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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 1 Fachhochschule Wels Mechatronik Wirtschaft - MEWI FH Campus Wels Einführung in die Informatik VL 3: Netzwerkgrundlagen: LAN, WLAN, Internet WS 2011 / 2012 Dr. Karl H. Kellermayr
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 2 Definition Netzwerk o Begriffsfestlegung Sobald zwei Rechner per Kabel oder Funk (kurz mit einem Kommunikationskanal) miteinander verbunden sind und Daten austauschen können, kann man von einem Computernetzwerk in der kleinsten Variante sprechen. Zwei Rechner, ein Kabel: ein Netzwerk
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 3 Problemstellungen in einem typischen Netz o Übertragungstechnik (Signale, Daten müssen über eine Kommunikationsmedium, einen Kommunikationskanal übertragen werden) o Vermittlungstechnik (Kommunikationskanäle vom Sender zum Empfänger müssen aufgebaut werden) o Kommunikationssteuerung nach ISO OSI (der Kommunikationsvorgang muss automatisiert abgewickelt werden – Basis hierfür sind Schnittstellen und Protokolle basierend auf dem ISO OSI Referenzmodell – Daten werden als Datenpaket mit Steuerinformation übermittelt und finden automatisch den Weg zum Empfänger) o Wichtige konkrete Netz - Technologie: Internet Allgemeiner Fall Komplexes Netz
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 4 Aufgabenstellungen in einem typischen Netz o Netzwerkmanagement, Netzverwaltung o Ressourcen (Programme, Dateien, Drucker,…) für die Netzwerkbenutzer bereitstellen, gezieltes freigeben und Sicherheit (vor Missbrauch) gewähren! o Dienste (Dienstleistungen) bereitstellen. o Arbeitsteilung nach dem Client-Server Prinzip. Allgemeiner Fall Komplexes Netz
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 5 Hardware-Komponenten zur Vernetzung o Verbindungskabel »Kupferkabel »Koaxialkabel »Glasfaserkabel »Funk »Infrarot o Netzwerkkarte »Weltweit einmalige, eindeutige und unveränderbare Kartennummer (Knoten- Adresse MAC Adresse) und Netzzugangs- und Kommunikationssteuerung
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 6 Gründe und Ziele einer Vernetzung o Verbesserte Kommunikation o Steigerung der Effektivität im Datenverbund o Kostensenkung im Funktionsverbund o Optimaler Organisationsverbund »Einfach und effiziente Datensicherung »Absicherung der Verfügbarkeit »Optimierung der Rechnerauslastung »Optimierung der Wartung (Ferndiagnose, Fernwartung)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 7 Die wichtigsten Grundkonzepte der Vernetzung: o Peer to Peer Netze o Client – Server Netze
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 8 Peer-to-Peer-Netzwerk o Vernetzung mehrerer gleichwertiger Computer »Jeder Computer kann sowohl ein Server als auch ein Client sein. »Jeder Computer dient zunächst als Arbeitsstation für einen Mitarbeiter und kann Dienstleistungen für einen anderen Computer ausführen. o Einsatzgebiete »Einige wenige Benutzer (< 10) möchten z.B. einen Drucker gemeinsam nutzen und gelegentlich auf den gleichen Datenbestand zugreifen.
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 9 Server basierende Netze (Client-Server Netze: NetWare, Microsoft Windows 2003 Server etc.) Netzwerkdrucker WAN Programme Daten Plattenspeicher für das ges. Netz Print-Server File-Server Kom-Server App. Server etc. Server Client
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 10 Server basierende Netze (Client-Server Netze: NetWare, Microsoft Windows 2003 Server etc.) Zwei oder mehrere Rechner (PCs) die so miteinander verbunden sind, dass sie Ressourcen und Peripheriegeräte (z.B. Festplattenlaufwerke, Drucker, Daten) gemeinsam benutzen können, wobei mindestens ein Rechner als Server fungiert. Der Server ist ein Rechner, auf dem das Netzwerk- Betriebssystem ausgeführt wird und der die Kommunikation und gemeinsamen Netzwerk- Ressourcen steuert. Die Client-Computer sind die einzelnen Benutzer-Rechner, die an das Netzwerk angeschlossen sind.
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 11 Client und Server sind selbstständige Prozesse o Client »Richtet Anforderung an Server »Client-Software –Verwaltet Anforderungen des Anwenders –Gibt Informationen an Netzwerkkarte weiter –Nimmt ankommende Daten entgegen und stellt diese dem Anwender zur Verfügung o Server »Erbringt angeforderte Dienstleistung »Server-Software –Verwaltet ankommende Anforderungen –Erledigt die entsprechenden Arbeiten –Gibt Rückmeldung an den Absender der Anforderung
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 12 Server o Server-Arten »File-Server »Druck-Server »Anwendungs-Server »Mail-Server »Fax-Server »CD-ROM Server »Datenbank-Server »Proxy-Server (Gateway) »Web-Server usw. o Zugriff auf den Server »Anmeldung mit Namen und Passwort »Zugriff auf Netzwerkressourcen (Netzwerklaufwerke, Netzwerkdrucker, Kommunikationsdienste wie Faxmöglichkeit und Internetzugang
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 13 Datenraten Datenübertragungsgeschwindigkeit ? o Übertragungsgeschwindigkeiten werden in Bit pro Sekunde angegeben. o Schreibweise bps (bit pro Sekunde, bits per second), z. B. Mbps für MegaBit pro Sekunde. o Andere gebräuchliche Abkürzungen wären Mbit/s oder MBit/sec.
