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Übermittlungsmodi und Struktur von
    Nachrichtennetzen (Übung)
            Kapitel 2.2

            Netze und Protokolle
       Dipl.-Wirtsch.-Ing. Kim Bartke




         Institut für Kommunikationstechnik
                 www.ikt.uni-hannover.de
Analoge und digitale
                                Nachrichtenkommunikation
Warum gibt es so viele verschiedene Netze?

   verschiedene Strukturen ?

   verschiedene Techniken (analog, digital) ?

   verschiedene Medien (drahtlos, Kupfer, Glasfaser) ?




                                 (2)‫‏‬
Durchschaltprinzipien


   fest                    Übertragungsrate               variabel
   einfach                    Komplexität               aufwendig

Leitungs-     Mehrraten-      Zell-          Frame-       Paket-
vermittlung   Leitungsve      Vermittlung    Relay        Vermittlung
              rmittlung
Circuit                       Cell Relay                  Packet
Switching     Multirate                                   Switching
              Circuit
              Switching
                              VK-Netze
EWS-D,                                       MAN, WAN     Datex-P
              VK-Netze        WAN,MAN
S12,PABX
                                                          Internet




                                      (3)‫‏‬
Leitungsvermittlung (1)‫‏‬

Erläutern Sie den Begriff Leitungsvermittlung!
Nennen Sie ein Netz, das mit Leitungsvermittlung arbeitet!




                             (4)‫‏‬
Leitungsvermittlung (2)‫‏‬

Im Fernsprechnetz:
   Schrittweise Reservierung des Weges anhand der Rufnummer
   und
   Durchschaltung bei Verbindungsaufbau
   Eine feste Nachrichtenverbindung zwischen Teilnehmer A und
   Teilnehmer B für die gesamte Dauer der Verbindung
   (exklusiv, drahtähnlich)‫‏‬


Automatische Vermittlung
   erfunden: Strowger
   (* 1839, † 1902, Leichenbestatter in Kansas City)‫‏‬
   Patentanmeldung am 12. März 1889




                                  (5)‫‏‬
Leitungsvermittlung (3)‫‏‬

                                              B




          Vst




                                             Vst
                       Vst
A
    Vst
                Vst


                             Vst




                                       Vst



                      (6)‫‏‬
Leitungsvermittlung (4)‫‏‬

Welche Tarifierung wird bei leitungsvermittelten Systemen
bzw. im Fernsprechnetz üblicherweise angewendet und
warum?




                            (7)‫‏‬
Leitungsvermittlung (5)‫‏‬

Exklusive Nutzung der Leitung      Zeittarif
Tarifierung ermöglicht Steuerung der Auslastung
Die Tarifierung bei leitungsvermittelten Netzen erfolgt
meistens nach Dauer und Entfernung.
   Gesprächsdauer
   Uhrzeiten
   Ortsgespräche, Ferngespräche




                              (8)‫‏‬
Paketvermittlung (1)‫‏‬

Erläutern Sie den Begriff Paketvermittlung!
Nennen Sie ein Netz, das mit Paketvermittlung arbeitet!




                             (9)‫‏‬
Paketvermittlung (3)‫‏‬

Im Internet:
   Die Nutzerinformation wird in Blöcke mit einer begrenzten Länge
   aufgeteilt und mit Steuerinformationen versehen (Pakete)‫‏‬
   Die Pakete werden dem Netz übergeben und dieses transportiert
   es anhand der Steuerinformationen zum Ziel
   Keine direkte (physikalische) Verbindung zwischen
   Kommunikationspartnern




                                                    Nachricht



                 Paket
     Kopf (header)‫‏‬  Rumpf (trailer)‫‏‬



                                        (10)‫‏‬
Paketvermittlung (4)‫‏‬

Die Pakete werden in Warteschlangen zwischen-
gespeichert




                          Bearbeitungseinheit
               Pakete




                           (11)‫‏‬
Paketvermittlung (5)‫‏‬


             Router                Router



                                                  Router
Router



             Router                Router




          Pakete für nächste
         Übertragung sammeln
           (Warteschlange)‫‏‬


                           (12)‫‏‬
Datenvermittlung

Welchen Vorteil bzw. Nachteil hat die Benutzung von
Paketvermittlung gegenüber der Leitungsvermittlung
bezüglich der Netzauslastung?




