Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

Die Präsentation wird geladen. Bitte warten

HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Algorithmen des Internets Sommersemester 2005 11.04.2005 1. Vorlesung Christian.

Ähnliche Präsentationen


Präsentation zum Thema: "HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Algorithmen des Internets Sommersemester 2005 11.04.2005 1. Vorlesung Christian."—  Präsentation transkript:

1 HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Algorithmen des Internets Sommersemester Vorlesung Christian Schindelhauer

2 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 2 Überblick Organisation –TermineTermine –UnterlagenUnterlagen –PrüfungPrüfung –Übung, Literatur und SprechstundeÜbung, Literatur und Sprechstunde Das Internet: Einführung und Überblick –TCP/IP, Das Web Mathematische Grundlagen IP: Routing im Internet TCP: Das Transport-Protokoll des Internets Die Struktur des World Wide Web und des Internets Suche im Web Web-Caching im Internet Peer-to-peer-Netzwerke Angriffe auf das Internet Jetzt Heute

3 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer Termine Vorlesung –jeden Montag Uhr (c.t.), Raum F0.530 Übung –Gruppe A: Mo 15-16, FU.116 (Stefan Rührup) –Gruppe B: Mo 18-19, F0.530 (Christian Schindelhauer) Start: Mo, –Übungsblätter online verfügbar ab dem Dienstag vor der Übung Anmeldung –zur Übung im Verlauf dieser Woche über StudInfo –zum Vorrechnen spätestens am Freitag vor der Übung (online über StudInfo)

4 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer Unterlagen Webseite der Veranstaltung –http://wwwcs.uni-paderborn.de/cs/ag-madh/WWW/Teaching/2005SS/internetALG/http://wwwcs.uni-paderborn.de/cs/ag-madh/WWW/Teaching/2005SS/internetALG/ –enthält alle vorlesungs- und übungsrelevanten Themen, Vorlesungsfolien –online zur Veranstaltung als Powerpoint und PDF-Dokument Skript –erscheint innerhalb einer Woche als PDF-Dokument –ist Grundlage der Prüfung Übungsaufgaben –erscheinen online am Dienstag auf der Web-Seite –sind Grundlage der Prüfung Lösungen für die Übungsaufgaben –gibt es nicht (von uns)

5 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 5 Prüfung(en) Es gibt zwei Prüfungen: –schriftliche Prüfung am Vier Aufgaben über den ersten Teil in 60 Minuten Bei aktiver Beteiligung an der Übung (1 Aufgabe(n) gelöst) Bewertung der besten drei der vier Aufgaben –mündliche Prüfung am oder Dauer 25 Minuten (für DPO 4 und Master-Studiengang Informatik) Bei Bestehen der ersten Prüfung: Prüfung über den zweiten Teil der Vorlesung Sonst (oder falls gewünscht): Prüfung über die gesamte Vorlesung Fall keine aktive Beteiligung an der Übung (2 Aufgaben gelöst) Lösen einer Aufgabe eine Stunde vor der Prüfung Aktive Beteiligung –Aufgabe vorrechnen (Reservierung online möglich) –Schriftliche Abgabe und Testat

6 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer Übung, Literatur und Sprechstunde Übung –Zweck Beantwortung von Fragen zur Vorlesung Präsentation (und Testierung) studentischer Lösungen –Aufgabenstellungen hauptsächlich aus dem Gebiet der Algorithmen und Mathematik –Einteilung (über StudInfo{flex}) Gruppe A: Stefan Rührup, Mo Uhr, FU.116 Gruppe B: Christian Schindelhauer, Mo Uhr, F0.530 Literatur –W. Richard Stevens, TCP/IP Illustrated Volume I, Addison-Wesley, 1996 (ergänzend) –Weitere Literatur wird bekannt gegeben Sprechstunde –nach Vereinbarung Tel.:

7 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 7 Überblick Organisation –TermineTermine –UnterlagenUnterlagen –PrüfungPrüfung –Übung, Literatur und SprechstundeÜbung, Literatur und Sprechstunde Das Internet: Einführung und Überblick –TCP/IP, Das Web Mathematische Grundlagen IP: Routing im Internet TCP: Das Transport-Protokoll des Internets Die Struktur des World Wide Web und des Internets Suche im Web Web-Caching im Internet Peer-to-peer-Netzwerke Angriffe auf das Internet Jetzt Heute

