Basisinformationstechnologie II – Sommersemester 2016 – 02. Mai 2016
Dr. Jan G. Wieners
Rechnerkommunikation I
Schichtenmo...
Kommunikation
 Basales Kommunikationsmodell
 Sender / Empfänger
 Adressierung
 Nachricht
 Übertragungsmedium
 Komple...
Ein einfaches
Kommunikationsmodell
Kommunikationsmodell, ein ganz basales
(vgl. auch das „Sender-Empfänger-Modell“ bzw. das „Shannon-Weaver-Modell“)
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Nachricht: „Lass‘ uns am Aachener grillen!“
Aspekte
 Zeichen aus Zeichenvorrat
 Codierung:
 Morsecode
 ASCII Code
 …
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Kommunikationsmodell, ein ganz basales
(vgl. auch das „Sender-Empfänger-Modell“ bzw. das „Shannon-Weaver-Modell“)
Übertrag...
10Base2, auch: Thin Ethernet oder Cheapernet
 Netzwerkkarte, Koaxialkabel, BNC Terminator
 Verbindung mehrerer Rechner: ...
100 Mbit/s PCI-Ethernet Netzwerkkarte mit RJ45-Buchse:
Übertragungsmedien / Hardware – etwas frischer
Kategorie 1 (Cat-1-Kabel)
Kategorie 2 (Cat-2-Kabel)
Kategorie 3 (Cat-3-Kabel)
Kategorie 4 (Cat-4-Kabel)
Kategorie 5 (Cat-5...
Kommunikationsmodell, ein ganz basales
(vgl. auch das „Sender-Empfänger-Modell“ bzw. das „Shannon-Weaver-Modell“)
Übertrag...
Kommunikationsmodell, ein ganz basales
(vgl. auch das „Sender-Empfänger-Modell“ bzw. das „Shannon-Weaver-Modell“)
Übertrag...
Kommunikationsmodell, ein ganz basales
(vgl. auch das „Sender-Empfänger-Modell“ bzw. das „Shannon-Weaver-Modell“)
Übertrag...
Broadcasting
 Analogie: Lautsprecherdurchsage am Flughafen
Multicasting
 Übertragung an eine Teilmenge
(der angeschlosse...
Ein Experiment
P2P-Kommunikation („Stille Post“)
„Einmal Bier und einmal Sekt“
„Der Kaplan hat ein bestimmtes
Plakat“
Eingabe: Heute Abend: Bier am Kap686.
Ausgabe:
Eingabe: Der Kaplan Klapp plant ein klappbares
Pappplakat.
Ausgabe:
Stille ...
Wie lässt sich sicherstellen, dass die Nachricht des Senders unverfälscht
an ihrem Bestimmungsort, d.h. dem Empfänger, ank...
Ein weiteres Experiment: „Code-
Switching“
"BIT" gerçekten harika! "BIT" bana sıkıcı
asla! Ben sadece "BIT" çalışma tercih
ediyorum!
Sender
(spricht nur türkisch)
Se...
Nachricht (türkisch, oder so ähnlich nach translate.google.de…)
 "BIT" gerçekten harika! "BIT" bana sıkıcı asla! Ben
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Dienst: Gruppe von Operationen, die eine Schicht der
über ihr liegenden Schicht zur Verfügung stellt.
 Beziehen sich auf ...
Dienstprimitive
Referenzmodell I: ISO / OSI
ISO / OSI: Bitübertragungsschicht
ISO / OSI: Sicherungs- und Vermittlungsschicht
ISO / OSI: Transport- und Sitzungsungsschicht
ISO / OSI: Darstellungs- und Anwendungsschicht
Hausaufgabe
http://www.lehre.jan-wieners.de/sosem16/bit-ii/handout-
rechnerkommunikation-i-schichtenmodelle
ISO / OSI Referenzmodell
Referenzmodell II: TCP / IP
Verbindungsorientierte Dienste
 Beim Nutzen eines verbindungsorientierten Dienstes senden
Client und Server Steuerpakete,...
Verbindungslose Dienste
 Kein Handshake
 Tendenziell schnellere Übertragung, jedoch:
 Keine Bestätigung, ob Nachricht
t...
TCP / IP
Vermittlung in Rechnernetzen (I)
 Leitungsvermittlung (Circuit Switching)
 Aufbau einer durchgehenden physikalischen Ver...
Vermittlung in Rechnernetzen (II)
 Paketvermittlung (Packet Switching)
 Sender zerlegt Nachricht in einzelne Teile (Pake...
ISO / OSI: Schichten – wie merken?
 Please Do Not Throw Salami Pizza Away
(Physical Layer, Data Link Layer, Network Layer...
/
 https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Universitat_
zu_Koln_Hauptgebaude_ost.jpg
 http://causeitsallaboutthepayno.tumb...
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  • Twisted-Pair-Kabel

