1.4 TCP/IP Protokolle - Friedrich-Schiller

Transcription

Webtechnologien
Vorlesung Informatik
Dr. rer. nat. Harald Sack
Institut für Informatik
Friedrich Schiller Universität Jena
Wintersemester 2004/2005
http://www.informatik.uni-jena.de/~sack/WS0405/webtechnologien.htm
Webtechnologien
1
19.10.2004 – Vorlesung Nr. 2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12
13
z Teil I – Internet und WWW
14
15
Informatik der digitalen Medien
Dr.rer.nat. Harald Sack, Institut für Informatik, FSU Jena, Ernst-Abbe-Platz 2-4, D-07743 Jena, E-Mail: [email protected]
2
Webtechnologien
Teil I: Internet und WWW
1.
2.
3.
4.
5.
6.
7.
Einstieg: Internet und WWW
World Wide Web
Sicherheit im WWW
E-Bussiness
Web-Services
WWW-Suchmaschinen
WWW-Groupware
3
1. Einstieg: Internet und WWW
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Historisches
Computer-Netzwerke und LANs
WANs und Internetworking
TCP/IP Protokolle
IPv6
Internetanwendungen
Mobile Netze und WLAN
4
1.4 TCP/IP Protokolle
TCP/IP Referenzmodell
{
seit 1983 Internet-Standard
5
Verarbeitung
(Application Layer)
4
Transport
(Transport Layer)
TCP
3
Vermittlung
(Internet Layer)
IP
2
Sicherung
(Network Interface Layer)
1
Bitübertragung
(Physical Layer)
5
TCP/IP Referenzmodell - Protokollaufgaben
IP – Internet Protocol
5
Verarbeitung
(Application Layer)
4
Transport
(Transport Layer)
3
Vermittlung
(Internet Layer)
2
Sicherung
1
Bitübertragung
(Physical Layer)
o Datenkommunikation zwischen zwei Endsystemen
Æ einheitliches Adressierungs-Schema
o Wahl eines Verbindungsweges zwischen
zwei Endsystemen
Æ Routing
o Anpassung der Systemparameter zwischen
unterschiedlichen Netzwerke
Æ Fragmentierung / Defragmentierung
o Erkennen von Übertragungsfehlern
Æ fehlererkennende Kodierung
o Erkennung und Behebung von Überlastund Stausituationen im Netzwerk
Æ Flusskontrolle
6
TCP/IP Referenzmodell - Protokollaufgaben
TCP – Transport Control Protocol
5
Verarbeitung
(Application Layer)
4
Transport
(Transport Layer)
3
Vermittlung
(Internet Layer)
2
Sicherung
1
Bitübertragung
(Physical Layer)
o Kommunikationsverbindung zwischen zwei
Anwendungsprogrammen
Æ verbindungsorientiert
o sichere Datenübertragung
Æ sicheres Verbindungsmanagement
Æ fehlerfreie Datenübertragung
Æ Flusssteuerung
7
z
Problem:
Wie findet ein Datenpaket seinen Weg zum Ziel?
z
z
z
z
z
einheitlichen Adressierung notwendig
Protokollsoftware weist dabei jedem Host eindeutige Adresse zu
IP-Standard (IPv4) ordnet jedem Host für die gesamte
Kommunikation im Internet eine 32 Bit Binärzahl zu:
IP-Adresse (Internet Protocol Address)
jedes im Internet versendete Datenpaket enthält die IP-Adresse des
Senders und die des Empfängers
8
Internet-Adressierung (IPv4-Adressen)
{
IPv4-Adresse (32 Bit) besteht aus
z
z
{
Präfix (identifiziert das physische Netz)
Suffix (identifiziert einen bestimmten Computer im betreffenden
Netz)
IP-Adresse identifiziert also keinen bestimmten Rechner,
sondern eine Verbindung zwischen einem Computer und
einem Netz
Präfix
Suffix
Netzwerk-ID
Rechner-ID
9
0
Klasse A
1
0
0
Klasse B
7
2
31
Suffix
Netz-ID
3
23 24
110
0
Netz-ID
31
Suffix
31
4
Multicast-Adresse
1110
0
Klasse E
Suffix
15 16
10
Klasse D
31
Netz-ID
0
Klasse C
8
31
4
1111
reserviert
10
Klasse B
Klasse A
Router
Netz 17.0.0.0
Netz 84.23.0.0
Router
17.23.3.199
17.111.1.23
17.23.3.205
84.23.1.55
Netz 199.14.7.0
84.23.203.5
Klasse C
199.14.7.20
199.14.7.19
199.14.7.18
11
Internet-Protokoll – IPv4
{
{
derzeitige IP-Version (IPv4) ist außerordentlich erfolgreich
Grund liegt im glücklichen IP-Basisdesign:
z
z
z
Einsatz ist auch unter neuen Hardware-Technologien möglich
(wurde entwickelt vor Verbreitung der LAN-Technologie !)
funktioniert auch in Netzen, die um Größenordnungen schneller
sind, als für die es ursprünglich konzipiert war
hat enorme Zuwächse im globalen, heterogen Internet verkraftet
ABER: größeres Wachstum als jemals erwartet!
12
Routing-Protokolle
o
Wie findet ein Datenpaket tatsächlich den Weg zu seinem Ziel?
Sender
Internet
?
?
?
?
Router
Router
Router
Router
Router
?
Router
Router
Empfänger
Router
?
Router
13
Routing-Protokolle
(3,1)
1
2
3
(1,1)
1
2
3
P1
R1
R2
R3
R1
R2
R3
P3
7
(1,4)
7
R7
R7
Routingtabelle für P2
1
2
3
7
P2
R1
R2
R3
R7
(2,6)
(3,5)
Adresse
Nächster Hop
(1,1)
R7
(1,4)
R7
(2,5)
5
(2,6)
6
(3,1)
R3
(3,5)
R3
(2,5)
14
Routing-Protokolle
{ Generelle Richtlinien:
z Universelles Routing
Für jedes potenzielle Ziel sollte die Routingtabelle einen
entsprechenden Eintrag enthalten
z Optimales Routing
In der Routingtabelle sollte ein Eintrag zu einem bestimmten
Ziel stets auf dem optimalen Weg dorthin führen
• kürzester Weg
• kostengünstigster Weg
15
Routing-Protokolle
{ Wie funktioniert es?