                           (13)‫‏‬
Datenvermittlung

Vorteil
   Datenvermittlung kann preiswerter betrieben werden, da das
   Netz gegebenenfalls eine Nachricht so lange zwischenspeichert,
   bis eine geeignete Datenverbindung frei ist. Dadurch werden
   insgesamt weniger Leitungen benötigt.
   Geschwindigkeits- und Code-Umwandlungen können
   vorgenommen werden
   Fehlersicherung bei der Übertragung möglich
Nachteil
   Zeitliches Eintreffen der Nachrichten und Datenrate zwischen
   den Kommunikationspartnern können im Allgemeinen nicht
   garantiert werden.




                                (14)‫‏‬
Paketvermittlung (2)‫‏‬

Vorläufer: Speichervermittlung
   Ablauf
       kein Aufbau eines physischen Pfades zwischen Sender und Empfänger im
       Voraus
       Datenblock wird in einer Zwischenstation zwischengespeichert und später
       weitergeleitet
       Jeder Block geht vollständig ein, wird auf Fehler kontrolliert und erst dann
       weiterbefördert
   Beispiel:
   erste elektromagnetische Telekommunikationssysteme
   (Telegrammtransport)‫‏‬
Paketvermittlung:
   engere obere Grenze bezüglich der Paketgrößen
       besseres Verhalten beim „Multiplexing“ d.h. gleichzeitigen Betrieb mehrerer
       Verbindungen
       kleinere Speicher
       geringere Verzögerung, höherer Durchsatz (interaktive Dienste möglich)‫‏‬




                                        (15)‫‏‬
Paketvermittlung vs. Leitungsvermittlung

Merkmal                        Leitungsvermittelt            Paketvermittelt

Dedizierter Pfad               Ja                            Nein

Verfügbare Bandbreite          Fest, im voraus reserviert.   Dynamisch

Potentielle Verschwendung      Ja                            Nein
von Bandbreite
Übertragung mit                Nein                          Ja
Zwischenspeicherung
Alle Paket verlaufen auf der   Ja                            nicht notwendigerweise
gleichen Route
Verbindungsaufbau              notwendig                     nicht notwendigerweise

Punkt möglicher                beim Verbindungsaufbau        bei jedem Paket
Überlastungen
Gebührenabrechnung             pro Zeit                      pro Volumen
(üblicherweise!)‫‏‬

                                               (16)‫‏‬
Arten der Paketvermittlung




Durchschaltung/
Vermittlung:                 Paketvermittlung                 Leitungsvermittlung




Kommunikations-   verbindungslose           verbindungsorientierte
beziehung:         Übertragung                   Übertragung




                                    (17)‫‏‬
Verbindungslose Paketvermittlung (1)‫‏‬

Auch: Connection Less
Erläutern Sie den Begriff verbindungslose Paket-
vermittlung!




                            (18)‫‏‬
Verbindungslose Paketvermittlung (2)‫‏‬

Jedes Nutzdaten-Paket erhält die vollständige
Adressinformation, die zum Transportieren der
Informationen von A nach B erforderlich sind
und wird in jedem Knoten unabhängig von allen anderen
Paketen durchgeschaltet

Beispiel: Internet (IP-Netz)‫‏‬


                        Paket 1                    Paket 1                  Paket 1

                   Nutzlast                  Nutzlast                  Nutzlast


         Startadresse             Startadresse               Startadresse
         Zieladresse              Zieladresse                Zieladresse




                                           (19)‫‏‬
Verbindungslose Paketvermittlung (3)‫‏‬

Welche Probleme können durch diese Art der Vermittlung
entstehen?




                           (20)‫‏‬
Verbindungslose Paketvermittlung (4)‫‏‬

Das sequenzielle Eintreffen der Pakete in der
ursprünglichen Reihenfolge kann nicht garantiert werden.




          Animation PaketnetzSequenz_Rec.exe




                              (21)‫‏‬
Verbindungsorientierte Paketvermittlung (1)‫‏‬

auch: Connection Oriented
Erläutern Sie den Begriff verbindungsorientierte
Paketvermittlung!