    Verdrillte, isolierte, 1 mm Kupferdrähte (z.B. Telefonkabel)
    Relativ anfällig gegenüber elektrischer Störung und benachbarten Kabeln
    Mehrere Kilometer Länge ohne Repeater möglich
    Datenrate: bis zu 150 MBit/s
  • Referenzmodelle
    ISO/ OSI
    7-Schichten-Modell
    oberste 3 Schichten: Anwendungssystem (Ablaufsteuerung, Informationsdarstellung)
    untere 4 Schichten: Transportsystem (Transport der Daten als Bitstrom)
    jede Schicht erfüllt genau definierte Aufgaben
  • Bitübertragungsschicht (Physical Layer):
    Protokolle des Physical Layers regeln die Standardisierung der mechanischen, elektrischen und Signal- Schnittstellen und somit die Übertragung von Bits über einen Kommunikationskanal, z.B.:
    Wie viele Pins hat ein Stecker und wie ist die Belegung geregelt?
    Wie viele Volt sollen einer logische 1 entsprechen, wie viele einer 0?
    Wie viele Nanosekunden soll ein Bit dauern?
    Soll die Übertragung in beide Richtungen erfolgen?
  • Die Sicherungsschicht (Data Link Layer)
    Hauptaufgabe: Der in der physikalischen Schicht noch ungesicherte ungepufferte Übertragungskanal wird durch die Sicherungsschicht zum gesicherten Transportmedium.
    Übertragungsfehler werden erkannt und eliminiert.
    Aufteilung des Bitstroms in Datenrahmen (Frames), innerhalb derer Fehlererkennung und –korrektur möglich ist (z.B. anhand von Bitmuster, Prüfsumme, wiederholtes Senden  vgl. ASCII-Fehlerkorrektur)
    Quittieren des Frames durch Senden einer Bestätigung (Acknowledgement) des Empfängers.
    Weitere Aufgabe: Sicherung gegen Datenüberschwemmung
    Bsp. für Protokolle der Sicherungsschicht: PPP (Point-to-Point) (DSL)

    Die Vermittlungsschicht (Network Layer): Routing
    Hauptaufgabe: Verbindung der in der vorhergehenden Schicht gesicherten Teilstreckenverbindungen über mehrere Knoten hinweg. Durch die Protokolle der Vermittlungsschicht ist somit ein Datentransfer über mehrere Teilnetze möglich.
    Routing ist das Verfahren zur Bestimmung von Streckenverbindungen (über Routing-Algorithmen). Voraussetzung: Endsysteme müssen eindeutig adressierbar sein.
    Weitere Aufgaben:
    Vermeiden von Datenstaus.
    Abstimmung von Adressierschema oder Paketgröße beim Übergang in ein anderes Netz.
    Kompatibilität von Protokollen
    Bsp.: IP (Internet Protocol)
  • Die Transportschicht (Transport Layer): Aufteilung der Daten in Datenpakete
    Die Sitzungsschicht (Session Layer, Kommunikationssteuerungsschicht): Wer darf zum Zeitpunkt x Daten übertragen?