z Besitzt der Router eine vollständige interne Repräsentation
des Netzwerks, kann er jederzeit die optimale Route zu
einem vorgegebenen Ziel bestimmen
z Wurzelbaum:
•
•
•
•
Darstellung des Netzwerks als Graph (Baum)
Router ist Wurzel
alle anderen Router bilden die Blätter des Wurzelbaumes
Wurzelbaum gibt jeweils die kürzest mögliche Verbindung
vom Wurzel-Router zu einem beliebigen Ziel-Router an
16
Routing-Protokolle
{
Wurzelbaum
(1) Darstellung des Netzwerks als Graph
Router
Router
Router
Router
Router
Router
Router
Router
Router
17
Routing-Protokolle
{
Wurzelbaum
(1) Darstellung des Netzwerks als Graph
(2) Lösche redundante Pfade
Wurzel
• Wurzelbaum ist nicht
eindeutig festgelegt
• dient als für
Festlegung der optimalen
Routen
18
Routing-Protokolle
{
Routingverfahren
Isoliertes Routing
Statisches Routing
Dynamisches Routing
Zentrales Routing
Flooding
Hot-Potato
Link-State Routing
Verteiltes Routing
Distance-Vector Routing
19
Routing-Protokolle
{
Link-State Routing
z
z
z
z
z
z
Internet-Standard
auch als SPF (Shortest-Path-First) / OSPF bezeichnet
Suche alle direkten Nachbarn im Netzwerk
Messe die Distanz zu jedem direkten Nachbarn
Bilde ein Link-State-Paket mit den ermittelten
Distanzinformationen
Versende das Link-State-Paket via Broadcast an alle Router im
Netzwerk
Schnelle Anpassung an Veränderungen der Netzwerktopologie
20
Routing-Protokolle
{
Link-State Routing
Link State Pakete
2
A
4
B
A
B
C
D
E
B 2
C 4
A 2
D 3
A 4
D 5
E 3
B 3
C 5
E 1
C 3
D 1
C
3
5
3
D
1
E
21
Services des IP-Protokolls
{
{
{
Verbindungslos
Jedes Datenpaket kann auf unterschiedlichem Weg zum Ziel
gelangen
Best Effort
Es wird nicht garantiert, dass ein gesendetes Datenpaket
tatsächlich am Ziel ankommt bzw. wann es dort eintrifft
Bestimmte Aufgaben erfordern aber Dienstgarantien
{ Sichere Übertragung
{ Einhaltung von Zeitschranken
22
Transport Layer Protocol - TCP
{
Installation einer virtuellen, zuverlässigen Verbindung
TCP/IP
5
Verarbeitung
(Application Layer)
4
Transport
(Transport Layer)
3
Vermittlung
(Internet Layer)
2
Sicherung
1
Bitübertragung
(Physical Layer)
23
TCP-Protokoll
z
Tatsächlich verfügen Netze und Zwischensysteme nicht über TCP
Sender
Empfänger
Anwendung
Virtuelle und zuverlässige Verbindung
der Endsysteme
TCP
Anwendung
TCP
IP
IP
IP
Netzwerkschnittstelle
Hardware
Hardware
Hardware
Netz 1
Netz 2
24
TCP-Protokoll - Eigenschaften
{ Verbindungsorientierte Datenübertragung
1. Verbindungsaufbau
2. Datenübertragung
3. Verbindungsabbau
•
•
•
Verbindung kommt rein software-technisch (virtuell) zu
Stande
TCP-Nachricht wird zur Übertragung in IP-Datagramm
gekapselt (=Nutzdaten)
TCP-Implementierung daher auf Zwischensystemen nicht
erforderlich
25
{ Zuverlässige Datenübertragung
Sender
Empfänger
Nachricht 1 senden
Nachricht 1 empfangen
Bestätigung senden
Nachricht 1 bestätigt
Nachricht 2 senden
Nachricht 2 verloren
Timer abgelaufen
Nachricht 2 erneut
senden
Nachricht 2 empfangen
Bestätigung senden
Nachricht 2 bestätigt
26
z Flußsteuerung
•
•
Anpassung der Länge der übertragenen Nachrichten an die
Netzwerklast
Sliding Window Protocol
z Überlastkontrolle
•
•
Schwierig, da das IP-Protokoll keine Informationen über
zurückliegende Ereignisse (aufgetretene Staus, etc.) liefern
kann
Wird indirekt erschlossen (Statistik über notwendige
Neuübertragungen, etc.)
27
z Vollduplexübertragung
•
•
Bidirektionale Ende-zu-Ende Datenübertragung
Sender und Empfänger können sogar gleichzeitig Daten senden
z Stream-Schnittstelle
•
•
Nachrichten werden als fortlaufender Byte-Strom übertragen (keine
aufeinander folgenden Einzelnachrichten)
Stream-Schnittstelle des Empfängers übergibt der EmpfängerAnwendung die Daten des übertragenen Bytestroms in exakt
derselben Reihenfolge der Sender-Anwendung
28
{ Zuverlässiger Verbindungsaufbau
z
z
IP-Datenpakete aus früheren Verbindungen müssen ignoriert
werden können
3-Wege Handshake
1. Signalisiere Verbindungsaufbau-Wunsch mit SynchronisationsSegment und sendet Sequenznr x zur Identifikation
(SYN+Sequenznr x)
2. Empfänger bestätigt Empfang des Synchronisations-Segments
(SYN ACK+ Sequenznr x) und sendet eigene Sequenznr y zur
Identifikation
3. Sender bestätigt Empfang von SYN ACK und der Sequenznr y
29
{ Zuverlässiger Verbindungsaufbau
z 3-Wege Handshake
Sender
Empfänger
Sendet SYN, seq=x
Empfängt x
Sendet SYN, seq=y, ACK x+1
Empfängt SYN+ACK
Sendet ACK y+1
Empfängt ACK
Verbindung eingerichtet
30
{ Zuverlässiger Verbindungsabbau
z
Partei möchte Verbindung beenden, muss aber darauf achten, dass
alle abgesendeten Daten auch zugestellt werden, bevor die
Verbindung beendet wird
1.
2.
Anwendung sendet ENDE-Segment (FIN) mit Sequenznr. x
Gegenseite bestätigt Empfang von FIN (FIN ACK), nimmt keine
weiteren Segmente mehr entgegen und benachrichtigt zuständiges
Anwendungsprogramm
Verbindung in Richtung SenderÎEmpfänger ist abgeschlossen
Anwendung auf Gegenseite beendet Verbindung und sendet eigenes
FIN mit Sequenznr. y
Bestätigung des Empfangs des FIN-Segments (FIN ACK)
Sobald Gegenseite die Bestätigung erhält, gilt die Verbindung als
beendet
3.
4.
31
{ Zuverlässiger Verbindungsabbau
z
Modifizierter 3-Wege Handshake
Anwendung beendet Sender
Verbindung
Sendet FIN, seq=x
Empfänger
Empfängt FIN, x
Sendet ACK x+1,
Informiert Anwendung
Empfängt FIN+ACK
Anwendung beendet
Verbindung
Sendet FIN, seq=y, ACK=x+1
Empfängt FIN+ACK
Sendet ACK y+1
Empfängt ACK
Verbindung beendet
32
{ TCP-Ports
z
Um Verbindung zwischen zwei Endsystemen einzurichten und
aufrecht zu erhalten, müssen auf Sender und Empfänger eindeutig
identifizierbare Endpunkte der Kommunikation (Sockets)
eingerichtet werden
Empfänger
Internet
Sender
Socket
Socket
Reservierter Speicherplatz
als Kommunikationspuffer
(IP-Adresse + Portnummer)
33
{ TCP-Ports
Sender
feste Zuordnung
wahlfreie Zuordnung
HTTP
Port x
SMTP
Port y
TELNET
Port z
TCP
TCP
Empfänger
Port 80
HTTP
Port 25
SMTP
Port 23
TELNET
TCP-Transport
34
{ TCP-Ports
z
z
Portnummer Î 16 bit
Verbindung zwischen Anwendung und Transportverbindung
• Reservierte (privilegierte) Ports
0 – 255 (TCP/IP)
256 – 1023
(UNIX)
• Registrierte Ports
1024– 49151
(müssen von IANA registriert werden)
• Private (dynamische) Ports
49152 -- 65535
Bsp:
HTTP
SMTP (Email)
POP3 (Email)
- Port 80
- Port 25
- Port 110 …
35
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Historisches
TCP/IP Protokolle
IPv6
Internetanwendungen
36
1.5 Internet Protocol IPv6
{ Änderungsbedarf:
z
z
Adressraum zu klein (begrenzt auf etwa eine Million Netze)
z
Mobile Endgeräte (Handy)
z
Verbraucherelektronik, Haushaltgeräte, RFIDs, u.a.