                            (22)‫‏‬
Verbindungsorientierte Paketvermittlung (2)‫‏‬

Vor der Nutzdatenübertragung wird eine Verbindung aufgebaut
(virtuelle Verbindungen)‫‏‬
Alle Pakete zwischen zwei Kommunikationspartnern werden auf
derselben virtuellen Verbindung transportiert, eine
Vertauschung der Reihenfolge einzelner Pakete ist sehr
unwahrscheinlich
Paket-Header der Datenpakete enthalten nur die
Verbindungsinformation
normalerweise: Die Entscheidung über den Weg der Pakete
einer virtuellen Verbindung ist nur einmal beim
Verbindungsaufbau notwendig
Verbindungsaufbaupaket              Paket 1                 Paket 2
                                                                      ...
                               Nutzlast                 Nutzlast


                     Verbindung 1                Verbindung 1


                                              (23)‫‏‬
verbindungslos vs. verbindungsorientiert (1)‫‏‬

Welche Konsequenz kann die Wahl der Datenvermittlung
auf den Anteil der nötigen Verwaltungsinformation, die zur
Übertragung einzelner Pakete von Ende zu Ende benötigt
wird, haben?




                            (24)‫‏‬
verbindungslos vs. verbindungsorientiert (2)‫‏‬

verbindungslos: größerer Header, da jedes Paket komplette Steuerinfo enthält



                              Paket 1                     Paket 1                   Paket 1

                          Nutzlast                  Nutzlast                   Nutzlast


               Startadresse              Startadresse                Startadresse
               Zieladresse               Zieladresse                 Zieladresse


verbindungsorientiert: teilweise kleinere Header, da nur Zuordnung zur Verbindung
           erforderlich, aber zusätzlicher Aufwand für Verbindungsauf- und abbau

 Verbindungsaufbaupaket                                                             Verbindungsabbaupaket
                                        Paket 1                     Paket 2
                                                                              ...
                                 Nutzlast                    Nutzlast


          Startadresse    Verbindung 1             Verbindung 1
          Zieladresse

                                                  (25)‫‏‬
verbindungslos vs. verbindungsorientiert (3)‫‏‬

Was passiert bei einer verbindungslosen Übertragung,
wenn die Empfängerstation nicht in der Lage ist, die
Datenpakete anzunehmen?




                           (26)‫‏‬
verbindungslos vs. verbindungsorientiert (4)‫‏‬

Da es keine Möglichkeit gibt, vor der Datenübertragung
mit der Empfängerstation zu kommunizieren, kann der
Sender nicht feststellen, ob die Empfangsstation die
Pakete annehmen kann.
Die Empfangsstation verwirft die Pakete eventuell einfach.




                            (27)‫‏‬
verbindungslos vs. verbindungsorientiert (5)‫‏‬

Welche positive Eigenschaft hat die verbindungslose
Durchschaltung beim Ausfall einzelner Verbindungs-
abschnitte im Netz?




                           (28)‫‏‬
verbindungslos vs. verbindungsorientiert (6)‫‏‬

Während der Kommunikation ausfallende
Verbindungsabschnitte erfordern keinen neuen
Verbindungsaufbau, da die Information für die Vermittlung
in jedem Paket vorhanden ist.




                            (29)‫‏‬
Durchschaltprinzipien


                               ?
Leitungs-      Mehrraten-   Zell-           Frame-          Paket-
vermittlung    Leitungsve   Vermittlung     Relay           Vermittlung
               rmittlung
Circuit                     Cell Relay                      Packet
Switching      Multirate                                    Switching
               Circuit
               Switching
                            VK-Netze
EWS-D,                                      MAN, WAN        Datex-P
               VK-Netze     WAN,MAN
S12,PABX
                                                            Internet


     leitungsvermittelt,       paketvermittelt, verbindungsorientiert
   verbindungsorientiert               oder verbindungslos




                                   (30)‫‏‬
Zellvermittlung (1)‫‏‬

Nennen Sie den Unterschied zwischen Paketvermittlung
und Zellvermittlung!