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 14 PAN Vernetzung von Netzen: Persönliche, lokale Netze, regionale, Fern- und Globalnetze bilden ein (strukturiertes) Netz von Netzen WAN MAN LAN T TT WAN MAN GAN WAN PAN TTT GAN PAN
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 15 Klassifizierung von Computernetzen nach der räumlichen Ausdehnung o PANPersonal Area Network (Endgeräte am privaten Arbeitsplatz) o LANLocal Area Network (Privatbesitz, Wirkungsbereich eines Gebäudes, eines Grundstückes, einer Firma) o MANMetropolitan Area Network (Wirkungsbereich eines Großraumes, wie etwa einer Stadt) o WAN Wide Area Net work (Wirkungsbereich eines Landes, eines Kontinentes wie Europa) o GANGlobal Area Network (Wirkungsbereich global, weltweit)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 16 Einordnung der PAN / LAN / MAN / WAN / GAN 1101001k10k100k Entfernung (m) 1k 10k 100k 1M 10M 100M Datenrate (Bit/s) Telefon - Nebenstellen (PBX) ISDN Prozessor- kopplung Busse MAN LAN 64 kBit/s WAN / GAN Privat 1000M PAN Öffentlich
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 17 Vernetzung von Netzen: Private lokale Netze werden öffentlich Fernnetze zu einem Netz von Netzen TT T T T T T Privates Netz Öffentliches Netz LokalesNetz Netzzugang Ort A T Teilnehmer Ort B Ortsvermittlung Ort A Ortsvermittlung Ort B Fernvermittlung Haupt- anschluss Nebenstellen- anschluss Wichtiges Beispiel: Telefonnetz (private Nebenestellen, Ortsnetz, Fernnetz)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 18 Adressierung und Zustandekommen einer Verbindung im Telefonnetz: Jeder Teilnehmer ist in einemSub-Netz durch eine eindeutige Nummer erreichbar. Zwischen den Netzen gibt es Verbindungsleitungen. Beispiel: An der FH sind alle Mitarbeiter durch eine 4 stellige Nebenstellnummer (privates Netz) erreichbar. Die FH Wels ist im Netz Wels (Ortsvermittlungsnetz 07242) durch die Nummer 72811 (Hauptanschluss) erreichbar. Mitarbeiter FH Nr. 3610 FH Wels Nr. 72811 Damit ein Teilnehmer aus dem Ortsnetz Linz den Mitarbeiter der FH anrufen kann muss er 0724 – 72811 – 3610 wählen. Damit wird für die Abwicklung des Gesprächs eine Leitung durchgeschaltet- Ortsnetz Wels 07242 Ortsnetz Linz 0732
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 19 Topologien für Netze Bus, Stern, Ring, Mischformen, Masche, Baum o Topology…räumliche Anordnung, räumliche Struktur o Es ist zu unterscheiden zwischen »Physikalischer Topologie welche physikalische Verkehrswege bestehen wie zwischen den vernetzten Geräten »Logische Topologie welche Verkehrsregeln bestehen zwischen den vernetzten Geräten, wer darf wie, wann auf die physikalischen Verkehrswege zugreifen
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 20 Topologische Klassifizierung von Computernetzen a) vermaschte Netze, b) Sternnetze c) Baumartige Netze, d) Busse, e) Ringe f) Mischformen
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 21 Datenkommunikation über das (analoge) Telefonnetz erfordert Signalanpassung über Modems MO dulation DEM odulation Nutzung des analogen Frequenzbandes zwischen 300 Hz und ca. 3,3 kHz für digitale Daten (durch MODEM): Frequenz f 0 für LOGISCH 0 Frequenz f 1 für LOGISCH 1 f0f0 f1f1
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 22 Analoges Telefon Analoges Telefon Sprachsignale werden in analoge elektrische Signale umgewandelt. Als solche werden sie übertragen (und vermittelt) und beim Empfänger wieder in ein analoges Sprachsignal analoges Sprachsignal rückgewandelt Nachteil: Analoge Signalübertragung ist störungsanfällig Durch Verzerrungen, Rauschen, Einstreuungen wird Signal verfälscht..