Dienstart für multimediale Daten nicht spezifizierbar
z
z
Quality of Service (Dienstqualitat)
(z.B. für ruckelfreie Übertragung von Video)
fehlende Unterstützung verteilter Gruppenarbeit
z
CSCW (Computer-Supported Cooperative Work)
37
Internet-Protokoll – IPv4 Datenpaket
Header: 20 – 60 Byte
Version
IHL
Identification
TTL TTL
Paketlänge
Dienstart
Flags
Fragment Offset
Header Checksum
Protocol
Source Address
Destination Address
Optionen und Padding
Nutzdaten
max. Länge 65.535 Byte
38
{
{
{
{
{
{
{
{
{
{
{
Version (0100=4)
Länge: Länge des IP-Headers
Dienstart: Priorität
Paketlänge: 16 Bit
Identifikationsnummer einzelner Fragmente (evtl. vom Router vergeben)
Flags: 1. Bit reserviert, DF (don‘t fragment) und MF (more fragment)
Fragment Offset: Offset des Fragements im originalen Datenpaket
Time to Live: Lebensdauer eines Pakets (wird bei Router (hop)
dekrementiert)
Protokoll: Nummer des übergeordneten Transportprotokolls
Header Prüfsumme: muss bei jedem hop neu berechnet werden
Options und Padding: striktes und „lockeres“ Routing, Routing Record
u.a.
39
Folgende Details sollen sich mit IPv6 ändern:
z
Adressgröße:
z
z
neues Header-Format/mehrere Header:
z
z
zwingend ein Basis-Header und ein oder mehrere Zusatz-Header;
verschiedene Adresstypen für Unicast, Multicast und Cluster
Video- und Audiounterstützung:
z
z
128 Bit (16-Bit-Gruppen in hexadezimaler Notation mit
Doppelpunkt als Trennzeichen, Nullenkompression)
(Echtzeit-Übertragung vermittels Mechanismus zur Festlegung
vorbestimmter Übertragungspfade)
erweiterbares Protokoll
40
Idee:
z
z
oft sind viele Felder des alten IPv4-Headers leer bzw. nicht relevant
¾ Platzverschwendung
¾ erhöhte Routerbelastung
Also: kleinerer und jeweils der Situation besser angepasster Header
8 Byte – 64 KB
40 Byte
Erweiterungsheader 1
Basisheader
…
Erweiterungsheader n
optional
Nutzdaten
IPv6-Datenpaket
41
IPv6-Basisheader
TTLVersion
Flow Label
Transport Class
Payload Length
Next Header
Hop Limit
TTL
Source Address
Destination Address
Transport Class: (0-7)Æ normale Kommunikation, (8-15)ÆAudio/Video
Flow Label:
ID für virtuelle End-to-End-Connection, Routerentlastung(!)
Next Header:
Typ des nachfolgenden Headers (Erweiterungsheader/TCP)
42
IPv6-Erweiterungsheader
BH
Next
EH1
Next
IPv6 Header
…
…
…
EH6
Next
TCP-Header
IPv6 Nutzdaten
Nutzdaten
43
IPv6-Erweiterungsheader
{
Hop-by-Hop Header
TLV-Angaben (Type-Length-Value), die von jedem Router auf dem Weg
zum Empfänger interpretiert werden (stets 1. EH!)
{
Destination Options Header
TLV-Angaben für Router und/oder Empfängerrechner
{
Routing Header
Routerliste (Strict Source Routing)
{
Fragment Header
Information zur Fragmentierung eines Datenpakets
{
Authentication Header
Prüfsumme zur Authentification des Senders
{
Encapsulation Security Payload
Schlüsselnummer zur Verschlüsselung von Nutz-/Headerdaten
44
IPv6-Erweiterungsheader – Jumbo Payload
TTL
Next Header
Type=194 Flow Label
Opt Data Length=4
Header Ext Length
Jumbo Payload Length (32 Bit)
Basisheader
Hop-by-Hop
Options Header
Payload Length = 0
…
Nutzdaten
Jumbo Payload
IPv6-Datenpaket
45
IPv6-Adressierung
{
{
{
128 Bit: 2128 mögliche Adressen
Unicast / Broadcast / Multicast
Anycast
identifiziert Gruppe von Rechnern, die in funktionalem
Zusammenhang stehen (z.B. DNS).
Anycast - Cluster
Router
46
IPv6-Adressierung
{
128 Bit: 2128 mögliche Adressen
z
000E:0C64:0000:0000:0000:1342:0E3E:00FE
E:C64::1342:E3E:FE
z
z
Unterdrückung führender 0en
Zusammenfassung einer(!) 0-Folge
47
Internet-Protokoll – IPv6 Deployment
Betriebsystemunterstützung
{
{
{
{
Windows Derivate: optional
xBSD/Linux: ab Kernel 2.6 vollständige IPv6 Unterstützung
Mac OS X: ab 10.2
Cisco (Router): optional (experimentell)
{
{
im eigenen LAN kein Problem
jenseits des eigenen Border-Routers: Tunneling
48
Internet-Protokoll
IPv6 Deployment
49
Internet-Protokoll- IPv6 Deployment
50
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Historisches
TCP/IP Protokolle
IPv6
Internetanwendungen
51
1. Einstieg: WWW und Internet
1.6 Internetanwendungen
{
{
{
Grundlagen
Client-/Server-Prinzip
Ausgewählte Anwendungen
z
z
z
z
{
Domain Name Service – DNS
E-Mail – elektronische Post
FTP – Dateitransfer
IRC – synchrone Kommunikation
Echtzeitkommunikation
z
z
Anforderungen
Protokolle
52
Internetanwendungen
{
Internetdienste setzen auf den Transportprotokollen
TCP oder UDP auf
{ TCP (Transmission Control Protocol):
{ verbindungsorientiert und zuverlässig
SMTP
HTTP
RPC
FTP
MIME
DNS
BGP
TELNET
TCP
53
Internetanwendungen
{ Internetdienste setzen auf den
Transportprotokollen TCP oder UDP auf
{ TCP (Transmission Control Protocol):
{
{
{
{
{
{
{
SMTP: Simple Mail Transfer Protocol
HTTP: Hypertext Transfer Protocol
RPC: Remote Procedure Call
MIME: Multipurpose Internet Mail Extension
FTP: File Transfer Protocol
TELNET: Telecommunication Network Protocol
DNS: Domain Name Service
{ BGP: Border Gateway Protocol
54
Internetanwendungen
{ UDP (User Datagram Protocol):
{ verbindungslos und unzuverlässig
SNMP
BOOTP
ASN.1
DHCP
RTP
RIP
NFS
DNS
XDR RPC
TFTP
UDP
55
Internetanwendungen
{ UDP (User Datagram Protocol):
{
{
{
{
{
{
{
{
{
TFTP: Trivial File Transfer Protocol
DNS: Domain Name Service
SNMP: Simple Network Management Protocol
BOOTP: Boot Protocol
DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol
RIP: Routing Information Protocol
RTP: Realtime Transfer Protocol
RPC: Remote Procedure Call
NFS: Network File System
56
{
{
Internetanwendungen sind Hauptakteure, die über das Internet
miteinander kommunizieren
Internetanwendungen basieren auf dem Client-/Server-Prinzip
Request
Client
Server
Reply
aktive Komponente
stellt Anfrage an gleichartige Anwendung,
die auf einem anderen Rechner läuft
(Request)
passive Komponente
antwortet auf Anfrage mit der
gewünschten Information
(Reply)
57
{
ein Rechner kann zugleich verschiedene Dienste (Services)
anbieten
HTTP
HTTP
Client
Server
TELNET
RSTP
FTP
Transport
Transport
Internet
Internet
Bitübertragung
Bitübertragung
Hardware
Hardware
Internet
58
Domain Name Service - DNS
{
{
Problem: Kein Mensch kann sich viele IP-Adressen merken
{
{
{
{
{
136.199.35.24
23.234.13.1
213.3.21.9
127.44.32.96
192.56.93.3
{
…
Aussagekräftige Namen lassen sich dagegen besser behalten
{
{
{
{
{
www.uni-jena.de
pc55.informatik.uni-trier.de
business.ibm.com
whitehouse.gov
www.w3c.org
59
{
DNS - Adressraum
pc55.informatik.uni-jena.de
Top-Level-Domain
Domain
Sub-Domain
Sub-Domain
DNS-Adressraum lässt sich als Baumstruktur darstellen
60
{
Ausschnitt aus dem DNS - Adressraum
de
Top-Level-Domain
uni-jena
Domain
informatik
Sub-Domain
Sub-Domain
pc62
pc65
uni-trier
denic
mathe
pc23
pc147
61
{ Top-Level-Domains
{
Generic Domains: Institutionen und Organisationen
{
{
{
{
{
{
{
{
{
com
edu
gov
mil
org
int
net
…
kommerzielle Unternehmen
(US)-Ausbildungseinrichtungen
(US)- Regierung
(US)-Militär
gemeinnützige Organisationen
internationale Organisationen
Netzwerk Provider
Top-Level-Domains werden zentral vom ICANN vergeben
62
{ Top-Level-Domains
{
Country Domains: Länderkennung (nach ISO3166)
{
{
{
{
{
{
{
{
{
{
{
de
fr
uk
nl
it
ru
ch
tv
tw
eu
…
Deutschland
Frankreich
England
Niederlande
Italien
Rußland
Schweiz
Tuvalu
Taiwan
Europa
63
{ Domains
{
{
Verwaltung einer Top-Level-Domain und der ihr
zugeordneten Domains erfolgt zentral durch zuständige
Regierungsbehörde
z.B. für .de Top-Level-Domain ist DE-NIC (Deutsches
Network Information Center) in Karlsruhe zuständig
Bsp.: DE-NIC Anfrage
Aber wie kommt nun die Übersetzung von
IP-Adresse in DNS-Namen zustande ?