    Transportschicht:
    Abstrahiert von unterschiedlichen Vermittlungsschichtdiensten; Aspekte des eigentlichen Nachrichtenaustauschs bleiben somit dem Dienstbenutzer verborgen.
    Die Dienste der Transportschicht sorgen dafür, dass Daten in Datenpakete zerlegt werden bzw. die einzelnen Datenpakete wieder korrekt zusammengefügt werden, so dass sie von Anwendungen verarbeitet werden können.
    Echte Endpunkt-zu-Endpunkt-Schicht, weil Quell- und Zielmaschine direkt miteinander kommunizieren, während auf den niedrigeren Schichten eine Maschine immer nur mit dem unmittelbaren Nachbarn kommuniziert. (Trotzdem vertikale Kommunikation über die Schichten hinweg!!)
    Beispiele.:
    TCP (Transmission Control Protocol),
    UDP (UserDatagram Protocol)


    Die Sitzungsschicht (Session Layer, Kommunikationssteuerungsschicht): Wer darf zum Zeitpunkt x Daten übertragen?
    Ermöglicht die Nichtunterbrechbarkeit von Kommunikationsbeziehungen durch Sitzungen
    Dialogsteuerung (Dialogue Control) organisiert den Ablauf einer Kommunikation: Wer darf zum Zeitpunkt x Daten übertragen?
    Anwendungsbezogene Synchronisation des Informationsaustauschs über Prüfpunkte (Zurücksetzen auf diese bei anwendungsspez. Problemen)

  • Die Darstellungsschicht (Presentation Layer)
    Ermöglicht die Kommunikation zwischen Systemen mit unterschiedlicher lokaler Darstellung der Daten (z.B.: Speicherung eines int-Wertes in 16 o. 32 bit)
    Verantwortlich für die Bedeutungstreue der Kommunikationsarchitektur
    Verwaltung und Definition von abstrakten Datenstrukturen, Standardkodierungen

    Die Anwendungsschicht (Application Layer)
    Bereitstellung der anwendungsspezifischen Dienste
    z.B. Dateitransfer (FTP)
    E-Mail
    Grundsätzlich sind hier alle Applikationen und Protokolle angesiedelt, die sich nicht eindeutig den beiden darunter liegenden Schichten zuordnen lassen
    Beispiel:
    WWW-Browser u. Web-Server
    Protokoll HTTP
    Dienst: Abrufen einer HTML-Seite
  • TCP/ IP
    Entwickelt, um…
    Verschiedene Netze zu verbinden (ARPANet)
    Netz soll bei Hardwareausfall überlebensfähig und Handlungsfähig bleiben
    Flexible Architektur zur Unterstützung verschiedenster Anwendungen

    Die Anwendungsschicht (Application Layer)
    Das TCP/ IP-Referenzmodell kennt im Gegensatz zum OSIModell keine Sitzungs- und Darstellungsschicht; sämtliche anwendungsbezogenen Vorgänge sind hier über die Protokolle und Dienste der Anwendungsschicht geregelt. z.B.: FTP, SMTP, DNS, HTTP

    Die Transportschicht (Transport Layer)
    Aufgabe: Ermöglicht die Kommunikation zwischen gleichgestellten Einheiten auf Quell- und Zielhost (wie im OSIModell).  Endpunkt zu Endpunkt-Verbindung
    Unterstützt im Gegensatz zum OSI-Modell auch den verbindungslosen Dienst
    Übertragungsprotokolle:
    TCP  Verbindungsorientiertes Protokoll
    UDP  Verbindungsloses Protokoll

