übertragungsverfahren der Schichten 1 und 2 des ISO-Referenzmodells Die korrekte Zustellung der Datenpakete liegt damit bei den Datenendgeräten. Damit besitzt Frame Relay einen geringeren Protokoll-Overhead und ermöglicht höhere Übertragungsraten. ATM (Asynchronous Transfer Modus) paketvermitteltes Ü-Verfahren, das auf jedem digitalen Übertragungsmedium betrieben werden kann. Breitbandverfahren Die Ü-Geschwindigkeit liegt zwischen 155 Mbit/s und 600 MBit /s Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Mobiler Datenfunk Analoge Mobilfunkdienste: C-Netz von T-Mobil, verschiedene Bündelfunkdienste „chekker“ Digitale Mobilfunkdienste GSM: D1, D2 DCS 1800: E1 (E-Plus), E2 (VIAG Interkom) erlauben eine leitungsvermittelte Datenübertragung bis bit/s. Dabei wird ein GSM-Kanal für die Dauer der Verbindung für den Datenstrom belegt. Die Abrechnung erfolgt i.d.R. nach Verbindungszeit. Die paketvermittelte Datenübertragung im GSM-Netz erfolgt unter GPRS „General Paket Radio Service" ist eine Erweiterung des GSM-Standards. Dabei überträgt GPRS die Daten-Pakete nur auf GSM-Kanälen, die gerade nicht für die Sprachkommunikation genutzt werden. Durch die automatische Kopplung von GSM-Kanälen ist in Zukunft die eine Übertragungskapazität von bit/s möglich. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Mobiler Datenfunk 2 Medacom: Reiner Datenfunkdienst (keine Sprachkommunikation) von T-Mobil, der an das Datex-P-Netz angeschlossen ist. UMTS (Universal Mobile Telephone System) ab 2005 breitbandige Übertragungsrate bis 2 Mbit/s über Mobiltelefon Multimediaanwendungen werden mobil verfügbar ÜBUNG: Welche Änderungen werden sich durch UMTS in der mobilen Nutzung ergeben? Wie werden sich die verfügbaren Endgeräte weiterentwickeln ? (s. z.B.: und ) Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Anwendungsnahe Standards
Anwendungsdienste der Schicht 7 des OSI-Referenzmodells sind unterscheidbar nach standardisierten und nicht-standardisierten (private, begrenzter Teilnehmerkreis) Anwendungsdiensten. Standardisierte sind allgemeingültig spezifiziert, ohne weitere Absprache nutzbar. Dies bedeutet, daß es übergeordnete Regeln und Verfahren für die Anwendungsdienste gibt, nach der weltweit die Endeinrichtungen verfahren. öffentliche Standards Telefax Videotex (BTX in D) private Standards SMTP / Message Handling System X.400 Directory Services X.500 File Transfer, Access and Management (FTAM) EDIFACT; HML/7 OSI Network Management Distributed Transaction Processing (DTP) Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Videotex (öffentlicher Standard) in D als Bildschirmtext (BTX) von der Telekom realisiert. Unterstützt Anwendungen von Informationsanbietern „Store and Forward“-Prinzip, keine direkte end-to-end-Kommunikation Endgeräte arbeiten mit einem am Netz angeschlossenen Großrechner zusammen MHS X.400 (Message Handling System) MHS auf Basis von X.400 ist ein akzeptierter internationaler Standard für den Nachrichtenaustausch für die Kommunikation zwischen Benutzern. Der MHS-Dienst ist an das Prinzip der gelben Post angelehnt und unterstützt die Handhabung von Nachrichten, den Austausch von Informationen und Mitteilungen. Weite Verbreitung in LANs und Basis von Bürokommunikationssoftware Directory Service X.500 Wie X.400 soll X.500 ein zentraler Dienst für MHSe sein. Stellt Namen, Adressen, weitere Attribute zur Verfügung „Telefonverzeichnis“ Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

File Transfer and Management (FTAM) unterstützt Dateitransfer, -zugriff und -verwaltung zwischen heterogenen Endsystemen differenzierter Zugriff auf Teilbereiche von Dateien mit komplexen Strukturen bei voll ausgebauten Systemen möglich Dateiverwaltung enthält Funktionen zum Erzeugen und Löschen von Dateien, Lesen und Ändern von Dateiattributen Dateitransfer erfolgt direkt zwischen 2 Endsystemen (i.G. zu X.400) leichter als X.400 in Anwendungen integrierbar Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