8 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 8 Das Internet ist das weltweite, offene WAN (wide area network) ist systemunabhängig verbindet LANs (local area networks) hat keine zentrale Kontrolle ist nicht das World Wide Web (WWW)

9 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 9 Die Geschichte des Internets 1961: Packet Switching Theory –Leonard Kleinrock, MIT, Information Flow in Communication Nets 1962: Konzept des Galactic Network –J.C.R. Licklider and W. Clark, MIT, On-Line Man Computer Communication 1965: Erster Vorläufer des Internet –Analoge Modem-Verbindung zwischen zwei Rechnern in den USA –Zwischen MIT Lincoln Lab (Calif., USA) und ARPA (Mass., USA) 1967: Konzept des ARPANET –Entwurfspapier von Larry Roberts 1969: Erster Knoten im ARPANET –an der UCLA (Los Angelos) –Ende 1969: vier Rechner verbunde Originaldiagramme des Ur-Internets

10 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 10 Netzwerke offen für alle Architekturen Konzepte von Robert Kahn (DARPA 1972) –Jedes (lokale) Netzwerk ist autonom arbeitet für sich muss nicht gesondert konfiguriert werden für das WAN –Kommunikation nach best effort schafft es ein Paket nicht zum Ziel, wird es gelöscht es wird von der Anwendung wohl wieder verschickt weden –Black Box Ansatz für Verbindungen Black Boxes später umgetauft in Gateways und Routers Paketinformation werden nicht aufbewahrt keine Flußkontrolle –Keine globale Kontrolle Das sind die Grundprinzipen des Internet

11 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 11 TCP: Flusskontrolle Aus der Kooperation zwischen Vint Cerf und Robert Kahn (1973) –ergaben sich folgende grundlegende Ansätze Kommunikation zwischen Prozessen auf Rechnern sind Byte-Ströme Flusskontrolle durch –gleitende Fenster (sliding windows) –Bestätigungen (acknowledgments) Parameter der Flusskontrolle werden zwischen Quelle und Ziel ausgehandelt –Anfangs war dies unspezifiert

12 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 12 Die Schichtung des Internets TCP/IP-Layer AnwendungApplicationTelnet, FTP, HTTP, SMTP ( ),... Transport TCP (Transmission Control Protocol) UDP (User Datagram Protocol) NetzwerkNetwork IP (Internet Protocol) + ICMP (Internet Control Message Protocol) + IGMP (Internet Group Management Protoccol) VerbindungLinkLAN (z.B. Ethernet, Token Ring etc.)

13 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 13 Beispiel der Schichtung

14 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 14 Anwendungsschicht (application layer) Anwendungen (z.B WWW, , Telnet, FTP) erzeugen Kommunikationsverbindungen zwischen zwei Rechnern im Netzwerk Anforderungen an Kommunikation: –Verbindungen sind bidirektional (oftmals Client-Server) –Datenmenge kann variieren –Die gegenläufigen Datenströme sind meist abhängig –Fehlerfreie Übermittlung der Datenströme wird vorausgesetzt –Kein Abbruch bei Verbindungspausen Kommunikation wird auf Transportschicht delegiert

15 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 15 TCP (transmission control protocol) –Erzeugt zuverlässigen Datenfluß zwischen zwei Rechnern –Unterteilt Datenströme aus Anwendungsschicht in Pakete –Gegenseite schickt Empfangsbestätigungen (Acknowledgments) UDP (user datagram protocol) –Einfacher unzuverlässiger Dienst zum Versand von einzelnen Päckchen –Wandelt Eingabe in ein Datagramm um –Anwendungsschicht bestimmt Paketgröße Versand durch Netzwerkschicht Kein Routing: End-to-End-Protokolle Transportschicht (transport layer)

16 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 16 TCP (I) TCP ist ein verbindungsorientierter, zuverlässiger Dienst für bidirektionale Byteströme TCP ist verbindungsorientiert –Zwei Parteien identifiziert durch Socket: IP-Adresse und Port (TCP-Verbindung eindeutig identifiziert durch Socketpaar) –Kein Broadcast oder Multicast –Verbindungsaufbau und Ende notwendig –Solange Verbindung nicht (ordentlich) beendet, ist Verbindung noch aktiv