    Die Internetschicht (Internet Layer)
    Transport der Pakete über verschiedene Netze hinweg von Quell- zu Zielrechner; dabei spielt es für die übergeordnete Transportschicht keine Rolle, ob die Pakete verschiedene Routen nehmen oder in falscher Reihenfolge ankommen  Routing
    unterstützt im Gegensatz zum OSI-Modell nur verbindungslosen Transport
    Überlastkontrolle
    Definition eines eigenen Paketformats und Protokolls
    IP (Internet Protocol)
    IP-Paket
    entspricht weitgehend der Vermittlungsschicht im OSI-Modell

    Host-zu-Netz-Schicht
    Aufbau einer Verbindung über ein bestimmtes Protokoll...;
     Definitionslücke im Modell → nicht konkret beschrieben/vorgegeben


  • Verbindungslose Dienste
    Beim verbindungslosen Dienst gibt es kein Handshake. Eine Seite schickt Pakete einfach los.
    Ohne Handshake wird die Übertragung schneller, aber es gibt auch keine Bestätigungen.
    Der Sender kann nie sicher sein, ob seine Pakete angekommen sind.
    Der Empfänger kann nie sicher sein, ob er alle Pakete fehlerfrei und in der richtigen Reihenfolge erhalten hat.
    UDP (User Datagram Protocol) stellt im Internet den verbindungslosen Dienst zur Verfügung.
    Analogie: Postsystem
  • Bit sosem 2016-wieners-sitzung-06_rechnerkommunikation