                          (31)‫‏‬
Zellvermittlung (2)‫‏‬

        Zelle   Kompromiss zwischen Paket- und
        Leitungsvermittlung
        Zellvermittlung ist eigentlich Paketvermittlung, aber
            Alle Zellen folgen einem zuvor reservierten Weg
            garantierte Ressourcen (wie bei Leitungsvermittlung)‫‏‬
            Sonderform der Pakete: klein und konstante Länge, damit
            Multiplexing einfacher ist
        Beispiel: ATM




                                        (32)‫‏‬
ATM Asynchronous Transfer Mode

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  • 1. Übermittlungsmodi und Struktur von Nachrichtennetzen (Übung) Kapitel 2.2 Netze und Protokolle Dipl.-Wirtsch.-Ing. Kim Bartke Institut für Kommunikationstechnik www.ikt.uni-hannover.de
  • 2. Analoge und digitale Nachrichtenkommunikation Warum gibt es so viele verschiedene Netze? verschiedene Strukturen ? verschiedene Techniken (analog, digital) ? verschiedene Medien (drahtlos, Kupfer, Glasfaser) ? (2)‫‏‬
  • 3. Durchschaltprinzipien fest Übertragungsrate variabel einfach Komplexität aufwendig Leitungs- Mehrraten- Zell- Frame- Paket- vermittlung Leitungsve Vermittlung Relay Vermittlung rmittlung Circuit Cell Relay Packet Switching Multirate Switching Circuit Switching VK-Netze EWS-D, MAN, WAN Datex-P VK-Netze WAN,MAN S12,PABX Internet (3)‫‏‬
  • 4. Leitungsvermittlung (1)‫‏‬ Erläutern Sie den Begriff Leitungsvermittlung! Nennen Sie ein Netz, das mit Leitungsvermittlung arbeitet! (4)‫‏‬
  • 5. Leitungsvermittlung (2)‫‏‬ Im Fernsprechnetz: Schrittweise Reservierung des Weges anhand der Rufnummer und Durchschaltung bei Verbindungsaufbau Eine feste Nachrichtenverbindung zwischen Teilnehmer A und Teilnehmer B für die gesamte Dauer der Verbindung (exklusiv, drahtähnlich)‫‏‬ Automatische Vermittlung erfunden: Strowger (* 1839, † 1902, Leichenbestatter in Kansas City)‫‏‬ Patentanmeldung am 12. März 1889 (5)‫‏‬
  • 6. Leitungsvermittlung (3)‫‏‬ B Vst Vst Vst A Vst Vst Vst Vst (6)‫‏‬
  • 7. Leitungsvermittlung (4)‫‏‬ Welche Tarifierung wird bei leitungsvermittelten Systemen bzw. im Fernsprechnetz üblicherweise angewendet und warum? (7)‫‏‬
  • 8. Leitungsvermittlung (5)‫‏‬ Exklusive Nutzung der Leitung Zeittarif Tarifierung ermöglicht Steuerung der Auslastung Die Tarifierung bei leitungsvermittelten Netzen erfolgt meistens nach Dauer und Entfernung. Gesprächsdauer Uhrzeiten Ortsgespräche, Ferngespräche (8)‫‏‬
  • 9. Paketvermittlung (1)‫‏‬ Erläutern Sie den Begriff Paketvermittlung! Nennen Sie ein Netz, das mit Paketvermittlung arbeitet! (9)‫‏‬
  • 10. Paketvermittlung (3)‫‏‬ Im Internet: Die Nutzerinformation wird in Blöcke mit einer begrenzten Länge aufgeteilt und mit Steuerinformationen versehen (Pakete)‫‏‬ Die Pakete werden dem Netz übergeben und dieses transportiert es anhand der Steuerinformationen zum Ziel Keine direkte (physikalische) Verbindung zwischen Kommunikationspartnern Nachricht Paket Kopf (header)‫‏‬ Rumpf (trailer)‫‏‬ (10)‫‏‬
  • 11. Paketvermittlung (4)‫‏‬ Die Pakete werden in Warteschlangen zwischen- gespeichert Bearbeitungseinheit Pakete (11)‫‏‬
  • 12. Paketvermittlung (5)‫‏‬ Router Router Router Router Router Router Pakete für nächste Übertragung sammeln (Warteschlange)‫‏‬ (12)‫‏‬
