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Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 1 Computernetze 1 (CN1) Prof. Dr. Andreas Steffen Institute for Internet Technologies and Applications 1.

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1 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 1 Computernetze 1 (CN1) Prof. Dr. Andreas Steffen Institute for Internet Technologies and Applications 1 Grundlagen Netzwerke und Protokolle

2 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 2 Lesestoff im Ethernet Buch Kapitel 1 Eine Einführung in Netzwerke, Erforderliche Netzwerkelemente 1.2 Die Netzwerktopologien 1.3 Einteilung der Netzwerke 1.4 Die Netzwerktechnologien 1.6 Netzwerkarchitekturen

3 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 3 Computernetze 1 (CN1) 1.1 Netzwerk-Topologien

4 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 4 Network Symbols* *as used by Cisco Systems Inc.

5 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 5 Local Area Network (LAN) A network serving a home, building or campus is called a Local Area Network (LAN) Modern switch-based LANs usually have a star topology whereas older hub-based LANs were organized in a bus structure.

6 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 6 Wide Area Network (WAN) LANs separated by geographic distance are connected by a network known as a Wide Area Network (WAN) WANs usually have a point-to-point or ring topology The logical topology can be different from the physical one! failure

7 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 7 Internet The Internet is defined as a global mesh of interconnected networks

8 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 8 Computernetze 1 (CN1) 1.2 Segmentierung und Multiplexierung

9 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 9 Shared Network Communication Data is sent across a network in small chunks called segments Segmentation Messages or data streams are split up into segments Multiplexing Multiple users share the same communication channel

10 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 10 Example of Multiplexing and Segmentation ? ? Intermediary Device

11 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 11 Intermediary Devices provide connectivity and ensure the data flow across the network Examples Network Access Devices (hubs, switches, wireless access points) Internetworking Devices (routers) Communication Servers and Modems Security Devices (firewalls ) Role of Intermediary Devices I

12 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 12 Role of Intermediary Devices II Intermediary network devices perform the following functions: Regenerate and retransmit the data signal Maintain information about the pathways existing through the network and internetwork Notify other devices of errors and communication failures Direct data along alternate pathways in the event of a link failure Classify and direct messages according to Quality-of Service priorities Permit or deny the flow of data based on security settings

13 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 13 Computernetze 1 (CN1) 1.3 Netzwerk-Protokolle

14 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 14 What is a Protocol? A protocol is a set of predetermined rules

15 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 15 Function of a Network Protocol Network protocols are used to allow hosts or devices to communicate successfully Protocols provide: The format or structure of the message The process by which networking devices share information about pathways to other networks How and when error and system messages are passed between devices The setting up and termination of communication sessions

16 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 16 Protocol Suites and Industry Standards A standard is a process or protocol that has been endorsed by the networking industry and ratified by a standards organization. A protocol suite is a collection of protocols. Standards Organizations: IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers IETF - Internet Engineering Task Force ITU - International Telecommunications Union

17 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 17 Technology Independent Protocols Diverse types of devices can communicate using the same sets of protocols. This is because network protocols specify network functionality, but not the underlying technology required to support this functionality.

18 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 18 Computernetze 1 (CN1) 1.4 Das OSI Referenz Modell

19 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 19 Open System Interconnection Reference Model Application7 Presentation6 Session5 Transport4 Network3 Data Link2 Physical1 Layer 5/6 Interface Layer 4/5 Interface Layer 3/4 Interface Layer 2/3 Interface Layer 1/2 Interface Layer 6/7 Interface Application7 Presentation6 Session5 Transport4 Network3 Data Link2 Physical1 Layer 5/6 Interface Layer 4/5 Interface Layer 3/4 Interface Layer 2/3 Interface Layer 1/2 Interface Layer 6/7 Interface Layer 7 Protocol Layer 6 Protocol Layer 5 Protocol Layer 4 Protocol Layer 3 Protocol Layer 2 Protocol Layer 1 Protocol SenderReceiver Layer 2 Protocol Intermediary Device Layer 1 Protocol Routing Communication Link