    1. 1. Basisinformationstechnologie II – Sommersemester 2016 – 02. Mai 2016 Dr. Jan G. Wieners Rechnerkommunikation I Schichtenmodelle
    2. 2. Kommunikation  Basales Kommunikationsmodell  Sender / Empfänger  Adressierung  Nachricht  Übertragungsmedium  Komplexere (und flexiblere) Kommunikation  Schichtenmodell  Verschlüsselung  Routing Themenüberblick „Rechnerkommunikation “
    3. 3. Ein einfaches Kommunikationsmodell
    4. 4. Kommunikationsmodell, ein ganz basales (vgl. auch das „Sender-Empfänger-Modell“ bzw. das „Shannon-Weaver-Modell“) Sender Empfänger Nachricht Kanal / Medium
    5. 5. Nachricht: „Lass‘ uns am Aachener grillen!“ Aspekte  Zeichen aus Zeichenvorrat  Codierung:  Morsecode  ASCII Code  …  Zeichenebene: Semiotik (vgl. Peirce / Morris)  „Lehre von der Entstehung, dem Aufbau und der Wirkweise von Zeichen zu Zeichenkomplexen“ (Favre-Bulle, 2001).  De Saussure: Signifikant vs. Signifikat  Peirce: Index, Ikon, Symbol  Kontext: Verfügen die Kommunizierenden über gemeinsame Hintergrundinformationen?  „Ladder of knowledge“: Daten, Informationen, Wissen, Pragmatik Kommunikationsmodell, ein ganz basales (vgl. auch das „Sender-Empfänger-Modell“ bzw. das „Shannon-Weaver-Modell“)
    6. 6. Kommunikationsmodell, ein ganz basales (vgl. auch das „Sender-Empfänger-Modell“ bzw. das „Shannon-Weaver-Modell“) Übertragungsverfahren Serielle Übertragung  Übertragung der einzelnen Bestandteile (Zeichen / Bits) der Nachricht nacheinander in einer Leitung Parallele Übertragung  Zur Übermittlung der Nachricht steht eine Leitung für ein Zeichen / Bit der Nachricht zur Verfügung
    7. 7. 10Base2, auch: Thin Ethernet oder Cheapernet  Netzwerkkarte, Koaxialkabel, BNC Terminator  Verbindung mehrerer Rechner:  Endpunkte des Netzwerkes: Abschlusswiederstand („Terminator“) Übertragungsmedien / Hardware
    8. 8. 100 Mbit/s PCI-Ethernet Netzwerkkarte mit RJ45-Buchse: Übertragungsmedien / Hardware – etwas frischer
    9. 9. Kategorie 1 (Cat-1-Kabel) Kategorie 2 (Cat-2-Kabel) Kategorie 3 (Cat-3-Kabel) Kategorie 4 (Cat-4-Kabel) Kategorie 5 (Cat-5-Kabel) Kategorie 6 (Cat-6-Kabel) Kategorie 7 (Cat-7-Kabel) Twisted-Pair- / Patch-Kabel
    10. 10. Kommunikationsmodell, ein ganz basales (vgl. auch das „Sender-Empfänger-Modell“ bzw. das „Shannon-Weaver-Modell“) Übertragungsverfahren Unidirektional bzw. simplex  Daten / Signale können nur in eine Richtung gesendet werden
    11. 11. Kommunikationsmodell, ein ganz basales (vgl. auch das „Sender-Empfänger-Modell“ bzw. das „Shannon-Weaver-Modell“) Übertragungsverfahren Unidirektional bzw. simplex  Daten / Signale können nur in eine Richtung gesendet werden Halbduplex  Daten können in beide Richtungen gesendet werden, jedoch nicht gleichzeitig
    12. 12. Kommunikationsmodell, ein ganz basales (vgl. auch das „Sender-Empfänger-Modell“ bzw. das „Shannon-Weaver-Modell“) Übertragungsverfahren Bidirektional bzw. duplex  Daten / Signale können in beide Richtungen gesendet werden. Ein Kommunikationsteilnehmer ist zugleich Sender und Empfänger
    13. 13. Broadcasting  Analogie: Lautsprecherdurchsage am Flughafen Multicasting  Übertragung an eine Teilmenge (der angeschlossenen Rechner) Unicasting  Punkt-zu-Punkt Übertragung (genau zwei Kommunikations- partner) Kommunikation
    14. 14. Ein Experiment P2P-Kommunikation („Stille Post“)
    15. 15. „Einmal Bier und einmal Sekt“ „Der Kaplan hat ein bestimmtes Plakat“
    16. 16. Eingabe: Heute Abend: Bier am Kap686. Ausgabe: Eingabe: Der Kaplan Klapp plant ein klappbares Pappplakat. Ausgabe: Stille Post
    17. 17. Wie lässt sich sicherstellen, dass die Nachricht des Senders unverfälscht an ihrem Bestimmungsort, d.h. dem Empfänger, ankommt? - Nachricht aufschreiben und Zettel weitergeben  Medium ändern - Algorithmus zur Kommunikationssicherung, z.B. Wörter zählen - Nachricht komprimieren  nicht zu viele Informationen zugleich übertragen - Nachricht über mehrere Kanäle gleichzeitig versenden; zweiter Kanal dient der Informationssicherung - Anzahl der Kommunikationsteilnehmer verringern (potentielle Fehlerquellen vermeiden) „Stille Post“