64
{ DNS – Name Server
{
Macht es Sinn, wenn es einen einzigen, zentralen Server
gibt, der alle IP-Adressen und die ihnen zugeordneten
DNS-Namen verwaltet ?
{ Problem: > 280.000.000 Internet-Hosts
{ permanente Überlastung!
{
{
DNS-Adressraum wird in nicht überlappende Zonen
hierarchisch aufgeteilt
DNS-Server kennt jeweils
{ alle Server/Hosts auf der direkt unter ihm liegenden
Hierarchiestufe
{ den Server, der direkt über diesem in der Hierarchie
steht
65
{
Ablauf DNS-Client-/Server Interaktion
dns.de
dns.uni-jena.de
dns.inf.uni-jena.de
pc23.inf.uni-jena.de
DNS-Server
Service-Provider
(Domain)
Lokaler
DNS-Server
(Sub-Domain)
Root-DNS-Server
(Top-Level-Domain)
DNS-Server
Service-Provider
des Zielnetzes
(Domain)
dns.uni-trier.de
DNS-Server
des Zielnetzes
(Sub-Domain)
lokaler
DNS-Client
dns.inf.uni-trier.de
136.199.35.24
gesucht: clio.inf.uni-trier.de
66
{
DNS-Caching
{ Wäre für jede Verbindungsaufnahme eine DNS-Client/Server Interaktion mit Anfrage bis zum Root-DNSServer nötig, wäre das Internet stets überlastet
{ Idee:
{ merke einfach die zuletzt angefragten IP-Adressen in
einem Zwischenspeicher Æ DNS-Cache
{ bei erneuter Anfrage zuerst Lookup im DNS-Cache,
daher meist keine neue DNS-Client-/Server-Interaktion
mit nächst höherem Server notwendig
67
E-Mail – Elektronische Post
{
{
Versenden elektronischer Post ist eine der ältesten Internetanwendungen
{ bereits im ARPANET (1970)
Standard von 1982 gilt noch heute (RFC 821 und 822)
Internet
68
{
{
E-Mail-Dienst zählt zu den Message Handling Systems (MHS)
MHS besteht aus zwei Komponenten
{
RFC 822 Å
User Agents (UA)
{
{
{
{
{
Anwender kann mit UA Nachricht erzeugen und editieren
Nachrichten können gelesen, empfangen, gesendet werden
= lokales Anwendungsprogramm, das dem Anwender eine
Benutzerschnittstelle zum E-Mail-Dienst anbietet
z.B. Outlook
Message Transfer Agent (MTA)
{
Verantwortlich für Transport der Nachricht zwischen Sender und Empfänger
RFC 821 Å { Oft müssen dabei mehrere MTA zusammenarbeiten
69
{
Message Handling Systeme
User 2
User 1
UA
UA
MTA
MTA
MTA
MTA
MTA
MTA
MTA
MTA
MTA
MTA
Message Transport System
70
{ E-Mail Adresse
{
{
Sender und Empfänger einer Nachricht werden über spezielle E-MailAdressen (RFC 821) identifiziert
E-Mail-Adresse besteht aus
Duesentrieb @ erfinder.entenhausen.de
Benutzername:
Server-Adresse:
Name des Postfachs, das
dem Sender/Empfänger
zugeordnet ist
DNS-Name oder IP-Adresse
des Senders/Empfängers,
auf dem ein E-Mail-Server
installiert ist
Trennzeichen
71
{ E-Mail Nachrichtenformat
Return-Path: <[email protected]>
Received: from urz-p055.rz.uni-jena.de (urz-p055.rz.uni-jena.de [141.35.3.55])
by pax08e3.mipool.uni-jena.de (8.12.9/8.12.9)
with ESMTP id h6I8VQkM392278 for <[email protected]>;
Fri, 18 Jul 2003 10:31:26 +0200 (CEST)
Received: from localhost (localhost.localdomain [127.0.0.1])
by urz-p055.rz.uni-jena.de (8.11.6/8.11.6) with ESMTP id h6I8SnM11514
for <[email protected]>; Fri, 18 Jul 2003 10:28:49 +0200
…
…
Received: from fwd08.aul.t-online.de
by mailout08.sul.t-online.com with smtp
id 19dQeD-0001vt-00; Fri, 18 Jul 2003 10:31:25 +0200
Subject: Dies ist ein Test
From: [email protected]
Reply-To: <[email protected]>
To: "Dr. Harald Sack" <[email protected]>
X-Mailer: T-Online eMail 4.111
Date: 18 Jul 2003 08:32 GMT
Message-ID: <[email protected]>
Lieber Herr Dr. Sack,
….
72
{ E-Mail Erweiterung – MIME
{ RFC822 erlaubt nur die Verwendung von 7-Bit (US) ASCII
{
{
{
{
keine Umlaute
keine Sonderzeichen
nur Text
keine Grafik / Audio / sonstigen Binärdaten
{ Sonderzeichen und Binärdaten müssen umkodiert werden
{ Erfolgt über MIME-Standard (1993)
Multipurpose Internet Mail Extension
{ MIME legt zusätzliche Regeln fest, wie Datentypen behandelt werden
sollen, die nicht 7-Bit ASCII sind
{ Interpretation von MIME ist Aufgabe des UA
73
{ MIME erlaubt folgende Kodierungsvarianten:
{ 7 Bit ASCII
nach RFC 822, max. 1000 Zeichen
{ 8 Bit ASCII
inkl. Nationale ASCII-Ergänzungen, max. 1000 Zeichen
{ Base64 Encoding
zerlege jeweils 24-Bit Folgen der Originalnachricht in 6-Bit Sequenzen
6-Bit Sequenzen werden mit 7 Bit ASCII (Werte 0-64) kodiert
{ Quoted Printable Encoding
nur Sonderzeichen werdenspeziell kodiert, sonst 7 Bit ASCII
{ User Defined Encoding
Sender und Empfänger übernehmen Dekodierung in eigener Regie
74
{ MIME erlaubt folgende Typen von Binärdateien:
Typ
Subtyp
Text
Plain, RTF, HTML, etc.