  • 13. Datenvermittlung Welchen Vorteil bzw. Nachteil hat die Benutzung von Paketvermittlung gegenüber der Leitungsvermittlung bezüglich der Netzauslastung? (13)‫‏‬
  • 14. Datenvermittlung Vorteil Datenvermittlung kann preiswerter betrieben werden, da das Netz gegebenenfalls eine Nachricht so lange zwischenspeichert, bis eine geeignete Datenverbindung frei ist. Dadurch werden insgesamt weniger Leitungen benötigt. Geschwindigkeits- und Code-Umwandlungen können vorgenommen werden Fehlersicherung bei der Übertragung möglich Nachteil Zeitliches Eintreffen der Nachrichten und Datenrate zwischen den Kommunikationspartnern können im Allgemeinen nicht garantiert werden. (14)‫‏‬
  • 15. Paketvermittlung (2)‫‏‬ Vorläufer: Speichervermittlung Ablauf kein Aufbau eines physischen Pfades zwischen Sender und Empfänger im Voraus Datenblock wird in einer Zwischenstation zwischengespeichert und später weitergeleitet Jeder Block geht vollständig ein, wird auf Fehler kontrolliert und erst dann weiterbefördert Beispiel: erste elektromagnetische Telekommunikationssysteme (Telegrammtransport)‫‏‬ Paketvermittlung: engere obere Grenze bezüglich der Paketgrößen besseres Verhalten beim „Multiplexing“ d.h. gleichzeitigen Betrieb mehrerer Verbindungen kleinere Speicher geringere Verzögerung, höherer Durchsatz (interaktive Dienste möglich)‫‏‬ (15)‫‏‬
  • 16. Paketvermittlung vs. Leitungsvermittlung Merkmal Leitungsvermittelt Paketvermittelt Dedizierter Pfad Ja Nein Verfügbare Bandbreite Fest, im voraus reserviert. Dynamisch Potentielle Verschwendung Ja Nein von Bandbreite Übertragung mit Nein Ja Zwischenspeicherung Alle Paket verlaufen auf der Ja nicht notwendigerweise gleichen Route Verbindungsaufbau notwendig nicht notwendigerweise Punkt möglicher beim Verbindungsaufbau bei jedem Paket Überlastungen Gebührenabrechnung pro Zeit pro Volumen (üblicherweise!)‫‏‬ (16)‫‏‬
  • 17. Arten der Paketvermittlung Durchschaltung/ Vermittlung: Paketvermittlung Leitungsvermittlung Kommunikations- verbindungslose verbindungsorientierte beziehung: Übertragung Übertragung (17)‫‏‬
  • 18. Verbindungslose Paketvermittlung (1)‫‏‬ Auch: Connection Less Erläutern Sie den Begriff verbindungslose Paket- vermittlung! (18)‫‏‬
  • 19. Verbindungslose Paketvermittlung (2)‫‏‬ Jedes Nutzdaten-Paket erhält die vollständige Adressinformation, die zum Transportieren der Informationen von A nach B erforderlich sind und wird in jedem Knoten unabhängig von allen anderen Paketen durchgeschaltet Beispiel: Internet (IP-Netz)‫‏‬ Paket 1 Paket 1 Paket 1 Nutzlast Nutzlast Nutzlast Startadresse Startadresse Startadresse Zieladresse Zieladresse Zieladresse (19)‫‏‬
  • 20. Verbindungslose Paketvermittlung (3)‫‏‬ Welche Probleme können durch diese Art der Vermittlung entstehen? (20)‫‏‬
  • 21. Verbindungslose Paketvermittlung (4)‫‏‬ Das sequenzielle Eintreffen der Pakete in der ursprünglichen Reihenfolge kann nicht garantiert werden. Animation PaketnetzSequenz_Rec.exe (21)‫‏‬
  • 22. Verbindungsorientierte Paketvermittlung (1)‫‏‬ auch: Connection Oriented Erläutern Sie den Begriff verbindungsorientierte Paketvermittlung! (22)‫‏‬