17 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 17 TCP (II) TCP ist ein verbindungsorientierter, zuverlässiger Dienst für bidirektionale Byteströme TCP ist zuverlässig –Jedes Datenpaket wird bestätigt (acknowledgment) –Erneutes Senden von unbestätigten Datenpakete –Checksum für TCP-Header und Daten –TCP nummeriert Pakete und sortiert beim Empfänger –Löscht duplizierte Pakete

18 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 18 TCP (III) TCP ist ein verbindungsorientierter, zuverlässiger Dienst für bidirektionale Byteströme TCP ist ein Dienst für bidirektionale Byteströme –Daten sind zwei gegenläufige Folgen aus einzelnen Bytes (=8 Bits) –Inhalt wird nicht interpretiert –Zeitverhalten der Datenfolgen kann verändert werden –Versucht zeitnahe Auslieferung jedes einzelnen Datenbytes –Versucht Übertragungsmedium effizient zu nutzen = wenig Pakete

19 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 19 IP (Internet Protocol) + Hilfsprotokolle –ICMP (Internet Control Management Protocol) –IGMP (Internet Group Management Protocol) –Ermöglicht Verbund von (lokalen) Netzwerken –IP ist ein unzuverlässiger verbindungsloser Datagrammauslieferungsdienst Datagramm besteht aus Anwendungsdaten und Header: Absender, Zieladresse TOS-Feld (type of service) TTL-Feld (time to live)... (z.B. Paketlänge, Checksum für Header) Netzwerkschicht (I) (network layer)

20 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 20 IPv4-Header (RFC 791) |Version| IHL |Type of Service| Total Length | | Identification |Flags| Fragment Offset | | Time to Live | Protocol | Header Checksum | | Source Address | | Destination Address | | Options | Padding | Version: 4 = IPv4 –IHL: Headerlänge in 32 Bit-Wörter (>5) –Type of Service Checksum (nur für IP-Header) –Time to Live: maximale Anzahl Hops Protocol, identifiziert passendes Protokoll –Z.B. TCP, UDP, ICMP, IGMP Source and destination IP-address

21 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 21 Netzwerkschicht (II) (network layer) IP ist ein Datagrammauslieferungsdienst –Soweit möglich direkte Übergabe von Sender zu Empfänger –Sonst: Hop-Routing über Router IP ist unzuverlässig –Fehlerbehandlung: Falls Problem beim Routing: Lösche Datagramm Schicke Fehlermeldung durch ICMP an Absender Falls Problem beim Routing von ICMP-Fehlermeldung Lösche Fehlermeldungspaket –Keine Redundanz vorgesehen –TTL-Feld begrenzt Anzahl der Hops eines Datagramms

22 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 22 IP-Adressen und Domain Name System (DNS) IP-Adressen –Jedes Interface in einem Netzwerk hat weltweit eindeutige IP-Adresse –32 Bits unterteilt in Net-ID und Host-ID –Net-ID vergeben durch Internet Network Information Center –Host-ID durch lokale Netzwerkadministration Domain Name System (DNS) –Ersetzt IP-Adressen wie z.B durch Namen wie z.B. stargate.uni-paderborn.de und umgekehrt –Verteilte robuste Datenbank

23 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 23 Routing im Internet durch IP Routing-Prinzip für Datagramm im Router: –Falls Ziel = eigene ID, dann Übergabe an Transportschicht –Ansonsten falls Ziel-Netz = lokales Netz, dann verschicke Datagramm direkt an Zielrechner –Ansonsten suche gemäß Ziel-IP-Adresse den nächsten Router aus lokaler Routingtabelle und sende Datagramm zum nächsten Router Unterhalt von Routingtabellen –manuell (LAN) –oder automatisch durch RIP (Routing Information Protocol), OSPF (Open Shortest Path First)... –siehe nächste Woche