EDIFACT (Electronic Data Interchange For Administration, Commerce and Transport) Standard (ISO-Norm 9735) zur Strukturierung von Daten für den kommerziellen Datenaustausch zwischen Unternehmen. Die Strukturierung von Daten ist so neutral und flexibel, dass sie von den beteiligten Unternehmen gemeinsam nutzbar gemacht werden muss. Daten können damit zwischen Anwendungen (Bestellungen, Lieferungen, Rechnungen..) direkt ausgetauscht werden. Unternehmenseigene Datenstruktur wird in EDIFACT-Standard umgewandelt, an Partner-Unternehmen gesendet und in die Anwendungen wieder eingelesen. Aufgrund der hohen Anzahl der beteiligten Anwendergruppen und Nachrichten wurden für einzelne Anwendergruppen Subsets gebildet, bspw.: CEFIC (Chemie) EDIFICE (Computer und Elektronic) HLM/7 (Gesundheitswesen) Basis für EDIFACT ist bspw. X.400 und FTAM oder das Internet Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

ISO Network Management ISO entwickelte ein Managementmodell für Netzwerkmanagement-systeme sowie Managementdienste und -protokolle der Schicht 7 entwickelt. Ziel war gemeinsame Regeln und Protokolle für das Funktionieren von heterogenen Netzwerksystemen vorzugeben. Abgedeckte Bereiche: Konfigurationsmanagement Fehlermanagement Sicherheitsmanagement Leistungsmanagement Abrechnungsmanagement Distributed Transaction Processing (DTP) definiert die Mittel zur Steuerung von Datenbanktransaktionen, die mehrere Datenbanksysteme einbeziehen. Einsatz in verteilten Datenbanksystemen wie Buchungssysteme für Fluglinien, Reiseveranstalter und Banken Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Schichteneinteilung bei ISO/OSI und TCP/IP
TCP/IP-Protokollfamilie Schicht Schicht Protokollbeispiele 7 Anwendungsschicht FTP (File Transfer), Prozess/ 6 Darstellungsschicht SMTP ( ), Applikation HTTP (World Wide Web) Kommunikationssteuerungs- 5 schicht TCP Transmission 4 Transportschicht Host to Host Control Protocol 3 Vermittlungsschicht Internet IP Internet Protocol 2 Sicherungsschicht Lokales Netzwerk Ethernet, oder Token Ring, 1 Physikalische Schicht Netzzugriff FDDI Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

TCP/IP-Protokollfamilie 1
1978 vom amerik. Verteidigungsministerium als Standard für verteilte Systeme eingeführt de facto Standard für Kommunikationsprotokolle durch Verwendung im Internet. IP (Internet Protocol) steuert den Datenaustausch zwischen zwei Rechnern auf Grundlage von verbindungslosem Datentransfer. Hier findet i.w. eine Umsetzung auf das darunterliegende Netzwerk statt. D.h. bspw. eine Anpassung der Nachrichtengröße UDP (User Datagram Protocol) ist ein verbindungsloses Protokoll zum Transfer von Nachrichtenpaketen im Internet Transport Communication Protocol (TCP) setzt die Pakete des IP wieder zusammen. TCP arbeitet verbindungsorientiert und macht aus den Paketen Byte-Ströme. Auf diese kann wie auf Dateien zugegriffen werden IP TCP UDP FTP SMTP NNTP Telnet HTTP NFS DNS Schicht 3 Schicht 4 Schicht 5 Schicht 6 Schicht 7 Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