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 23 Es (gab) gibt weiter dienstspezifische Netze - jeder Dienst hat sein eigenes Netz, eigene Technik und spezielle Endgeräte Fernsprechen Fernschreiben Datenübermittlung Telefon Telex Rechner Bildschirme PCs Sprechfunk Funkgeräte
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 24 Digitales Telefon Digitales Telefon Sprachsignale werden in P uls- C ode- M odulierte el.digitale Signale umgewandelt Als solche werden sie übertragen (und vermittelt) und beim Empfänger wieder in ein analoges Sprachsignal rückgewandelt. Vorteil: Digitale Signalübertragung ist störungssicher (Qualität der Nutzsignale unabhängig von Verzerrungen etc.) PCM 011010001010 Digitale Telefonie
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 25 Dienstintegrierte Netze - unterschiedliche Dienste werden über die entsprechenden Endgeräte in einem Netz abgewickelt
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 26 Technische Kommunikation ISDN Grundprinzipien n Basiert auf dem i ntegrierten D igital n etz (IDN) für Telefonie (digitale Übertragung und Vermittlung) n Entwickelt sich aus dem IDN für Telefonie durch Einfügen zusätzlicher Funktionen und Eigenschaften (einschließlich solcher anderer spezialiserter Netze, wie z.B. Paketvermittlung aus Datennetzen) n Ist durch einige wesentliche Hauptmerkmale gekennzeichnet, wie z.B. dadurch, das im gleichen Netz die Übermittlung von Sprachsignale und Nicht- Sprachsignalen (z.B. Daten, Bilder,etc.) stattfindet. n Ist durch eine beschränkte Typenvielfalt normierter Benützerschnittstellen gekennzeichnet n Neue Dienste werden auf der Basis vermittelter 64 kBit / s-Verbindungen konzipiert ISDN
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 27 VERMITTLUNGSTECHNIK IN NETZEN: 3 ZENTRALE TECHNIKEN o Leitungsvermittlung o Nachrichtenvermittlung o Paketvermittlung
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 28 Das Telefonnetz basiert auf dem Prinzip der Leitungsvermittlung Phasen einer verbindungsorientierten Kommunikation nach dem Leitungsvermittlungsprinzip
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 29 Das Prinzip der Nachrichtenvermittlung (store and forward) T T Belegung Empfangsbestätigung Zuüber- tragende Nachricht Zwischen- speicherung Zwischen- speicherung Zwischen- speicherung Zustellung Empfangene Nachricht
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 30 Paketvermittlung - Nachrichten werden in Pakete aufgeteilt und finden autonom ihren Weg durch das Netz DATENNETZE UND DAS INTERNET BASIEREN AUF PAKETVERMITTLUNG Paket 1 Paket 2 Paket 3 Nachricht Paket 3 Paket 2 Paket 1 Bei der Paketvermittlung wird zur besseren Auslastung des Netzes und zur Verbesserung der Fairness im Netz eine Nachricht in viele Pakete unterteil.
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 31 Adressierung und Zustandekommen einer Verbindung im Telefonnetz: Jeder Teilnehmer ist in einemSub-Netz durch eine eindeutige Nummer erreichbar. Zwischen den Netzen gibt es Verbindungsleitungen. Beispiel: An der FH sind alle Mitarbeiter durch eine 4 stellige Nebenstellnummer (privates Netz) erreichbar. Die FH Wels ist im Netz Wels (Ortsvermittlungsnetz 07242) durch die Nummer 72811 (Hauptanschluss) erreichbar. Mitarbeiter FH Nr. 3610 FH Wels Nr. 72811 Damit ein Teilnehmer aus dem Ortsnetz Linz den Mitarbeiter der FH anrufen kann muss er 0724 – 72811 – 3610 wählen. Damit wird für die Abwicklung des Gesprächs eine Leitung durchgeschaltet- Ortsnetz Wels 07242 Ortsnetz Linz 0732
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 32 Die Datenpakete finden in Paketvermittlungsnetzen autonom ihren Weg von der Quelle zum Ziel Öffentliches Netz (Netz von Netzen) Privates lokales Netz (Quelle) Privates lokales Netz (Ziel) Netzzugangsknoten bei Provider Router (Standardgateway) ins öffentliche Netz Jeder Teilnehmer hat in einem Sub-Netz eine weltweit eindeutige Adresse. Die Sub-Netze sind über Router zu einem globalen Netz vernetzt. Ein Datenpaket welches an eine Zieladresse abgeschickt wird verfügt im Paketkopf über die erforderlichen Adressinformationen. Ein Paket welches an ein Ziel in einem anderen Netz geschickt wird, wird vom Router (Standardgateway) in ein übergeordnetes Netz geschickt, bis es das Zielnetz erreicht. Dort wird es vom Router an die Zieladresse geschickt. Jedes Netz ist charakterisiert durch Netzadresse und Subnetzmaske Jede Stationen haben eindeutige Adresse: Host und Netzadresse
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 33 Das OSI Referenzmodell, das 7-Schichtenmodell der ISO für die offenen Kommunikation
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 34 Vernetzung heterogener Systeme nach dem Prinzip Open System Interconnection – Schichtenmodell (Schalenmodell) Der allgemeine Fall N Systeme N (Anschluss-) Leitungen, N Schnittstellenimplementierungen Systeme 1 Systeme 2 Systeme 3 Systeme 4 Systeme 5
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 35 Das OSI-7-Schichtenmodell der ISO
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 36 OSI Open System Interconnection ISO-7 Schichten Referenzmodell 7. Anwendungsschicht 6. Präsentationsschicht 5. Sitzungsschicht 4. Transportschicht 3. Netzwerkschicht 2.Datenverbindungsschicht 1. Physikalische Schicht physikalisches Medium