Image
GIF, JPEG, TIFF, etc.
Audio
Basic, x-pn-realaudio, etc.
Video
MPEG, quicktime, etc.
Application
Octet-Stream, Postscript,etc.
Message
RFC822, Partial, External
Multipart
Mixed, Alternative, Parallel,
Digest
75
Content-Type: application/octet-stream; name="run.jpg"
Content-Transfer-Encoding: Base64
Content-Disposition: attachment; filename="run.jpg"
MIME-Kodierung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…..
…..
ASCII-Datei (MIME Base64):
run.mme
Grafikdatei (binär):
run.jpg
76
{ Beispiel
From: [email protected]
To: [email protected]
MIME-Version: 1.0
Content-Type: Multipart/Mixed; Boundary=Next Part
--NextPart
Content-Type: TEXT/PLAIN
Hallo Christoph,
Anbei ein Bild aus Jena.
Bis bald, Harald
--Next Part
Content/Type: IMAGE/JPEG
Content-Transfer-Encoding: base64
…
Binäre Daten der jpeg-Datei in base64-Kodierung
77
{ E-Mail Transport - SMTP
{ Simple Mail Transfer Protocol
{ RFC821, Standard seit 1982
{ regelt Kommunikation zwischen MTA-MTA, d.h. legt fest, wie eine
E-Mail-Nachricht übertragen wird
{ ist stets mit TCP-Port 25 verknüpft
{ Kommunikation via SMTP ist leicht nachzuvollziehen, da
lediglich Nachrichten in 7-Bit ASCII Klartext ausgetauscht werden
{ hat mittlerweile viele Erweiterungen erfahren (ESMTP)
78
E-Mail – Elektronische Post Æ SMTP
TCP SEGMENT (SMTP PORT 25)
220 uni-jena.de SMTP READY FOR MAIL
Client
(Sender)
HELO uni-trier.de
250 uni-jena.de says HELO to uni-trier.de
uni-trier.de
MAIL FROM [email protected]
Server
(Empfänger)
uni-jena.de
250 server ok
RCPT TO [email protected]
250 server ok
DATA
354 send Mail, end with „.“
250 message accepted 12321232123.AA007070
QUIT
79
{ E-Mail Zustellung – POP3
{ E-Mail-Gateway ist in der Lage, direkt E-Mail-Nachrichten via
SMTP zu versenden und zu empfangen
{ In LAN oder Einzelnetzwerken gibt es meist nur ein einziges
dediziertes E-Mail-Gateway
{ Alle anderen Rechner des Netzwerks kommunizieren mit dem
E-Mail-Gateway, um E-Mail-Nachrichten senden und
empfangen zu können
{ Kommunikation mit dem E-Mail-Gateway erfolgt über POP3
(Post Office Protocol 3)
{ POP3 erledigt Kommunikation UA ÍÎMTA
80
{ E-Mail Zustellung – POP3
{ Hauptaufgaben
{ Anmeldung beim E-Mail-Gateway
{ Authentifikation des Nutzers durch Passwortabfrage
{ Abruf von E-Mail-Nachrichten aus dem E-Mail-Konto des
Benutzers
{ Löschen der abgefragten E-Mail-Nachrichten aus dem Speicher
des E-Mail-Gateways
{ POP3 kopiert sämtliche Nachrichten des Nutzers auf dessen
lokalen Rechner, wo diese dann zu einem beliebigen Zeitpunkt
bearbeitet werden können.
Problem: lange Nachrichten (SPAM)
81
{ E-Mail Zustellung – IMAP
{ Interactive Mail Access Protocol (RFC1730)
{ Speziell für Nutzer mit mehreren Rechnern (z.B. im Büro und
zu Hause)
{ Nutzt E-Mail-Gateway als zentrales Repository
{ Im Unterschied zu POP3 kopiert IMAP lediglich E-MailHeader aus der Mailbox des Nutzers vom E-Mail-Gateway,
der Benutzer entscheidet, ob die gesamte Nachricht
heruntergeladen/bearbeitet werden soll
82
IRC – Internet Relay Chat
Jarkko Oikarinen
{ 1988 vom finnischen Studenten Jarkko Oikarrinen als
Kommunikationssystem für die von ihm betriebene
Computer-Mailbox entwickelt
{ Echtzeit-Kommunikationssystem, an dem gleichzeitig
(synchron) viele Nutzer teilnehmen können
{ Speziell für die Gruppenkommunikation entwickelt
(Telekonferenz-System)
{ Nutzer können Diskussionsgruppen bilden, die privat oder
öffentlich via IRC über eigene Kanäle (Channels)
miteinander kommunizieren
{ Bsp. für ICR-Channel: #internet
83
FTP – File Transfer Protocol
{
{
{
{
allgemeiner Dateitransferdienst
Hardware-/Betriebsystem-unabhängig
Client-/Server-basiert
Funktionen:
{ Dateitransfer
{ Formatierung und Darstellung
unterschiedliche Behandlung Text/Binärdaten
{ Interaktiver Zugang
Nutzer kann sich am FTP-Server anmelden,
Dateien/Verzeichnisse auflisten lassen und Dateien kopieren
(download/upload)
{ Prüfung von Benutzerberechtigung
autorisierte Anmeldung am FTP-Server
sicherheits-unkritische Daten Î anonymous ftp
84
{
Kommunikation erfolgt über zwei separate TCP-Verbindungen
{ Kontroll-Verbindung: TCP Port 21
{ Daten-Verbindung: TCP Port 20
{
einfachste UNIX-Implementierung ist kommandozeilenorientiert
{ > ftp ftp.uni-jena.de
> get /put/public/FTP/home/sack/test.tgz
> close
{
Grafische Benutzeroberflächen erleichtern die Handhabung
{ z.B. xftp oder via WWW-Browser
85
FTP-Client
FTP-Server
Dateitransfer
Steuerung/
Kontrolle
Dateitransfer
Steuerung/
Kontrolle
Betriebsystem
Betriebsystem
TCP/IP-Software
TCP/IP-Software
TCP-Port 20
Kontrolle
TCP Port 21
Internet
Daten
86
{
Beispiel
ftp ipc617.uni-jena.de
Connected to sam.inf.uni-jena.de
220 sam.inf.uni-jena.de FTP server (Version wu-2.4.2-VR16(1) ready
Name (ipc617.uni-jena.de:usera): anonymous
331 Guest login ok, send e-mail address as password
Password: [email protected]
230 Guest login ok, access restrictions apply
ftp> get /put/public/FTP/home/sack/test.tgz
220 PORT command ok
150 Opening ASCII mode data connection for test.tgz (131214 bytes)
226 Transfer complete
131214 bytes received in 13.04 seconds (1.0e+02 Kbytes/s)
ftp> close
221 Goodbye
ftp> quit
87
{
Bislang arbeiteten Internetdienste nach dem Schema
{
{
{
Problem bei Audio/Video
{
{
{
erst Daten übertragen
dann Daten nutzen (z.B. Wiedergabe)
Sehr große Datenmengen müssen erst übertragen werden, bevor
eine Wiedergabe stattfinden kann
Zeitverzug!