TCP/IP-Protokollfamilie 2
Telnet ermöglicht es einem Benutzer / Anwendungsprogramm eine TCP-Verbindung zu einem Login-Server eines entfernten IKS herzustellen. Daten werden direkt vom Terminal zum entfernten Rechner geschickt. Umgekehrt leitet das entfernte IKS Ausgaben direkt zum Terminal des Benutzers File Transfer Protocol (FTP) ermöglicht das Kopieren von Dateien über das Netz. FTP enthält Steuerinformationen zur Zeichendarstellung, zur Einstellung der Dateistruktur und des Übertragungsmodus sowie Einstellungen für den Zugriffsschutz. Network File System (NFS) kann Dateien und Verzeichnisse über das Netz verteilt speichern. Für Benutzer / Anwendungssysteme sind die Dateien und Verzeichnisse transparent. Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) stellt Empfangs- und Sendedienste von elektronischen Nachrichten zur Verfügung. Das zeichenorientierte Protokoll unterscheidet zwischen Kopf (Empfänger, Absender, Datum, Bezug..) und Rumpf (ASCII-Text). Network News Transport Protocol (NNTP) dient zum Zugriff auf Newsservern, die Beiträge zu Diskussionsgruppen speichern Domain Name System (DNS) wird für den Abgleich von logischen Namen von Servern im Internet zwischen Domain Name Servern (DNS) sowie zur Steuerung des Zugriffs von Clients auf den jeweiligen Name Server benutzt. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Mehrwertdienste Mehrwertdienste (VAS=Value Added Services) sind Dienstleistungen, die Netze (von lizenzierten Betreibern) benutzen und gegen Entgelt zur Verfügung gestellt werden. Basisdienste (reine Datenübertragung) Anwendungsdienste Speicherdienste Verteildienste Informationsdienste Transaktionsdienste Überwachungs-, Steuerungs- und Wartungsdienste Verarbeitungsdienste Beispiele: Telebox-400 ePost Corporate Networks Spezialform: Virtual Private Networks - Betreiber der VPN unterhält selbst keine Übertragungswege Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Online-Dienste Kommerziell betriebene Mehrwertdienste sowohl für die gewerbliche wie auch die private Nutzung. Beispiele: T-Online CompuServe Americal Online Microsoft Network ... Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Rechnernetze Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

LAN und WAN LAN (Local Area Network) definiert als lokales Netzwerk in einem Gebäude oder Grundstück Eigenschaften: hohe Übertragungsgeschwindigkeiten (10 Mbit/s bis 100Mbit/s) niedrige Fehlerrate geschlossener Zugang kurze Reichweiten (einige 100m bis wenige km) bei Verwendung von Kupferkabeln (Koaxial), bis zu 20km bei Glasfaserverwendung Serverbasierte Netzwerke / Peer-to-Peer-Netzwerke WAN (Wide Area Network) definiert als Netzwerk, das auch öffentliche TK-Dienste zur Überbrückung von öffentlichen Strecken nutzt für die öffentliche Verbindungsstrecke sind in der Regel besondere Verbindungsrechner / TK-Anschlüsse notwendig. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Netzwerktopologien Vermaschte Struktur Sternstruktur Ringstruktur Linienstruktur Busstruktur Baumstruktur Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Netzwerktopologien Busnetz alle Rechner sind an ein Buskabel/-system angeschlossen. Die Rechner packen ihre Datenpakete auf den freien Bus, der zwischen den Rechnern hin- und herfährt und seine Datenpakete beim Adressaten ablädt. Ist er wieder frei, kann er erneut beladen werden. Zugriffsverfahren CSMA / CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) Sternnetz alle Rechner sind sternförmig mit dem Zentralrechner (Server) verbunden. Die Signale werden vom Server an die angeschlossenen Computer übermittelt Hubs dienen der Reduzierung des Kabelaufwandes sowie weiteren Diensten wie Netzwerküberwachung, -diagnose und -korrektur Novell Arcnet Ringnetz alle Rechner sind über eine ringförmig verlaufende Leitung miteinander verbunden. Die Daten durchlaufen den Ring in einer Richtung und passieren jeden Computer. Token Ring Netz Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