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 37 OSI-Modell als Basis für die Vernetzung von Netzen System A System B Anwendung A Schicht 1 Schicht 2 Schicht 3 Schicht 4 Anwendung B Schicht 1´ Schicht 2´ Schicht 3´ Schicht 4´ Subnetz (z.B.Ortsnetz A) FHS Wels lokales Netz Subnetz (z.B.Ortsnetz B) Internes Netz eines Internet-Providers Subnetz (z.B.Fernnetz) ISDN der Post N-Relay System (Router) N-Relay System (Router) Datenpaket (ähnlich Datei) Netzinfrastruktur Schicht 7 bis 5 Schicht 7 bis 5
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 38 Kommunikationsarchitektur nach OSI Application Presentation Session Transport Network DataLink Physical Anwendung Darstellung Sitzung Transport Vermittlung Sicherung Übertragung Schicht 5 Protokoll Schicht 7 Schicht 6 Schicht 5 Schicht 4 Schicht 3 Schicht 2 Schicht 1 Data-Link Physical Vermittlungsknoten Informationsfluß zwischen den Schichten - reale Kommunikation zwischen Stationen logische Kommunikation zwischen den Instanzen derselben Schicht
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 39 Anwendung Transport Netzwerk Sicherung Bitübertragung Anwendung Transport Netzwerk Sicherung Bitübertragung Medium Sicherung Bitübertragung Sicherung Bitübertragung Netzwerk Funk
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 40 Lokal Netze - LANs Lokal Area Netze o ETHERNET o (mehr als 70 % aller LANs, Tendenz weiter stark steigend)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 41 ETHERNET o 1976 – Bob, Robert Metcalf – PARC, Palo Alto Research Center Californien o 1980 Weiterentwicklung durch D igital Equipment, I ntel und X erox (DIX Standard) o 1980 – Institut of Electrical and Electronic Engineers startet Projektgruppe 802 – IEEE 802. o Ethernet ist Standard IEEE 802.3 Robert M. Metcalfe and David R. Boggs.``Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks,'' Association for Computing Machinery, Vol 19/No 7, July 1976.
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 42 Klassische LAN Ethernet - Verkabelung mit Thicknet (Bustopologie) Transceiver … Trans mitter –Re ceiver … Signal über Kontaktstift auf Kabel bringen und von dort empfangen AUI …Attachment Unit Interface … Verbindung Netzwerkkarte Transceiver über 15 poligen DIX-Stecker DIX …Digital Intel Xerox … das Konsortium der Firmen Digital Equipment, Intel und Xerox, das seit 1980 die Ethernet Entwicklung vorantreibt!
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 43 Ethernet Übertragung o Nur eine Station darf zu einem Zeitpunkt übertragen o Signal breitet sich über das gesamte Kabel aus o Alle angeschlossenen aktiven Stationen empfangen das Signal (nur die Zielstation greift auf Signal zu) o Zugriff wird über CSMA/CD gesteuert – Carrier Sense Multiple Access mit Collision Detection Ethernet Kabel als shared bus Sendender Computer überträgt einen Datenrahmen Signal breitet sich über das ges. Kabel aus Ziel Computer empfängt eine Kopie des Datenrahmens
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 44 Grundsätzlicher Ansatz bei Ethernet: »Der gesamte Datenverkehr ist auf allen Knoten erkennbar »Problematik bei sehr vielen Stationen: Kollisionen, Kollisionen, Kollisionen,… »Ethernet ist schlechthin der Standard Connectivität (zunehmend auch für die Automatisierungstechnik) NNNNNNNNNNNNNNNN
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 45 Wie Daten über Ethernet übertragen werden WICHTIGER ASPEKT - Adressierung Ethernet Header IP Header TCP Header Daten Ethernet Kontrolnummer TCP Verkehr über das Ethernet Adressierung auf Ebene 2 (LAN – Shared Medium – Ethernet) Adressierung auf Ebene 3 (Netzwerk – IP) Adressierung auf Ebene 4 (Transport – TCP / Anwendungsport)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 46 CSMA – Carrier Sense Multiple Access o Durch gleichzeitigen Zugriff von zwei oder mehreren Stationen kann es zu Kollisionen kommen o CSMA mit Collision Detect (CD) »Jede sendende Station horcht auf das Medium während der Übertragung »Wenn das empfangene Signal nicht mit dem gesendenden übereinstimmt wird dies al Interfernz, als Kollision erkannt »Übertragung wird beendet, Jam Signal, Back off, neuerlicher Sendeversuch nach einer bestimmten Zeit
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 47 CSMA / CD als Signal Zeitdiagramm A B C Zeit Sendewunsch
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 48 CSMA / CD A B C Zeit Sendewunsch Signalausbreitung
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 49 CSMA / CD A B C Zeit Sendewunsch
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 50 CSMA / CD A B C Zeit Sendewunsch Collision
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 51 CSMA / CD – Die Entstehung von Collisionen A B C Zeit Sendewunsch Collision wird von C erkannt Collision wird von A erkannt
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 52 Zugriffsverfahren bei CSMA/CD Rahmen transmission idle Rahmen contention: Zeitschlitze von Übertragungsversuchen mit Kollisionen Rahmen Zeit 3 Alternative Zustände (1) transmission - Übertragung (2) contention - Wettstreit (3) idle – Frei
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 53 Segmentierung bei Ethernet Segment 1 Segment 2 Repeater Zwischen Segmenten Verstärker: alle Signale aus dem einen Segment werden in das andere Segment übertragen! Vorteil: Größere Ausdehnung, Mehr Teilnehmer Nachteil: Mehr Teilnehmer verursachen mehr Kollisionen – geringerer Durchsatz
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 54 Segmentierung bei Ethernet Achtung ! Es darf zu keinen Schleifen kommen.