Wünschenswert wäre eine kontinuierliche Medienwiedergabe
bereits während der Datenübertragung
Media-Streaming
88
{ Streaming
{
Medieninhalt wird
{ kontinuierlich und
{ bereits während der Datenübertragung
{ annähernd in Echtzeit (Realtime)
wiedergegeben
{
Realisation:
{ übertragene Daten werden zwischengespeichert (gepuffert)
{ und wenig später wiedergegeben
{ Zeitverzögerung nur wenige Sekunden, auch bei sehr großem
Datengesamtvolumen
89
{ Klassen von Echtzeit-Multimedia-Anwendungen
{
Streaming von
gespeicherten Audio- und Video-Datenströmen
{ Daten liegen auf dem Server bereits vor der Übertragung
vollständig und in komprimierter Form vor
{ Client vermag während Übertragung innerhalb der
übertragenen Datei zu navigieren
{ Zeitverzögerung im 10 Sekunden Bereich
{ Übertragungsschwankungen sind nicht so kritisch
{ Anwendung: z.B. Video on Demand
Musik bei amazon.de
90
{
Streaming von
Live Audio- und Video-Datenströmen
{ Daten werden bereits während ihrer Aufzeichnung über das
Internet übertragen
{ vergleichbar mit Live-Fernsehsendung
{ Übertragene Daten werden nach Pufferung wiedergegeben
(Ausgleich von Übertragungsverzögerungen/schwankungen)
{ geringe Zeitverzögerung
{ wird Datenstrom lokal abgespeichert, ist Navigation möglich
{ Multicasting-Anwendung
91
{
Interaktives Echtzeit Audio- und Video
{ interaktiver Austausch von Audio- und Video-Daten über das
Internet zwischen zwei oder mehreren Kommunikationspartnern
{ Anwendung: z.B. Internet-Telefonie
Videokonferenzen
{ Bedingt durch Interaktion sind zeitliche Restriktionen sehr eng
{ Differenz Audio/Video bei Sprachwiedergabe < 400ms
92
{ Probleme der Echtzeitkommunikation im Internet
{ duplizierte Datenpakete
{ Æ verwende Sequenznummern
{ vertauschte Reihenfolge
{ Æ verwende Sequenznummern
{ verloren gegangene Datenpakete
{ Æ Erkennung über Sequenznummern
{ Æ Neuübertragung nicht sinnvoll
{ Schwankungen in der Übertragungsverzögerung (Jitter)
{ Æ Zeitstempelinformationen und Wiedergabepuffer
Wünschenswert: Ressourcenreservierung
93
{ Wiedergabepuffer
Datenpakete werden
unregelmäßig in den
Puffer hineingeschrieben
Puffer beinhaltet n Zeiteinheiten
Datenpakete werden
regelmäßig aus dem
Puffer herausgenommen
• je größer der Puffer,
• desto robuster gegenüber Jitter und
• desto höher die Wiedergabequalität, aber
• desto größer auch die Zeitverzögerung
94
{ Echtzeitprotokolle
{
man unterscheidet:
•
Transportprotokolle
y Übermittlung von Streams
•
Monitoringprotokolle
y Überwachung der Stream-Übermittlung
•
Kontrollprotokolle
y Kontrolle des Medienstroms durch Anwender
(z.B. zurückzuspulen)
95
{
Real-Time Transport Protocol - RTP (RFC 1899)
{ nutzt UDP als Transportprotokoll
(keine fixe Portnr, wird für jede Übertragung neu reserviert)
{ Transport von Echtzeit-Audio-/Video-Daten
{ verwendet Zeitstempel und Sequenznummern
0 1 2 3
7 8
16
VER P X CC M PTYPE
Sequenznummer
31
Zeitstempel
Synchronization Source ID
Contributing Source ID
…
96
{
Real-Time Transport Control Protocol - RTCP (RFC 1899)
{ Informationsaustausch über transportierte Audio-/Videodaten
und der zur Verfügung stehenden Netzwerkleistung
{ nutzt UDP, Portnr = RTP-Portnummer+1
{ RTCP Basis-Nachrichtentypen:
{ Sender-Report
{ Empfänger-Report
{ Beschreibung der Nachrichtenquelle
{ Anwendungsspezifische Nachricht
{ Abmeldung
{ Anteil stets <5% der via RTP übertragenen Nutzdaten
97
{
Real-Time Streaming Protocol - RTSP (RFC 2326)
{ steuert das Streaming von Audio-/Video-Daten
{ Anforderung eines Mediendatenstroms vom Streaming-Server
{ Einladung eines Medien-Servers zur Konferenz
{ Medien zu bestehender Übertragung hinzufügen
{ Steuerung der Darstellung von Multimedia-Datenströmen
(Setup/Play/Record/Pause/Teardown/…)
98
HTTP
RTSP
RTP
RTCP
TCP
UDP
IP
99
{ Funktionskomponenten
{
Kommunikation erfolgt auch hier Client-/Server-orientiert
{
Client: Media-Player/WWW-Browser
{ Anforderung des Multimedia-Datenstroms vom Server
{ Wiedergabe des Multimedia-Datenstroms
{ Navigation im Multimedia-Datenstrom
{
Server: Media-Server
{ Web-Server:
präsentiert den Media-Datenstrom im WWW
{ Streaming-Server: Aufzeichnung, Speicherung und
Übermittlung eines MultimediaDatenstroms
100
{ Erzeugung von Multimedia-Streams
Media-Encoder
Media-Server
Live
Referenz
on-demand
WS
Web-Server
SS
Format
Kodierer
Stream-TP
Digitalisierer
Streaming-Server
Signal
101
{ Media-Player
z
z
z
z
z
z
z
Helper-Application (Plugin)
kontaktiert Streaming-Server
Übertragung und Wiedergabe der angeforderten MultimediaDatenströme
Dekomprimierung der übertragenen Daten
Verwaltung des Wiedergabe-Puffers
Fehlerkorrektur bei Datenpaketverlust
(Neuübertragung, interpolative Verfahren)
Grafische Benutzeroberfläche zur Steuerung von Übertragung
und Darstellung
102
{ Abruf von Media-Streams
Media-Player
Puffer
Media-Server
Format
Auswahl
Multicast
Dekodierer
Stream-TP
Unicast
WS
SS
Wiedergabe
103
{ Probleme:
{
z
z
IPv4 bietet lediglich „best-effort“ Dienstqualität und keinerlei
Quality of Service (QoS)
Keine Garantien bzgl.
• bestimmten Latenzzeiten eines Pakets
• des Ankommens eines Pakets
• der richtigen Reihenfolge der empfangenen Pakete
Æ Spezielle Protokolle zur Reservierung von Netzwerkkapazitäten:
• RVSP
• COPS
104
{ Ressourcenreservierung und
Routeranforderungen
z
z
z
z
Traffic Pollicing
Router überwachen gesamten Datenverkehr, ggf. steuernde
Eingriffe seitens der Router
Traffic Shaping
geeignete Warteschlangenmechanismen bei Routern, um Überlast
abzuschwächen und auszugleichen
Router muss Garantien über Vorhandensein bestimmter
Bandbreitenkapazitäten liefern
alle Router entlang des Übertragungsweges müssen den
Anforderungen zustimmen und entsprechend nachkommen
105
{ Resource Reservation Protocol (RSVP)
z
z
z
z
z
z
z
ermöglicht einer Anwendung die Reservierung von
Netzwerkressourcen (Bandbreite)
läuft vor der Übertragung eines Multimedia-Datenstroms ab
Empfänger eines Datenstroms muss Reservierung einleiten
Reservierung ist nur in einer Richtung der Datenverbindung möglich
Reservierung ist stets zeitlich begrenzt
Empfänger muss periodisch neue Anfragen zur Ressourcenreservierung stellen
Multimediainhalt wird in Schichten unterschiedlicher Qualität
(Bandbreite) kodiert
•
Empfänger suchen sich entsprechend vorhandener Bandbreite die
geeignete Schicht aus
106
{ Common Open Policy Services (COPS)
z
z
Router müssen sich untereinander koordinieren, ob sie gemeinsam
einem RSVP-Request entsprechen können oder nicht
‚
Router kontaktiert dazu via COPS einen Policy Decision Point
(PDP)
•
z
privilegierter Router, der lediglich auf COPS-Requests antwortet
auf Antwort des PDP hin agiert der anfragende Router als Policy
Enforcement Point (PEP)
•
stellt sicher, dass der weitergeleitete Datenverkehr den vom PDP
angegebenen Richtlinien genügt
107
{ Common Open Policy Services (COPS)
Router 2
Router 3
Host 2
Router 1
COPS-Request
PEP
RSVP-Request
Host 1
PDP
108
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Historisches
TCP/IP Protokolle
IPv6
Internetanwendungen
109
1. Einstieg: WWW und Internet
1.7 Mobile Netze und WLAN
{ Physikalische Grundlagen
z Modulation und Multiplexing
{ Mobilfunk
z GSM
z UMTS
{ Wireless LAN
{ Personal Area Networks – PAN
z Bluetooth
110
Physikalische Grundlagen
{ Modulation
{ um Informationen mit Hilfe eines gleichmäßig
schwingenden Trägermediums (elektrischer Strom oder
elektromagnetische Wellen) übertragen zu können, wird
diese als zusätzliches Signal auf eine Trägerwelle
aufmoduliert
A
010011100101011001….