20 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 20 OSI Reference Model - Application Layer Application7 Presentation6 Session5 Transport4 Network3 Data Link2 Physical1 Communication Link Die Anwendungschicht verschafft den Anwendungen Zugriff auf das Netzwerk (zum Beispiel für Datenübertragung, , Virtual Terminal, Remote Login, etc.). Der eigentliche Anwendungsprozess liegt oberhalb der Schicht und wird nicht vom OSI-Modell erfasst. Beispiele: DNS, FTP, HTTP, LDAP, NFS, NTP, SIP, SMTP, Telnet Quelle: Wikipedia

21 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 21 OSI Reference Model - Presentation Layer Application7 Presentation6 Session5 Transport4 Network3 Data Link2 Physical1 Communication Link Die Darstellungsschicht setzt die systemabhängige Darstellung der Daten (z.B. binäre Integer) in eine unabhängige Form um und ermöglicht somit den syntaktisch korrekten Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Systemen. Auch Aufgaben wie Datenkompression und Verschlüsselung gehören zur Schicht 6. Falls erforderlich, agiert die Darstellungs- schicht als Übersetzer zwischen verschiedenen Datenformaten, indem sie eine normierte Syntax wie z.B. ASN.1 oder XML verwendet. Beispiele: MIME, SSL, TLS Quelle: Wikipedia

22 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 22 OSI Reference Model - Session Layer Application7 Presentation6 Session5 Transport4 Network3 Data Link2 Physical1 Communication Link Die Kommunikationssteuerungsschicht oder Sitzungsschicht sorgt für die Prozess- kommunikation zwischen zwei Systemen. Um Zusammenbrüche der Sitzung und ähnliche Probleme zu beheben, stellt die Sitzungsschicht Dienste für einen organisierten und synchronisierten Datenaustausch zur Verfügung. Beispiele: Named Pipes, Sockets, RTP, Session establishment in TCP Quelle: Wikipedia

23 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 23 OSI Reference Model - Transport Layer Application7 Presentation6 Session5 Transport4 Network3 Data Link2 Physical1 Communication Link Zu den Aufgaben der Transportschicht zählen die Segmentierung von Daten- paketen, die Stauvermeidung (Congestion Avoidance), sowie optionale Fehlersicherung und Fehlerkorrektur. Die Transportschicht ist die unterste Schicht, die eine vollständige End-to-End Kommunikation zwischen Sender und Empfänger zur Verfügung stellt. Beispiele: TCP, UDP, SCTP, SPX, DDP Quelle: Wikipedia

24 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 24 OSI Reference Model - Network Layer Application7 Presentation6 Session5 Transport4 Network3 Data Link2 Physical1 Communication Link Die Vermittlungsschicht oder Netzwerk- schicht sorgt bei leitungsorientierten (connection-oriented) Diensten für das Schalten von Verbindungen und bei paketorientierten (connectionless) Diensten für die Weitervermittlung von Datenpaketen. Die Datenübertragung geht in beiden Fällen jeweils über das gesamte Kommunikations- netz hinweg und schließt die Wegesuche (Routing) zwischen den Netzknoten mit ein. Beispiele: IP, IPsec, ICMP, IGMP, OSPF, IPX, ATP Quelle: Wikipedia

25 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 25 Layer 3 Example: The Internet Protocol (IP)

26 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 26 OSI Reference Model - Data Link Layer Application7 Presentation6 Session5 Transport4 Network3 Data Link2 Physical1 Communication Link Aufgabe der Sicherungsschicht ist es, eine zuverlässige, das heißt weitgehend fehlerfreie Übertragung zu gewährleisten und den Zugriff auf das Übertragungs- medium zu regeln. Dazu dient das Aufteilen des Bitdatenstromes in Blöcke (Frames) und das Hinzufügen von Sequenznummern und Prüfsummen. Fehlerhafte, verfälschte oder verlorengegangene Blöcke können vom Empfänger durch Quittungs- und Wieder- holungsmechanismen erneut angefordert werden. Beispiele: Ethernet, WLAN, ATM, Frame Relay, HDLC, PPP Quelle: Wikipedia