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 55 Sternförmiges Ethernet mit HUB (Twisted Pair und Glasfaser Kabel)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 56 Ethernet mit HUB (passiver Stern) A B C HUB 10 Base T : Twisted Pair Kabel Weiterentwicklung auf 100 Mbps 100 Base T und auf 1 Gbps 1000Base T Max 100 m 100 Base…wird auch als fast Ethernet bezeichnet.
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 57 Einfaches 10/100/1000 Base-T LAN »Ein 10/100Base-T Hub verbindet mehrere Geräte PC RJ-45 Stecker NIC 10/100Base-T Hub (Multiport Repeater) 10Base-T oder 100Base-T EIA-568B Cat5 Verdrahtung Ethernet Geräte N NN N
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 58 Etwas Komplexeres 10/100 /1000 Base-T LAN 10/100Base-T Hubs (Multiport Repeaters) NNNN NNNN NNNN NNNN NNNN NNNN NNNN NNNN Zum Unternehmens Backbone »Mit Hubs sehen alle Geräte den gesamten Netzverkehr
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 59 LANs mit Switch (Switching Hubs) NNNN NNNN NNNN NNNN NNNN NNNN NNNN NNNN Zum Unternehmens Backbone »Durch Switches kann man Datenverkehr lokalisieren »Bildung von Collision Domains Lokaler Verkehr Segmentierte Collision Domain Lokaler Verkehr Verkehr von Quelle zu Senke Repeater Hub Switching Hub
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 60 Wireless LANs, drahtlose Netzwerke o Drahtlose LANs setzen sich in den letzten Jahren immer stärker durch, und haben in sehr kurzer Zeit den Marktdurchbruch geschafft. o Mit den herkömmlich verkabelten Systemen gibt es immer wieder Probleme: »Nachteil an verkabelten Netzwerken ist ihre mangelnde Flexibilität z.B. –wenn ein Betrieb umstrukturiert wird, oder –eine Anlage an einen anderen Ort überstellt werden muss. »In z.B. historischen geschützten Gebäuden oder einfach aus ästhetischen Gründen können manchmal keine Kabel verlegt werden. »Große Anfälligkeit gegenüber Katastrophen (Feuer, Erdbeben).
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 61 WLAN – IEEE 802.11 o Derzeit gibt es drei verschiedene Standards für Wireless LANs. »IEEE 802.11b »IEEE 802.11a »IEEE 802.11g o IEEE 802.11b ist der älteste und bereits sehr verbreitete Standard. o 802.11b kompatible Geräte funken mit einer brutto Datenrate von 11MBit/s (was netto ca. 5.5 MBit/s entspricht).
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 62 Drahtlose LANs nach IEEE CSMA/CD 802.1 Higher Layer Interface 802.2 Logical Link Control (LLC) MAC Token Bus Token Ring MAN Fiber Optics Wireless WLAN 802.5802.4 802.11 802.3802.6 802.8 Kabel Base- and Broadband, Fiber Optics Wireless MAC 802.15 Wireless WPAN MAC 802.16 Wireless WMAN 802.10 Standard for Interoperable LAN Security (SILS) 802.9 Integrated Services LAN (ISLAN) MAC Broad Band 802.7 Wireless Personal Area Network Wireless Metropolitan Area Network
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 63 WLAN – IEEE 802.11 o Als Frequenz wird das 2,4 GHz Band verwendet. Diese Frequenz wird auch in Mikrowellenöfen und beim Personal Area Network (PAN) Bluetooth eingesetzt. o Die Abstrahlenergie der Sender ist kleiner als 100mW. o Der Radius eines vom Accesspoint abgedeckten Bereichs ist abhängig von den räumlichen Gegebenheiten Richtwert 30-40 m
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 64 WLAN – IEEE 802.11 o Der Frequenzbereich (2,400 bis 2,4835 GHz) für 802.11b Wireless LANs ist in Kanäle aufgeteilt. o In Europa sind 13 Kanäle zugelassen, in den USA 11. o Diese Kanäle sind nicht überlappungsfrei, so dass es zu Störungen zwischen Accesspoints auf benachbarten Kanälen kommen kann. o Um diese zu vermeiden, werden idealerweise nur 3 Kanäle benutzt, z.B. 1, 6, 11.