LAN-Techniken im Vergleich

Beurteilungskriterien für die Datenübertragung
Protokolle entsprechend OSI-Standard entsprechend de facto TCP/IP-Standard Verbreitung und Kompatibilität der Protokolle (von welchen Rechnern werden die Protokolle verstanden) Datenübertragung Übertragungssicherheit und -robustheit Fehleranfälligkeit bei der Datenübertragung (Übertragungsmedien, Protokolle, Übertragungsverfahren) Möglichkeiten der Fehlerlokalisierung und -beseitigung Übertragungsraten Kosten für die Datenübertragung (Investitionskosten, geschätzte Anzahl der Benutzer, Häufigkeit und Volumina der DÜ, Administrations-, Betrieb- und Wartungskosten) Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Bewertungskriterien Rechnernetze
Bereitgestellte Dienste / Anwendungen Anzahl anschließbarer Endgeräte (Datenstationen, PCs, Drucker,...) Server (Drucker-, Datenbank-, Internet-, Anwendungsserver) Art des Rechnerverbundes: Kommunikations-, Lasten-, Daten-, Betriebsmittelverbund Entfernungen, notwendige Geräte (Router, Switches,..) Übertragungsraten Fehlerraten (Vertraulichkeit, Verfügbarkeit, Integrität) Netzwerkmanagementwerkzeuge Realisierungskosten (Installation, Inbetriebnahme, Administration, Wartung, Schulungen) bautechnische Randbedingungen Koexistenzen mit bestehenden Lösungen Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

TK-Dienste: Internet und Sicherheit

TK-Dienste: Internetdienste
Weltumspannender dezentraler Verbund von Rechnernetzen, die über Datenleitungen überwiegend permanent verbunden sind Transkontinentalkabel, Satellitenverbindungen als Hauptverbindungswege (backbones) der Kontinente regionale und internationale Internetdienstleiste (Internet Service Provider) sind an Knotenpunkten angebunden. ISP stellen ihren Kunden Einwählknoten zur Verfügung die lokalen Zugangspunkte (POP=Point of Presence) werden bei einigen ISPs verwaltet Transportprotokol TCP/IP als Basis Internet-Dienste FTP (File Transfer Protocol) Diskussionsforen, Online-Chat WWW (World Wide Web) - hypertextbasierte Seiten Suchhilfen Echtzeit-Audio und -Video ..... Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

HTTP (Hypertext Transport Protocol) als Protokoll zur Durchführung der Endgeräte - Server - Kommunikation. Seitenaufbau und -inhalte werden in einem einzigen HTTP-Paket auf den Client geladen. URL (Uniform Resource Locator) stellt ein einheitliches Adressierungsschema für die unterschiedlichen Objekte (bspw. Datei oder Internet-News) zur Verfügung. Transferprotokoll Server, Pfadinformationen, Filename, ggf. Benutzer und Passwort Interaktive Programme werden bspw. mit Java entwickelt Internet Banking Shopping Programme ..... CGI (Common Gateway Interface) ist die Spezifikation der Schnittstelle zwischen Gateway-Programmen und WWW-Servern. Unternehmensinterne Anwendung dieser Technologie ist das Intranet Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

TK-Dienste: Sicherheitsdienste
Sicherheitsdienste sind Programm(system)e, die Rechner, Speichermedien, Programme und Daten schützen sollen Die Sicherheit gewährleisten sollen bspw. Zugangssicherung Zugriffskontrolle Firewalls Virenschutzsoftware Kryptologie lediglich authorisierte Benutzer haben Zugriff (per Rechner) oder Zugang (räumlich) auf die IKS. Gestufte Sicherungssysteme (Rechner, Netze, Anwendungssysteme, Funktionen innerhalb von Anwendungssystemen, Datenbanken, Daten innerhalb von Datenbanken) Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