  • 23. Verbindungsorientierte Paketvermittlung (2)‫‏‬ Vor der Nutzdatenübertragung wird eine Verbindung aufgebaut (virtuelle Verbindungen)‫‏‬ Alle Pakete zwischen zwei Kommunikationspartnern werden auf derselben virtuellen Verbindung transportiert, eine Vertauschung der Reihenfolge einzelner Pakete ist sehr unwahrscheinlich Paket-Header der Datenpakete enthalten nur die Verbindungsinformation normalerweise: Die Entscheidung über den Weg der Pakete einer virtuellen Verbindung ist nur einmal beim Verbindungsaufbau notwendig Verbindungsaufbaupaket Paket 1 Paket 2 ... Nutzlast Nutzlast Verbindung 1 Verbindung 1 (23)‫‏‬
  • 24. verbindungslos vs. verbindungsorientiert (1)‫‏‬ Welche Konsequenz kann die Wahl der Datenvermittlung auf den Anteil der nötigen Verwaltungsinformation, die zur Übertragung einzelner Pakete von Ende zu Ende benötigt wird, haben? (24)‫‏‬
  • 25. verbindungslos vs. verbindungsorientiert (2)‫‏‬ verbindungslos: größerer Header, da jedes Paket komplette Steuerinfo enthält Paket 1 Paket 1 Paket 1 Nutzlast Nutzlast Nutzlast Startadresse Startadresse Startadresse Zieladresse Zieladresse Zieladresse verbindungsorientiert: teilweise kleinere Header, da nur Zuordnung zur Verbindung erforderlich, aber zusätzlicher Aufwand für Verbindungsauf- und abbau Verbindungsaufbaupaket Verbindungsabbaupaket Paket 1 Paket 2 ... Nutzlast Nutzlast Startadresse Verbindung 1 Verbindung 1 Zieladresse (25)‫‏‬
  • 26. verbindungslos vs. verbindungsorientiert (3)‫‏‬ Was passiert bei einer verbindungslosen Übertragung, wenn die Empfängerstation nicht in der Lage ist, die Datenpakete anzunehmen? (26)‫‏‬
  • 27. verbindungslos vs. verbindungsorientiert (4)‫‏‬ Da es keine Möglichkeit gibt, vor der Datenübertragung mit der Empfängerstation zu kommunizieren, kann der Sender nicht feststellen, ob die Empfangsstation die Pakete annehmen kann. Die Empfangsstation verwirft die Pakete eventuell einfach. (27)‫‏‬
  • 28. verbindungslos vs. verbindungsorientiert (5)‫‏‬ Welche positive Eigenschaft hat die verbindungslose Durchschaltung beim Ausfall einzelner Verbindungs- abschnitte im Netz? (28)‫‏‬
  • 29. verbindungslos vs. verbindungsorientiert (6)‫‏‬ Während der Kommunikation ausfallende Verbindungsabschnitte erfordern keinen neuen Verbindungsaufbau, da die Information für die Vermittlung in jedem Paket vorhanden ist. (29)‫‏‬
  • 30. Durchschaltprinzipien ? Leitungs- Mehrraten- Zell- Frame- Paket- vermittlung Leitungsve Vermittlung Relay Vermittlung rmittlung Circuit Cell Relay Packet Switching Multirate Switching Circuit Switching VK-Netze EWS-D, MAN, WAN Datex-P VK-Netze WAN,MAN S12,PABX Internet leitungsvermittelt, paketvermittelt, verbindungsorientiert verbindungsorientiert oder verbindungslos (30)‫‏‬
  • 31. Zellvermittlung (1)‫‏‬ Nennen Sie den Unterschied zwischen Paketvermittlung und Zellvermittlung! (31)‫‏‬
  • 32. Zellvermittlung (2)‫‏‬ Zelle Kompromiss zwischen Paket- und Leitungsvermittlung Zellvermittlung ist eigentlich Paketvermittlung, aber Alle Zellen folgen einem zuvor reservierten Weg garantierte Ressourcen (wie bei Leitungsvermittlung)‫‏‬ Sonderform der Pakete: klein und konstante Länge, damit Multiplexing einfacher ist Beispiel: ATM (32)‫‏‬ ATM Asynchronous Transfer Mode