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 65 WLAN: 13 überlappende Funkkanäle im Frequenzbereich von 2,4000 bis 2,4835 GHz
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 66 Mehrkanalkonfiguration eines Infrastruktur WLANs
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 67 Infrastruktur und ad-hoc Netzwerke o Es wird grundsätzlich unterschieden zwischen einem »Infrastrukturnetz und einem »ad-hoc Netzwerk. MT...Mobilteil AP...Access Point MT AP MT MT..Mobilteil eil MT
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 68 Das INTERNET Protokolle - TCP / IP
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 69 Internet o Internet lateinisch = zwischen englisch = Netz => "Zwischennetz" (Netz der Netze) Das Internet verbindet weltweit einzelne, voneinander unabhängige Rechnernetze. => Möglichkeit des weltweiten Datenaustausches und der weltweiten Kommunikation
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 70 Intranet - Extranet - Internet Kunden Internet Extranet Intranet Firmensitz Lieferant Aussenstelle Partner
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 71 Tim Berners-Lee: Der Erfinder und Entwickler des WWW - World Wide Web o Großen Beitrag zur raschen Verbreitung des Internets hat das World Wide Web, auch WWW o Entwickelt wurde das WWW 1990 in Genf auf Initiative von Physikern am Kernforschungszentrum CERN als weltweit verteilte, interaktive Datenbank wissenschaftlicher Arbeiten zum Thema "Hochenergiephysik". o Die erste Version wurde vom britischen Quantenphysiker Tim Berners-Lee implementiert. o Im Sommer 1991 wurde das WWW erstmals im Internet bekannt gegeben. o Benutzeroberfläche des WWW bilden sehr einfach zu handhabende Programme, die Browser. o Der erste Browser wurde 1992 vom CERN entwickelt.
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 72 Protokolle / Protokoll-Stack o Durch verschiedene Protokolle werden immer nur Teilaufgaben der Kommunikation abgehandelt. o Daher werden mehrere zusammengehörende Protokolle zu Protokollfamilien, Protokoll Stacks zusammengefasst: »NetBIOS bzw. NetBEUI »TCP / IP
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 73 Was ist / versteht man unter TCP/IP o Protokollsatz (primär Transport und Netzwerkebene) der es Rechner ermöglicht, Ressourcen über ein Netzwerk zu teilen »Der Ausdruck TCP/IP wird oft auch für andere Protokolle außer TCP und IP benützt »Internet besteht im wesentlichen nur aus vier Schichten oder Ebenen –Anwendungsschicht (FTP, SMTP, HTTP) –Transportschicht (TCP) –Vernetzungsschicht (IP) –Netzzugangsschicht (Ethernet, Token Ring, V.24, X.21)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 74 Netzwerk und Transportebene im Internet Der TCP/IP Stack
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 75 Transportschicht (TCP) » Präsentiert eine zuverlässige Verbindung für Anwendungen » Unterteilt Daten in Pakete (und fügt sie beim Empfang in der richtigen Reihenfolge zusammen) » Daten werden wiederverschickt, wenn ein Paket verschwindet (Fehlerbehebung) » Identifiziert Verbindungen durch 16-Bit Portnummern
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 76 Die Transporteben: TCP und UDP o Datenübertragung, o Zuverlässigkeit, o Flusskontrolle, o Multiplexing, o Verbindungen, o Prioritäten und o Sicherheit.
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 77 TCP Port o Ein Server bietet seine Dienste über Ports an. o Nummern zwischen 0 und 65 535 (Die Ports von 0 bis 1023 sind fest vergeben) Transporteinheit – Port stellt Verbindung zu Anwendung her
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 78 Vernetzzungsschicht (IP) - NETZWERKEBENE o Adressierte Rechner und Netze o Verbindet viele LANs o Benutzt ein (unzuverlässiges) Datagram- Protocol »Pakete können in Unordnung oder auch gar nicht ankommen » Identifiziert Verbindungen durch IP-Adressen
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 79 IP - Adresse
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 80 Adressierung im Netz (Internet) Komponenten eines Netz können auf verschiedenen Ebenen adressiert werden. Auf der Physikalischen Eben durch die Physikalische Anschlussleitung Auf der der Datalink-Ebene in einem LAN durch die MAC Adresse (nur im LAN von Bedeutung) Auf der Netzwerkebene durch die IP Adresse – weltweit eindeutig im Netz!