0
t
Modulation
∆t
111
{ Amplitudenmodulation
1
0
0
1
0
1
Trägersignal
Nutzsignal
0
Amplitudenmoduliertes Signal
112
{ Frequenzmodulation
1
0
0
1
0
1
=1
Trägersignal
Nutzsignal
0
=0
Frequenzmoduliertes Signal
113
{ Phasenzmodulation
1
0
0
1
0
1
Trägersignal
=1
Nutzsignal
0
=0
phasenmoduliertes Signal
114
{ Kanalaufteilung
{
{
In der Regel ist einem funkgestütztem Kommunikationssystem eine
bestimmte Frequenz bzw. ein Frequenzbereich zugeordnet von der
Funkaufsichtsführenden Behörde zugeordnet.
Wenn das Kommunikationssystem von vielen Teilnehmern
gleichzeitig genutzt werden soll, müssen sich diese die zur
Verfügung stehende Frequenz(en) teilen
{ Frequenzmultiplexing
{ Zeitmultiplexing
{ Codemultiplexing
115
{ Frequenzmultiplexing
z
z
z
FDMA (Frequenz Divison Multiple Access)
Aufteilung des zur Verfügung stehenden Frequenzbereichs
(Frequenzband) auf die Teilnehmer in disjunkte einzelne Kanäle
benachbarte Kanäle stören sich
Leistung
Zeit
Frequenz
116
{ Zeitmultiplexing
{
{
{
TDMA (Time Divison Multiple Access)
Aufteilung der Sendezeit in disjunkte Zeitschlitze für die einzelnen
Teilnehmer, die in Gruppen zu Zeitrahmen zusammengefasst
werden
Systemtakt notwendig
Leistung
Frequenz
Zeit
117
{ Codemultiplexing
{
{
CDMA (Code Division Multiple Access)
Alle im Frequenzband gleichzeitig
gesendeten Signale werden mit
einem speziellen CDMA-Code
versehen
{ z.B.
{
a = (0.5,0.5, 2 )
b=(- 2, 2, 0)
c=(-0.5,-0.5, 2 )
CDMA-Codes müssen wechselseitig
orthogonal sein (d.h. a|b=0…)
Leistung
2
0,5
Zeit
- 0,5
- 2
2
0,5
- 0,5
- 2
(b)
2
0,5
- 0,5
- 2
(a)
(c)
118
{ Codemultiplexing
{
CDMA (Code Division Multiple Access)
{ Sende:
2
Kanal (a): 0 (entspricht inversem Signal)
Kanal (b): 1
Kanal (c): kein Signal
0,5
(a)
-0,5
- 2
2
0,5
(b)
-0,5
- 2
2
0,5
kodierte Signale
werden
überlagert
- 0,5
- 2
2
0,5
(c)
-0,5
- 2
119
GSM – Funknetz der 2. Generation
{
{
{
{
GSM (Global System for Mobile Communications)
digitale Sprachübertragung, kombiniert FDMA und TDMA
GSM 900 FB
880MHz – 960MHz
(D-Netz)
GSM 1800 FB 1710 MHz – 1880MHz
(D- u. E-Netz)
935-960 MHz downlink
890-915 MHz uplink
1
2
3
01234567
Frequenzband
124 Kanäle (FDMA)
Zeitschlitze
(TDMA)
120
{
{
Zellulare Netzstruktur
benachbarte Zellen müssen unterschiedliches Frequenzband
verwenden
Kanal 6
Kanal 2
Kanal 7
Kanal 5
Kanal 3
Kanal1
Kanal 6
Kanal 7
Kanal 4
Kanal 5
R
5R
Kanal 1
Kanal 6
Kanal 2
Kanal 7
121
{
GMSK-Modulation (Gaussian Minimum Shift Keying)
122
{ Datenübertragungsverfahren
z
z
GSM-Sprachübertragung mit ca. 13 kbps (netto)
GSM-Datenübertragung mit 9,6kbps
z
HSCSD (High Speed Circuit Switched Data)
• Bündelung aller 8 Zeitschlitze
• Max. Datenrate: 76.8kbit/s
z
GPRS (General Packet Radio System)
• paketorientierter Datendienst
• Direkte Schnittstelle zu IP basierten Anwendungen
• Abrechnung nach Datenvolumen möglich
• 115kbit/s (aus 8 Kanälen und 14,4kbit/s pro Kanal)
123
UMTS – Funknetze der 3. Generation
{
{
{
UMTS (Universal Mobile Telecommunication Service)
1992 ITU IMT-2000 Standard
Bandbreiten zwischen 144 kbps und 2Mbps
z ermöglicht Übertragung von Multimedia-Daten
Datenrate
[Mbps] 100
10
Festnetz
DECT
WLAN
1
UMTS
0.1
GSM
0.01
0
indoor
outdoor
1
10
100
500
Mobilität
[km/h]
124
{
{
Einflußfaktoren auf die Datenübertragungsrate
Aufenthaltsort
z Stadt/Land
z Hohe Siedlungsdichte Î hohe Datenübertragungsrate
Hot Spot
Fläche
Land
2 Mbps
384 kbps
144 kbps
125
{
{
Einflußfaktoren auf die Datenübertragungsrate
Fortbewegungsgeschwindigkeit
z Hohes Tempo Î niedrige Datenübertragungsrate
bis 10 km/h
bis 120 km/h
bis 500 km/h
max. 2 Mbps
>384 kbps
<144 kbps
126
{
Frequenzbereiche
GSM
uplink
1700
GSM
down
1800
UMTS
uplink
1900
2000
UMTS
downlink
2100
2200
2300
Frequenz
127
{ Versorgungsstruktur
{
{
Funkschnittstelle UTRAN
(UMTS Terrestrical Radio Access Network)
UTRAN setzt sich hierarchisch zusammen aus
{
{
{
{
Makrozellen
Flächendeckende Grundversorgung für größeres abgeschlossenes Gebiet
Mikrozellen
wenige Quadratkilometer große Flächen, zusätzliche Versorgung für dicht
besiedelte Gebiete
Pikozellen
Durchmesser nur wenige 100m, im Gebäude oder an Hotspots (Bahnhof,
Flughafen) für max. Datenübertragungsrate
Erschließung dünn besiedelter Gebiete zusätzlich durch
Satellitennetzwerk
128
{ Versorgungsstruktur
Pikozellen
Mikrozellen
Makrozellen
World Cell
129
{ Multiplexing
{
{
UTRAN verwendet Kombination aus CDMA, FDD und TDD
FD-CDMA
{ Nutzer erhält jeweils spezielles Frequenzband für Uplink und
Downlink
{ für Makro- und Mikrozellen
{ max. 384 kbps möglich
{
TD-CDMA
{ Nutzer erhält jeweils verschiedene Zeitslots für Uplink und
Downlink
{ Asymmetrische Vergabe der Zeitslots möglich
{ nur in Piko- und Mikrozellen
{ max. 2 Mbps möglich
130
Wireless LAN
{ Kleine Historie
{
{
Frequenz
MHz
1971 ALOHA-Net, erstes Funk-Datennetz auf Hawaii
1985 Festlegung der ISM-Frequenzbänder
{ (Industrial, Scientific, Medical), lizenzfreie Nutzung
902 928
{
{
{
2400
2483,5
5150
5350 5725 5825