TK-Dienste: Sicherheitsdienste
Zugriffskontrolle Identifikation durch Benutzernamen / Codekarten / biometrische Verfahren Authentisierung durch Passwort / (PIN und TAN) Firewalls Firewall überwacht und protokolliert Zugriffe aus dem externen Netz in das unternehmensinterne Netz. Datenpakete werden bspw. nach ihrem Absender untersucht. Einem unerwünschten Zugriff wird der Zugriff auf die Ressourcen verweigert. Virenschutzsoftware (Viren und Würmer) soll das IKS vor bereits erkannten Viren und Würmer (benutzen Programme und Daten, um bei Eintritt bestimmter Ereignisse ausgelöst zu werden und ihre eigentliche Funktionalität zu entfalten) schützen, durch die Grundfunktionen Verhinderung der Infektion Erkennung der Infektion (Virenscanner) Beseitigung des Virus Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Prinzip der Firewall Internet-Zugang Firewall Screening Router Bastion Host KS PC Zentrale KS LAN DV-Anlage S KS = Kommunikationsserver PC S = Server allgemein Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kryptologie Kryptologie kryptologische Verfahren werden eingesetzt, um sensible Daten (Passwörter, Kreditkartennummer, etc.) bei der Übertragung über öffentliche Datennetze zu verschlüsseln. 4 Bestandteile Klartext (Zeichen in Bits) Chiffrierverfahren (komplexe Vorschriften zur Umformung) Schlüssel (geheime Ziffernfolge) Geheimtext (Kryptogramm) Ziel der Verschlüsselung ist es, den Klartext durch das Chiffrierverfahren derart umzuformen, dass es Außenstehenden nicht mehr möglich ist, ihn zu entschlüsseln. Damit der Empfänger die Nachricht wieder zur Orginalnachricht umformen kann, braucht der einen Schlüssel zur Dechiffrierung. Ein Kryptogramm kann nur der entschlüsseln, der den Schlüssel hat Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Verschlüsselungsverfahren
Symmetrische Verschlüsselung Sender und Empfänger verwenden denselben Schlüssel; dieser muß geheimbleiben Asymmetrische Verschlüsselung Sender und Empfänger haben zum Ver- u. Entschlüsseln unterschiedliche Schlüssel (Public (Schlüssel 1) and private key (Schlüssel 2)) Chiffrier- verfahren Klartext Dechiffrier- Krypto- gramm Schlüssel 1 Chiffrier- verfahren Klartext Dechiffrier- Krypto- gramm Schlüssel 1 Schlüssel 2 Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Ausprägung von Unternehmensnetzwerken

Klassisches Terminalnetz
Zentrale PC DV-Anlage Übertragungswege Terminal Terminal Kanal- verbindung Terminal Kommunikations- Terminal- rechner Controller (Vorrechner) Terminal Typische Anwender (zentrale und dezentrale Anwendungen mit Datenübertragung) Firmen-Rechenzentren Krankenkassen Versicherungen Banken Verwaltungen ... Service-Rechenzentren Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Anschlussformen entfernter Datenstationen
Punkt-zu-Punkt - Verbindungen Station A Zentrale Vorrechner Station B DV-Anlage Station C Mehrpunkt - Verbindungen Station A 1 Station A 2 Station B 1 Zentrale Vorrechner Station B DV-Anlage 2 Station C 2 Station C 3 Station C 1 Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Netzverbund LAN LAN LAN WAN
Zentrale DV-Anlage T Öffentliches Netz Terminal- Vorrechner T Steuereinheit LAN T Öffentliches Netz Öffentliches Netz K K Kopplungs- einheit LAN 1 R K K R R R (Ring) LAN 2 (Bus) R LAN R LAN WAN R = Rechner, K = Kommunikationsserver, T = Terminal Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Klassische verteilte Verarbeitung
Zentrale DV-Anlage Ebene 1: Hauptverwaltung Zentraler Rechner Vorrechner Ebene 2: Filialen Dezentrale Rechner R1 R2 TC bzw. Controller Datenstationen T PC T T PC T T T Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Alternativen der Aufgabenverteilung bei verteilter Verarbeitung
Dezentrale Verteilte Dezentrale Verteilte Präsentation Verarbeitung Verarbeitung Datenhaltung Zentral Datenhaltung bzw. Datenhaltung Datenhaltung Datenhaltung Server Netz Verarbeitung Verarbeitung Netz Datenhaltung Netz Netz Verarbeitung Verarbeitung Verarbeitung Dezentral bzw. Präsentation Präsentation Präsentation Präsentation Client Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Prinzip des Client/ Server-Modells
Entfernter Server Öffentliches Netz Kommunikations - server Daten - Client server Lokales Netz Client Client Druck - server Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Formen der Aufgabenverteilung im Client/Server-Modell
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Alternativen der IV-technischen Verteilung
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Zentral gesteuerter Client/Server-Betrieb
ZS Zentrales Rechenzentrum ZS ZS NS NS PC PC PC PC PC PC PC PC ZS= Zentralserver PC PC NS= Niederlassungs- Server Stahlknecht / Hasenkamp: Einführung in die Wirtschaftsinformatik, 9. Aufl. Kommunikationssysteme © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

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