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 81 Aufbau der eindeutigen IP Adressen, einer Adresse der Netzwerkebene o Unter IP v4 besteht jede Adresse aus 32 Bit (4 mal 8 Bit – 4 durch Punkt getrennte Zahlen kleiner 255) o Unter IP v6 wird jede Adresse aus 128 Bit bestehen o Jede Adresse besteht aus einer »Netzadresse »Und Hostadresse
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 82 Aufbau der eindeutigen IP Adressen, einer Adresse der Netzwerkebene o Netzadressen Sind in Klassen gegliedert wenige Klasse A Netze erlauben viele Hosts zu adressieren…. 2 24 -2=16.777.214 Es gibt nur 126 Klasse A Netze Klasse B... 2 16 -2=65.534 Hosts (es gibt 2 14 =16.384 Klasse B Subnetze) Klasse C … 2 8 -2=254 Hosts (es gibt 2 21 =2.097.152 Klasse C Subnetze)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 83 Klasse A Netze 7 Bit für Netzadressen (127 ist eine spezielle Adress Loopback Adresse) 24 Bit für Hostadressen (2 24 -2= 16.777.214 Hosts adressierbar)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 84 Klasse B Netze 14 Bit für Netzadressen (2 14 = 16.384 Subnetze adressierbar ) 16 Bit für Hostadressen (2 16 -2= 65.534 Hosts adressierbar)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 85 Klasse C Netze 21 Bit für Netzadressen (2 21 = 2.097.152 Subnetze adressierbar ) 8 Bit für Hostadressen (2 8 -2= 254 Hosts adressierbar)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 86 Private IP-Adressbereiche? Es gibt zu wenige IP Adressen, daher werden gewisse im Internet nicht geroutet und können mehrfach verwendet werden.
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 87 Wichtige Parameter der Netzwerkeinstellung OSI- Schicht Anwendung Darstellung Sitzung (Kommunikationssteuerung) Transport Vermittlung / Netz Sicherung,Zugang / Data Link Bitübertragung Wichtige Parameter / Einstellungen MAC Adresse IP Adresse, Subnetz Maske, Standard Gateway DNS Server Statisch oder dynamisch mit DHCP Fest durch Karte bestimmt. Zuordnung IP zu MAC durch ARP Protokoll auf IP Ebene
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 88 Wie kann man seine Netzwerkeinstellungen einsehen IPCONFIG / ALL
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 89 Bildung von Subnetzen und die Subnet-Maske KlasseSubnet-Maske A255.0.0.0 B255.255.0.0 C255.255.255.0 Außer der IP-Adresse selbst ist bei der Adressierung im Internet die Subnet-Maske von großer Bedeutung. Mit ihr wird im wesentlichen ein Subnet festgelegt, in dem sich der Host befindet Jeder Router muss schnell erkennen, ob ein Paket die gleiche Netzadresse hat wie das eigene Netz oder ob es in ein anderes Netz geschickt werden soll.
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 90 Bildung von Subnetzen und die Subnet-Maske 255 entspricht binär 1111 1111 Durch komponentenweise logische-Verknüpfung der Netzwerkadresse mit der Subnetzmaske Kann rasch ermittelt werden ob die Ziel-Netzadresse gleich der eigenen Netzadresse ist
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 91 Ein Internet, ein Netz von Netzen wird auf Ebene 3 durch Router gebildet Netz 2 Router Netz 1 Netz 3 Klasse A Netz 125.0.0.0 Klasse B Netz 129.22.0.0 Klasse C Netz 195.22.100.0 In so einem Netz können ca. 16 Mio. Rechner sein! In so einem Netz können bis zu 254 Rechner sein! In so einem Netz können bis zu 65.534 Rechner sein!
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 92 Internet-Protokol (IP) Router o Router befördern Pakete an IP-Adressen o Nur IP-Verkehr (nicht der ganze, darunter liegende LAN - Ethernet Verkehr) wird befördert. Darum können diese Router nicht von anderen Protokollen benutzt werden o Eine Sammlung von richtig konfigurierten IP- Routern bildet ein IP Netzwerk (Internet)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 93 Routing im Internet (erfolgt auf der IP-Ebene!) Ethernet- LAN 1 Rechner A Ethernet LAN 2 Rechner C Router 2 ÜBER ROUTER von Netz zu Netz Router 1 Indirekte Zustellung IM GLEICHEN NETZ Rechner B Direkte Zustellung
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 94 Die TCP/IP Protokollfamilie Quelle: Wojtek Internet Standardanwendungen Socket Prog.
