Kommunikationssysteme 5 Protokollmethoden für verteilte Systeme Jürgen Schüler Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Agenda 1.) Einführung 2.) Telekommunikationssysteme 3.) Telekommunikationsdienste und -protokolle 4.) Logische Architektur von Kommunikationssystemen Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Literatur Bücher: Walter E. Proebster. Rechnernetze - Technik, Protokolle, Systeme, Anwendungen. R. Oldenbourg Verlag, München, Wien, 1998. ISBN 3-486-24540-6. Michael Weber. Verteilte Systeme. Spektrum Akademischer Verlag, Heidelberg, Berlin, 1998. ISBN 3-8274-0221-2. Peter C. Lockemann, Gerhard Krüger, Heiko Krumm. Telekommunikation und Datenhaltung. Carl Hanser Verlag, München, Wien, 1993. ISBN 3-446-17465-6. Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Kapitel 1 Rechnernetze und verteilte Systeme Rechnernetze Systeme (Exkurs) Telekommunikationssysteme Verteilte Systeme Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Rechnernetz Rechner Datennetz (Internet) Verbindungseinrichtung WAN Nomadic Computing LAN Mobile Computing Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Rechnernetz - Übersicht End- system End- system End- system Lokales Netz TS Hub TS TS Öffentliches Vermittlungsnetz Rechner Peripherie Kommunikationssystem Endsystem TS End- system TS Hub Lokales Netz End- system Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Rechnernetze - Historie 1960 - 1970 Rechner: Zentralrechner, Prozeßrechner Zugang: direkter Rechnerzugang nur durch Systemspezialisten Netze: Fernstapelverarbeitung: Direkter Nutzerzugang zur Lochkartenstapelstation und zum Drucker 1970 - 1980 Rechner: erste dialogorientierten Zeitscheibensysteme, Terminals Zugang: direkter Zugang vom Endnutzer zu Terminals Netze: assymmetrische Vernetzung zwischen Großrechner und Terminals, Herstellernetze (SNA von IBM, DECNET von DEC, DCA von Sperry, WangNet von WANG) 1980 - 1990 Rechner: moderne Arbeitsplatzrechner (Workstations, PCs), keine Großrechner mehr Zugang: direkter Zugang, entfernter Zugang Netze: Paketnetze (ARPA-Netz, SITA-Netz, TYMNET), ab 1976 Normungsbestrebung durch ISO und ITU-T (CCITT) Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Rechnernetze - Historie 1990 - heute Rechner: hohe Leistungsfähigkeit (heute schon GIPS) Zugang: direkter Zugang, weltweiter entfernter Zugang, mobile Endgeräte Netze: hohe Leistungsfähigkeit durch Glasfasertechnologie (heute im GigaBit-Bereich) Internet: Verlagerung von Universitäten und Forschungseinrichtungen auf den privaten Sektor, wichtige Dienste: E-Mail, WWW, Multimedia Zukunft Rechner: extreme Leistungsfähigkeit (ab 2010 TIPS) Zugang: einheitlicher Zugang für Telekommunikation, Computer, Unterhaltungsendgeräte Netze: extreme Leistungsfähigkeit (TeraBit-Bereich), auch Funknetze Verschmelzung der vier Komplexe Telekommunikationsindustrie, Computerindustrie, Unterhaltungsindustrie, Handel und Dienstleistungen Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Rechnernetze - Einsatz Kommunikation von Personen elektronischer Briefverkehr (email) elektronische Foren (chat) elektronische Konferenzen (news, conferencing) Trend zu Multimedia (simultane Darstellung von Sprache, Ton, Texten und Bildern) Zugriff auf verteilte Information Dateizugriff (remote file access, ftp) Informationssysteme (WWW) Peer-to-Peer-Systeme (Emule, Morpheus) Fachdatenbanken (Amadeus) Video on Demand Audio on Demand Verzeichnisdienste Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Rechnernetze - Einsatz Benutzung entfernter Verarbeitungsrechner / Funktionen Ferndialog (remote login, telnet) Stapelverarbeitung (RJE = remote job execution) E-commerce (z.B. Internetbanking, Teleshopping) Verteilte Programmabläufe Client/Server-Computing Distributed Computing Verteilte Anwendungen Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Rechnernetze - Ziele Funktionalität Erbringung verteilter Anwendungen Lastverteilung geringe Bearbeitungs-/Transportzeit hoher Durchsatz Ausgleich schwankender Anforderungen Zuverlässigkeit Verfügbarkeit von Anwendungen und Daten Rechnerleistung Erhöhung durch Verwendung der Leistungsfähigkeit mehrer Rechner Kosten Minimale Kosten Minimaler Aufwand Flexibilität einfaches Einfügen neuer Komponenten und Verbindungen Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Rechnernetze - Ziele Sicht eines Rechnernetzes als Verbund: Funktionsverbund Funktionalität der Einzelrechner nutzbar Datenverbund Daten der Einzelrechner zugreifbar Lastverbund Verarbeitungs-/Speicherkapazität der Einzelrechner verfügbar Zuverlässigkeitsverbund / Verfügbarkeitsverbund Erhöhung der Zuverlässigkeit von Funktionen durch redundantes Angebot Erhöhung der Verfügbarkeit von Daten durch redundantes Speichern Flexible Erweiterbarkeit problemloses Einfügen neuer Komponenten und Verbindungen Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Rechnernetze - Ziele Sicht eines Rechnernetzes als Verbund: Leistungsverbund Datenverarbeitung auf Mehrrechnersystemen Dezentralisierung Aufhebung von Parallelisierungsbarrieren Datenlokalität Ortsverbund Integration von Transport und Verarbeitung Verteilte Informationssysteme Telekooperationssysteme Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Rechnernetze - Ziele Begriff der Offenheit: Hersteller-Unabhängigkeit Dynamische Integration von Komponenten Dezentrale Verwaltung Autonome Partner Offene Datennetze / Rechnernetze Internet Ziel erreicht Offene Anwendungen Komponentenstrukturierte verteilte Software Software wird aus Komponenten zusammengesetzt Komponenten von unterschiedlichen Herstellern Komponenten laufen auf verteilten Wirtsrechnern Programmiersprachliche Basis: Java Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Rechnernetze - Ziele Zielkonflikte: billig geringe Transportzeit hoher Durchsatz hohe Zuverlässigkeit Ziele des Endnutzers: geringe Transportzeit Ziele des Betreibers: hoher Durchsatz Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Definition Menge von in Wechselwirkung stehenden Instanzen Instanz besitzt Betriebsmittel besitzt Verhalten, d.h., sie agiert im Verlauf der Zeit Beispiele für Instanz Mensch Mensch in Rolle (Vortragender, Zuhörer) Rechenprozeß Rechenprozeßmenge Teil eines Rechenprozeß Verbund aus Menschen und Rechenprozessen Subsystem Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Systemarten: Instanz Umwelt Instanz geschlossenes System offenes System hierarchisch strukturiertes System Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Dienstleistende Systeme: Instanzen: Menge von Dienstnehmern Diensterbringer (offenes Subsystem) Kommunikation: vertikale Kommunikation Abwicklung von Dienstleistungen horizontale Kommunikation zwischen Dienstleistern Kommunikationssysteme: in der Zeit Datenhaltungssystem im Raum Telekommunikationssystem Dienstleistungen dienen dem Nachrichtenaustausch zwischen Dienstnehmern Diensterbringer interpretiert Nachrichten nicht Dienst- nehmer Dienst- nehmer Dienst- nehmer Diensterbringer Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Telekommunikationssysteme Endsystem Transitsystem Datennetz implementiert Telekommunikationssystem Rechnernetz benötigt Telekommunikationssystem Telekommunikationssystem wird durch (dedizierte) Datennetze implementiert Tendenz: Rechner- und Datennetze verschmelzen Datennetzanbieter betreiben Endsysteme und bieten Informationsdienste an Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006 Verteilte Systeme Begriffsklärung: Rechnernetz: konkrete Basismaschine aus Rechnern, Verbindungen, Datennetz. Verteiltes System: Anwendungssystem, das verschiedene Orte berührt. Rechnernetz bildet Basis zur Erbringung seiner Funktionalität. Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Verteilte Systeme - Eigenschaften Real meßbare Qualitäts-Anforderungen Kosten Leistung Zuverlässigkeit Langlebigkeit und Komplexität Fehler- und Ausfalltoleranz der Verbindungen Fehler- und Ausfalltoleranz der Komponenten flexible modulare Struktur Beispiel Internet-Banking Flugbuchungssystem Abhängigkeit von Störungen und Ausfällen des Rechnernetzes Störungserkennung und -behebung durch Redundanz in Nachrichten Störungen sind nicht vollständig verdeckbar Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006

Verteilte Systeme - Eigenschaften Störungen sind nicht vollständig verdeckbar: Beispiel: Konsens unter Fristsetzung ist in absolut zuverlässiger Weise nicht möglich Jürgen Schüler Prof. Schröder Ingelheim Mainz t Vorlesung am 24.03. in Mainz?! Bitte quittieren! Ok! Aber bitte Quittung quittieren! Ok! Aber bitte Quittung der Quittung quittieren! ..... 24.03. erreicht! Kommunikationssysteme 5 © Jürgen Schüler, Ingelheim 2006