24 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 24 Verbindungsschicht (link layer) Schnittstelle zu lokalem Netzwerk –wie z.B. Ethernet, oder Token Ring Umwandlung von IP-Adressen in lokale Netzwerkadressen durch –ARP (Address Resolution Protocol) –RARP (Reverse Address Resolution Protocol) Evtl. Unterteilung der Datagramme in noch kleinere Pakete

25 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 25 Beispiel zum Zusammenspiel

26 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 26 Datenkapselung

27 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 27 Das World Wide Web Hypertext-Konzept –Vorläufer: Xanada, Ted Nelson, Vannevar Bush Entstand 1989 als Projekt am CERN (Genf) –Hypertext-System von Tim Berners-Lee Standards –HTTP (Hypertext Transfer Protocol) Information Anfordern von Web-Server durch Web-Browser –HTML (Hyptertext Markup Language) Dokumentbeschreibungssprache –URL (Uniform Resource Locator) Eindeutige Adresse einer Ressource für Hyperlinks Spätere Standards –Cascading Style Sheets (CSS) –JavaScript, –Hypertext Transfer Protocol Secure (HTTPS)

28 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 28 Überblick Organisation –TermineTermine –UnterlagenUnterlagen –PrüfungPrüfung –Übung, Literatur und SprechstundeÜbung, Literatur und Sprechstunde Das Internet: Einführung und Überblick –TCP/IP, Das Web Mathematische Grundlagen IP: Routing im Internet TCP: Das Transport-Protokoll des Internets Die Struktur des World Wide Web und des Internets Suche im Web Web-Caching im Internet Peer-to-peer-Netzwerke Angriffe auf das Internet Jetzt

29 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 29 Grundlagen Aus diesen Teilbereichen werden allgemeine Grundlagen vorausgesetzt: Algebra Analysis Kombinatorik Wahrscheinlichkeitstheorie Algorithmen Graphtheorie Typische Lücken (die in Prüfungen negativ auffielen) werden hier jetzt kurz aufgeführt.

30 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 30 Gesetze des Logarithmus, z.B. Potenzgesetze Algebra

31 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 31 Geometrische Reihe Polynomielle Reihen Summen

32 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 32 Formale Logik –Prädikatenlogik –Quantoren z.B. –DeMorgansche Regel Wahrscheinlichkeitstheorie –Wahrscheinlichkeiten –Erwartungswert –Varianz –Markov-Ungleichung –Chebyshev-Ungleichung Logik und Wahrscheinlichkeitstheorie

33 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 33 Wahrscheinlichkeitstheorie Diskrete Wahrscheinlichkeitsverteilungen –Gleichverteilung für n Werte –Binomialverteilung –Poisson-Verteilung, für ein λ Grenzwert der Binomialverteilung –Geometrische Verteilung

34 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 34 Asymptotik ae: Fast immer –almost everywhere io: Unendlich häufig –infinetly often O, o, Θ, Ω, ω-Notation

35 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 35 Nützliche (Un)-Gleichungen Exponentialfunktion Eulersche Zahl Stirlingsche Formel

36 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 36 Graphtheorie Definition: –ungerichteter Graph –gerichteter Graph Graphalgorithmen –Tiefensuche –Breitensuche Grapheigenschaften –schwache/starke Zusammenhangskomponenten –Eingrad, Ausgrad, Durchmesser –Cliquen Spezielle Graphen –Vollständiger Graph –Bipartite Graphen –Bäume

37 Algorithmen des Internets HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Christian Schindelhauer 37 Algorithmen Sortier-Algorithmen –Bucket-Sort, Quick-Sort, Heap-Sort, Radix-Sort Hash-Tabellen Binäre Suche Suchbäume –Skiplisten –höhenbalancierte/gewichtsbalancierte Bäume Komplexitätsklassen P und NP

38 HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität 38 Vielen Dank! Ende der 1. Vorlesung Nächste Vorlesung: Mo Nächste Übung: Mo Heinz Nixdorf Institut & Institut für Informatik Universität Paderborn Fürstenallee Paderborn Tel.: / Fax: /


Herunterladen ppt "HEINZ NIXDORF INSTITUT Universität Paderborn Algorithmen und Komplexität Algorithmen des Internets Sommersemester 2005 11.04.2005 1. Vorlesung Christian."

Ähnliche Präsentationen


Google-Anzeigen