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 95 OSI Einbindung in Windows NT Netzwerkarchitektur RPCProviderNamed Pipes Benutzermodus Kernel-Modus 7.Anwendung 6.Präsentation 5. Sitzung NetBios-Treiber Redirector Server WinSock-Treiber 4. Transport Transport Driver Interface (TDI-Schnittstelle) Network Device Interface Specification (NDIS- Schnittstelle) Transportprotokolle STREAMS (LLC) (MAC) Treiber der Netzwerkkarten Netzwerkkarten 3. Netzwerk 2. Datenverbindung 1. Physikalisch
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 96 Schnittstellen für die Netzwerk - Anwendungseinbindung Anwendungen im Benutzermodus Dateisysteme TDI Transport Driver Interface NetBEUI (Microsoft) TCP/IP NWLink (IPX/SPX) (Novell) NDIS Network Device Interface Specification Windows Socket Treiber Adresse Socket: Port: 1200 IP:10.49.1.100 Subnet Mask: 255.255.255.0 Gateway (Router): 10.49.1.1 MAC Adresse: o Verbindungsmedium »Kupferkabel »Koaxialkabel »Glasfaserkabel »Funk »Infrarot o Netzwerkkarte »Weltweit einmalige, eindeutige und unveränderbare Kartennummer (Knoten-Adresse – MAC Adresse)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 97 FTP - Dateien HTTP - WWW SMTP - Email Telnet – Virtuelles Terminal Standard - Internetanwendungen Server Ports: Telnet – 23 SMTP – 25 HTTP – 80 FTP – 21, 20
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 98 Erweiterung auf Netzwerkfunktionen - Der Redirector Anwendung User-Mode Kernel-Mode I/O Manager NTFS FAT Festplatten Gerätetreiber Alle Netzwerkfunktionen werden über den I/O Manager bearbeitet. Von den beteiligten Komponenten werden Netz-Zugriffe wie Zugriffe auf Dateien behandelt. Redirector Netzwerk TDI NDIS
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 99 Der Explorer als Benutzeroberfläche im Netz User-Mode Kernel-Mode I/O Manager NTFS FAT Festplatten Gerätetreiber Redirector Netzwerk TDI NDIS
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 100 E-Mail als Client Server Anwendung Mail Client Internet, Intranet oder Extranet Mail Server
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 101 Protokolle der Anwendungsebene: eMail Mail User Agent Mail Server o Die Komponenten: »Mail User Agenten (Client) »Mail Server »Warteschlange »Postfächer (Mailboxes) o Protokolle: »Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) –übermittelt Mail an Server: l Vom Client zum lokalen Mail Server l Von Mail Server zu Mail Server »Post Office Protocol (POP) –Mail Access Protokoll –Stellt Mail vom Server zum Client zu SMTP Mail Server SMTP POP
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 102 SMTP Mail Server Das SMTP Modell SMTP Sender SMTP Receiver User Datei System Internet SMTP Befehle, Handshake, Mail Mail Clients Datei System Abspeichern der Mails am lokalen Rechner Abspeichern der Server lokalen Rechner Internet Information Server oder Exchange Server
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 103 WWW BASIEREND AUF HTTP UND HTML HTTP, HTTPS…Transportmechanismus HTML…Markup, Formatierung der Information XML…Strukturierte Daten (Datenbanken)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 104 World Wide Web - WWW » Ursprünglich am CERN als ein verstreutes Hypermediasystem angefangen » Eine grosse Samlung miteinander verbundener Dokumente die die Welt umfasst Hypertext: Ein Text der Verweise auf andere Dokumente enthält, die sich per Tastendruck sofort öffnen lassen, auch wenn sie sich wie im WWW üblich, auf einen völlig anderen System, irgendwo auf dieser Welt. Ein anderes Hypertext Beispiel ist die Windows Online Hilfe (lokaler Hypertext)
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 105 World Wide Web (WWW) Benutzer benützen Betrachterprogramme, Browser (Mosaic, Netscape Navigator, Microsoft Internet Explorer) die Dokumente von entfernten Servern holen Mehrheit der Dokumente kommt von HTTP-Servern (Hyper Text Transfer Protocol) und sind mit HTML (Hyper Text Markup Language) formatiert Die meisten Betrachterprogramme unterstützen auch andere Protokolle wie FTP und Gopher
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 106 Das Client Server Prinzip des WWW HTTP ist das (ein) Transportprotokoll über das Internet (Klartext, ASCII Zeichen). HTTPS grundsätzlich wie HTTP aber die Übertragung erfolgt verschlüsselt. Web-Server Web Browser Internet, Intranet oder Extranet
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 107 Statische HTTP Transaktion
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 108 HTTP - Anfrage –Unter Windows, im Internet Explorer fragt der Benutzer Dokument an mit http://www.fh-wels.at/Studium/ an –der Internet Explorer baut eine Verbindung zum Port 80 auf und schickt GET /Studium/ HTTP/1.0 Connection: Keep-Alive User-Agent: Mozilla/2.0 (Win95; I) Host: www.fh-wels.at Accept: image/gif, image/x-xbitmap, image/jpeg, image/pjpeg, */* HTTP
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 109 HTTP - Antwort –Server www.fh-wels.at anwortet am Port 80 mit: HTTP/1.0 200 OK Server: LV_HTTP/1.0 Date: Wed, 10 Apr 1996 21:03:05 GMT Content-type: text/html Content-length: 469 Directory of /proposals/ etc.. HTTP HTML
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INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 110 Hyper Text Markup Language (HTML) –Sprache zur Beschreibung Hypertextdokumente –Besteht aus schlichtem Text mit verankerten Befehlen (Tags) –Tags können das Aussehen (fett, kursiv, etc.), Bilder, Links und Formularelemente beschreiben –Links deuten andere Dokument an und sind in der Gestalt von URLs (Universal Resource Locators) –Formularelemente können Eingaben annehmen (Text, Menüs, Knöpfe) die dann an einen Server weitergeschickt werden können
111 INF1-MEWI-VL03.PPT September 2012 111 HTML, die Sprache des Internet Meine erste Web-Seite Willkommen auf meiner Homepage!...