1988 IEEE Arbeitsgruppe 802 – lokale Netzwerke
1997 IEEE 802.11 – Wireless LAN
2003 IEEE 802.g/i
{ Bandbreiten bis 108 Mbps
131
Wireless LAN
{ Netztopologie - Infrastrukturmodus
Kommunikation läuft
stets über eine oder
mehrere Basisstationen
(Access Points)
stationäres LAN
WLAN
Internet
Access Point
132
Wireless LAN
Clients können
direkt miteinander
kommunizieren
{ Netztopologie – Ad Hoc Modus
stationäres LAN
WLAN
Internet
Access Point
133
Wireless LAN
{ Standards
Standard
802.11
802.11a
802.11b
802.11g
Frequenz
2,4 GHz
5 GHz
2,4 GHz
2,4 GHz
14
3
3
800m
400m
1000m
54 Mbit
22 Mbit
54 Mbit
Kanäle
Reichweite
Übertragungsrate
2Mbit
{ dazu
{ 802.11e (WiFi-Multimedia,Verbesserung Übertragungskapazität,
Sicherheit für zeitkritische Anwendungen, z.B. VoIP)
{ 802.11h (europäische Variante zu 802.11a)
{ 802.11i (Verbesserung der Sicherheit, WPA, TKIP)
{ 802.11n ( Standard erst 2006/7Æ 108 - 640 Mbps)
134
Wireless LAN
{
802.11 Protokollstack Physical Layer
{ Modulationsverfahren:
{ Frequency Hopping Spread Spectrum (FHSS)
{ Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)
{ Orthogonal Frequency Division Multiplexing (OFDM)
{ Operationsfrequenzen:
{ 2.4 GHz und 5 GHzim ISM-Band
{
Sendestärke:
{ 100 mW bei 2.4 GHz
{ 50 mW – 1 W bei 5 GHz
135
Wireless LAN
{
{ verfügbares Frequenzband wird in 79 Kanäle von 1 MHz
Bandbreite unterteilt
{ Schmalbandträgerwelle (1MHz breit) wechselt permanent die
Frequenz (Gausian Frequency Shift Keying - GFSK)
{ Abhörsicherheit:
nächste Frequenz kann von Lauscher nicht vorhergesagt werden
{ Mehrfachnutzung:
mehrere Netzwerke nutzen gleichzeitig denselben Frequenzraum
und benutzen dazu jeweils unterschiedliche GFSK-Signaturen
136
Wireless LAN
{
Frequenz
SchmalbandTrägerwelle
Verfügbares
Frequenzband
Zeit
137
Wireless LAN
{
{ Direct Sequence Spread Spectrum (FHSS)
1
0
high
Datenbit
low
high
8-Bit Chipping Code
für Datenbit 1
low
high
8-Bit Chipping Code
für Datenbit 0
low
138
Wireless LAN
{
802.11 Protokollstack Medium Access Layer (MAC)
{
{
regelt konkurrierenden Zugriff auf das Funknetz über
Carrier Sense Multiple Acces with Collision Avoidance (CSMA/CA)
{ ähnlich Ethernet CSMA/CD-Algorithmus
{ Sendeerlaubnis, sobald Kanal für bestimmte Zeitspanne frei
{ Empfänger bestätigt stets Empfang einer vollständig
empfangenen Nachricht
{ Kollisionen werden vermieden (MACA-Algorithmus)
{
Weitere Aufgaben:
{ Authentifikation
{ Verschlüsselung
{ Power Management
139
Wireless LAN
{
E
C
D
Request to send
A
B
140
Wireless LAN
{
E
C
D
Clear to send
A
B
141
Wireless LAN
{
E
C
D
Send Data
A
B
142
Wireless LAN
{
E
C
D
RTS
A
B
143
Wireless LAN
{
E
C
D
CTS
A
B
144
Wireless LAN
{
Problem!
E
RTS
C
D
RTS
A
B
145
Wireless LAN
{
802.11 Sicherheit
{
{
im Gegensatz zu kabelgebundenen Netzen kann (potenziell) jeder
mithören
daher muss der Datenverkehr im WLAN eigentlich stets
verschlüsselt werden
physikalischer Sicherheitsbereich
Access Point
Angreifer
146
Wireless LAN
{ 802.11 Sicherheit
{
um den am WLAN teilnehmenden Rechnern Zugang zu gewähren,
versendet der Access Point regelmäßig Beacon-Datenpakete, um
sich bekannt zu machen
„War Driving“
Angreifer fängt Beacon-Pakete
ab und nutzt die darin enthaltene
Information, um sich Zugang
zu verschaffen
Access Point
Beacon-Paket
physikalischer Sicherheitsbereich
147
Wireless LAN
{ 802.11 Sicherheit
{
{
{
Passive Angriffe
zur Entschlüsselung des Datenverkehrs durch statistische
Methoden
Aktive Angriffe
um Datenverkehr von nicht-autorisierten Rechnern in das WLAN
einzubringen
Wörterbuch-erzeugende Angriffe
zur Aufzeichnung des Datenverkehrs mit dem Ziel, mit statistischen
Methoden eine Echtzeit-Entschlüsselung zu erreichen
148
Wireless LAN
{ PAN – Personal Area Networks
{ Allgemeine Netzwerk-Terminologie
WAN
MAN
LAN
PAN
PAN beschränkt sich auf einen Bereich innerhalb weniger Meter
Î Persönliches Netzwerk
149
Wireless LAN
{ Bluetooth
{
{
{
{
{
{
{
{
{
Entwicklung seit 1994 (Ericsson)
1999 Bluetooth Version 1.0
benannt nach Wikingerkönig „Harald Blauzahn“ (940-981), der
Dänemark und Norwegen vereinte (kabellos…)
2002 IEEE 802.15 Standard
arbeitet im 2,4 GHz ISM-Frequenzband (wie WLAN)
Datenübertragungsraten bis zu 1 Mbps
Reichweite < 10m
Energiesparende Technologie, da Endgeräte meist mit Batterie
Billige Endgeräte (!), daher möglichst einfaches Design
{
FHSS-Modulation und 128 Bit Verschlüsselung, um Abhören zu
verhindern
150
Wireless LAN
< 7 Active Slaves
< 255 Parked Slaves (low powered)
{ Bluetooth
Netz 2
Active Slave
Netz 1
Parked Slave
Bridge Slave
Active Slave
Master
Master
Active Slave
Active Slave
151
1.1
1.2
1.3
1.4
1.5
1.6
1.7
Historisches
TCP/IP Protokolle
IPv6
Internetanwendungen
152
Webtechnologien
{Literatur
y Ch. Meinel, H. Sack:
WWW – Kommunikation, Internetworking, Web
Technologien, Springer, 2004.
y A. Tanenbaum:
Computer Networks, 4th ed., Pearson, 2003.
153

1.4 TCP/IP Protokolle - Friedrich-Schiller

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