    18. 18. Ein weiteres Experiment: „Code- Switching“
    19. 19. "BIT" gerçekten harika! "BIT" bana sıkıcı asla! Ben sadece "BIT" çalışma tercih ediyorum! Sender (spricht nur türkisch) Sender (spricht nur *)
    20. 20. Nachricht (türkisch, oder so ähnlich nach translate.google.de…)  "BIT" gerçekten harika! "BIT" bana sıkıcı asla! Ben sadece "BIT" çalışma tercih ediyorum! Kommunikationssprache (deutsch) „BIT“ ist wirklich super! Für mich ist „BIT“ eigentlich etwas nicht langweilig! Ich bevorzuge es, nur für „BIT“ zu lernen! Zielsprache (dänisch) „BIT“ er virkelig super! For mig er „BIT“ egentlig lidt kedeligt! Jeg kann helst lide at laere for „BIT“! Kommunikation
    21. 21. Dienst: Gruppe von Operationen, die eine Schicht der über ihr liegenden Schicht zur Verfügung stellt.  Beziehen sich auf Schnittstellen zwischen den Schichten Protokoll: Menge von Regeln  Beziehen sich auf Pakete, die zwischen gleichgestellten Einheiten auf verschiedenen Rechnern versendet werden Dienste und Protokolle
    22. 22. Dienstprimitive
    23. 23. Referenzmodell I: ISO / OSI
    24. 24. ISO / OSI: Bitübertragungsschicht
    25. 25. ISO / OSI: Sicherungs- und Vermittlungsschicht
    26. 26. ISO / OSI: Transport- und Sitzungsungsschicht
    27. 27. ISO / OSI: Darstellungs- und Anwendungsschicht
    28. 28. Hausaufgabe http://www.lehre.jan-wieners.de/sosem16/bit-ii/handout- rechnerkommunikation-i-schichtenmodelle
    29. 29. ISO / OSI Referenzmodell
    30. 30. Referenzmodell II: TCP / IP
    31. 31. Verbindungsorientierte Dienste  Beim Nutzen eines verbindungsorientierten Dienstes senden Client und Server Steuerpakete, bevor sie die echten Daten senden („Handshake“).  Beispiel TCP (Transmission Control Protocol):  tauscht 3 Nachrichten aus:  Verbindungsanfrage  Verbindungsantwort  Datenanfrage und Beendigung des Dienstes  Nach dem Verbindungsaufbau sind Client und Server lose miteinander verbunden.  Analogie: Telefonsystem Rechnerkommunikation – Transportschicht
    32. 32. Verbindungslose Dienste  Kein Handshake  Tendenziell schnellere Übertragung, jedoch:  Keine Bestätigung, ob Nachricht tatsächlich versendet wurde  Der Sender kann nie sicher sein, ob seine Pakete angekommen sind.  Der Empfänger kann nie sicher sein, ob er alle Pakete fehlerfrei und in der richtigen Reihenfolge erhalten hat.  UDP (User Datagram Protocol)  Analogie: Postsystem Rechnerkommunikation – Transportschicht
    33. 33. TCP / IP
    34. 34. Vermittlung in Rechnernetzen (I)  Leitungsvermittlung (Circuit Switching)  Aufbau einer durchgehenden physikalischen Verbindung, die während der gesamten Übertragung kontinuierlich erhalten bleibt  Übertragungsweg wird vor Transfer der Daten hergestellt Rechnerkommunikation Abbildungsnachweis: © Family Guy http://ak2.static.dailymotion.com/static/video/685/386/12683586:jpeg_preview_large.jpg http://images2.wikia.nocookie.net/__cb20060729185951/muppet/images/2/2c/FamilyGuy_ModelMisbehavior1.jpg
    35. 35. Vermittlung in Rechnernetzen (II)  Paketvermittlung (Packet Switching)  Sender zerlegt Nachricht in einzelne Teile (Pakete), die eine festgelegte Maximalgröße haben  Pakete werden nacheinander verschickt, ohne auf den vollständigen Empfang der vorherigen Pakete warten zu müssen  Empfänger setzt die Pakete wieder zu einer vollständigen Nachricht zusammen Rechnerkommunikation
    36. 36. ISO / OSI: Schichten – wie merken?  Please Do Not Throw Salami Pizza Away (Physical Layer, Data Link Layer, Network Layer, Transport Layer, Session Layer, Presentation Layer, Application Layer)  Alternde Datenschutzprofis sitzen traurig neben der Parkbank (Anwendungsschicht, Darstellungsschicht, Sitzungsschicht, Transportschicht, Netwerkschicht, Datensicherungsschicht, Physikalische Schicht) ISO / OSI Referenzmodell
    37. 37. /
    38. 38.  https://commons.wikimedia.org/wiki/File:Universitat_ zu_Koln_Hauptgebaude_ost.jpg  http://causeitsallaboutthepayno.tumblr.com/post/131 746453874/im-currently-listening-to-adeles-new  www.giphy.com Bildnachweise

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