27 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 27 Layer 2 Examples: Different Data Link Media

28 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 28 OSI Reference Model - Physical Layer Application7 Presentation6 Session5 Transport4 Network3 Data Link2 Physical1 Communication Link Die Bitübertragungsschicht stellt mechanische, elektrische und weitere funktionale Hilfsmittel zur Verfügung, um physikalische Verbindungen zu aktivieren bzw. zu deaktivieren, sie aufrechtzuerhalten und Bits darüber zu übertragen. Das können zum Beispiel elektrische Signale, optische Signale (Lichtwellenleiter, Laser), elektro- magnetische Wellen (drahtlose Netze) oder Schall sein. Beispiele: Ethernet, WLAN, RS-232, V.34, POTS, DSL, SDH Quelle: Wikipedia

29 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 29 Layer 1 Examples: Cables & Connectors Copper Fibre

30 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 30 Representations of Signals on Physical Media

31 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 31 Transmission Rate Units Unit of Bandwidth Abbreviation Equivalence Bits per second bps 1 bps = fundamental unit of bandwidth Kilobits per second kbps 1 kbps = 1000 bps Megabits per second Mpbs 1 Mbps = bps Gigabits per second Gbps 1 Gbps = bps Terabits per second Tbps 1 Tbps = bps Note: transmission rates are decimal (1 kbps = 1000 bps ) whereas storage capacity is binary (1 kbit = 1024 bits)

32 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 32 Protocol Data Unit (PDU) / Service Data Unit (SDU) Application7 Presentation6 Session5 Transport4 Network3 Data Link2 Physical1 Layer 5/6 Interface Layer 4/5 Interface Layer 3/4 Interface Layer 2/3 Interface Layer 1/2 Interface Layer 6/7 Interface Application7 Presentation6 Session5 Transport4 Network3 Data Link2 Physical1 Layer 5/6 Interface Layer 4/5 Interface Layer 3/4 Interface Layer 2/3 Interface Layer 1/2 Interface Layer 6/7 Interface SenderReceiver L6 SDUL5 SDUL4 SDUL3 SDUL2 SDUL1 SDU L7 PDU L7 SDUL7PL6P L6 PDU L5P L5 PDU L4P L4 PDU L3P L3 PDU L2P L2 PDU L1P L1 PDU LnP: Layer n Protocol Control Information (PCI) consisting of Header and optional Footer or Trailer Ln_PDU = Ln_PCI + Ln_SDU = Ln_PCI + L(n+1)_PDU

33 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 33 Example: Digital Voice Transmission over Ethernet Application7 Presentation6 Session5 Transport4 Network3 Data Link2 Physical1 Layer 5/6 Interface Layer 4/5 Interface Layer 3/4 Interface Layer 2/3 Interface Layer 1/2 Interface Layer 6/7 Interface Application7 Presentation6 Session5 Transport4 Network3 Data Link2 Physical1 Layer 5/6 Interface Layer 4/5 Interface Layer 3/4 Interface Layer 2/3 Interface Layer 1/2 Interface Layer 6/7 Interface SenderReceiver Codec Data Voice SamplesRTPUDPIP Communication Link RTPCodec DataRTPCodec DataUDPIPRTPCodec DataUDPCodec Data Voice Compression MAC

34 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 34 Addressing and Naming Schemes Each layer has its own and unique addressing and naming scheme

35 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 35 Computernetze 1 (CN1) 1.5 Das TCP/IP Modell

36 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 36 TCP/IP Protocol Suite

37 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 37 TCP/IP Protocol Stack of a Webserver

38 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 38 TCP/IP Reference Model Developed by the Advanced Research Projects Agency (ARPA) of the U.S. Department of Defence (DoD)

39 Steffen/Stettler, , 1-Grundlagen.ppt 39 Comparing the OSI and TCP/IP Models TCP/IP combines the upper three layers of the OSI model into a single Application Layer. Part of the OSI Session Layer (e.g. session management) has been integrated into the [TCP] Transport Layer. TCP/IP combines the lower two layers of the OSI model into a single Network Access Layer


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