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► SE „Digitale Kommunikation“
► Christian Höserle
• Binäres Zahlensystem
• Netzwerkarten & Kommunikation
• OSI 7 Schichtenmodell
• MAC Adresse(n) & IP-Adresse(n)
• Netzwerkkomponenten
• Ausgewählte Protokolle
 Binäres Zahlensystem
 Verwendung
 Strom / Nicht Strom 0 oder 1
 Zusammenhang zwischen Bit und Byte
 Anwendungsfälle
 Hexadezimalsystem (0-15)
 Verwendung
 Zählbereich 0 - F
 Anwendungsfälle
 Aktiv
 HUB
 Switch
 Router
 Hardware Firewall
 Usw..
 Passiv
 Kabel
 Verteilerschränke
 Anschlussdosen
Die 7 Schichten des OSI-Modells
Anwendung
Darstellung
Komm.Steuerung
Transport
Vermittlung
Sicherung
Bitübertragung
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical
3
2
1
7
6
5
4
Endsystem A Endsystem B
Übertragungsmedium
Transitsystem
All People Seem To Need Data Processing
Arten der Kommunikation
• Unicast
• Multicast
• Broadcast
7 Schichten im OSI-Referenzmodells
 Schichtendefinition
 Elektrisch
 Bitübertragung
 Netzwerktopologie
 Geräte
 HUB
 Netzwerk oder Lichtleiter
 Ethernet
 Ethernet-Standards (IEEE)
 CSMA/CD Verfahren
 Ethernet-Frame
 Serielle Übertragung von LSB zu MSB
 Token Ring
 Kollisionsfreie Übertragung
 Token-Passing (bit=0= freier Token)
 Bus-Topologie
 erweiterbar, installierbar
 Netzausfall bei Kabelbruch
 Terminatoren
 Ring-Topologie
 Verteilte Steuerung
 Große Ausdehnung
 Aufwendige Fehlersuche
 Keine aktiven NWK Komponenten
notwendig
 Stern-Topologie
 ++ Vernetzung
 ++ Erweiterbarkeit
 ++ Ausfallssicherheit
 Stern-Bus-Struktur
 Kombi aus Stern und Bus
 Kritische Situation bei Ausfall der zentralen Station
 ++ Verkabelungsaufwand
 Baum-Topologie
 Hohe
Ausfallssicherheit
 Große Entfernung
realisierbar
 „Wurzelproblem“
 Vermaschte Topologie
 Dezentrales Netzwerk
 Unendliche Ausdehnung
 Hohe Ausfallsicherheit aber hoher
Materialaufwand
 Protokolle
 Physikalische Adressierung von Datenpaketen
(MAC)
 Adress Resolution Protocol
(ARP)
 Point to Point Protocol
(PPP)
 Geräte:
 Switch
 MAC (Media Access Control)
 Einzigartige Adresse
 Kombination aus Hersteller und
Seriennummer
 Identifikator im NWK.
 MAC Adresse von
 WLAN &
 sog. „onboard“ NWK
Karten
 Aufgabe:
 Weiterleitung der der Datenpakete zum nächsten Knoten
(Routing)
 Protokolle
 IP
 IPX
 ICMP
 NetBEUI
 Geräte
 Layer 3 Switch
 Router
 IP Protokoll - Was ist eine IP Adresse?
 eindeutig identifizierbare, logische Netzwerkadresse
 IPv4 (32bit) ; Ipv6 (128bit)
 32 Bit = 4 Oktetten = 4 Byte (IPv4)
IP: 192.168.9.22
Maske: 255.255.255.128
Gateway: 192.168.9.22
 Eigenschaften des IP Headers
 Version
 TTL (Time-to-live)
 Quell –IP-Adresse
 Ziel-IP-Adresse
 Paketlänge
 Optionsfeld
(für Diagnose)
 Netzklassen für IPv4
 Öffentlich
 Privat
 Max Ip Adresse 232  4.294.967.296 Adressen (4,3 Milliarden)
Netzklasse Adressbereich (öffentliche) Private Adressräume
Klasse A 0.0.0.0 – 127.255.255.255 10.0.0.0 – 10.255.255.255
Klasse B 128.0.0.0 – 191.255.255.255 172.16.0.0 – 172.31.255.255
Klasse C 192.0.0.0 – 223.255.255.255 192.168.0.0 – 192.168.255.255
Klasse D 224.0.0.0 – 239.255.255.255
Klasse E 240.0.0.0 – 255.255.255.255
 IPv6 (Internet Protokoll Version 6)
 Nachfolger von IPv4
 128 Bit  Max IP Adressen 2128  ca. 340 Sextillionen
 Wegfall der Subnetzmaske, diese wird mit / angehängt.
64 Bit Netzadressierung & 64 Bit den Host
 IPv6-Urls notwendig für Portdefinition
 Aufteilung eines Adressbereiches
von IP-Adressen in mehrere kleinen Adressbereiche
 Welche „Subnetmask“ für welches Netz?
 Hostberechnung
Hostanzahl Subnetzmaske 32-Bit-Wert Präfix
16.777.214 255.0.0.0 11111111 00000000 00000000 00000000 /8
65.534 255.255.0.0 11111111 11111111 00000000 00000000 /16
510 255.255.254.0 11111111 11111111 11111110 00000000 /23
254 255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000 /24
126 255.255.255.128 11111111 11111111 11111111 10000000 /25
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Nicht veränderbar Nicht veränderbar
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1 1 1 1 1 1 1 1
27 26 25 24 23 22 21 20
128+64+32+16+8+4+2+1
255-1
254
In dezimal umwandeln:
 Hostberechnung
einer /24
Maske
 28 = 256 (0 – 255)
 1 IP für die NWK ID
 1 IP für Broadcast
 Maximale Anzahl an Hosts
 Notwendigkeit ?
 Ip- Adresse definiert Host im Netzwerk
 Subnetzmaske liefert Informationen
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 Gleiche Netzwerkadresse bei Quelle und Ziel  gleiches Subnetz
 Ungleiche Netzwerkadresse bei Quelle und Ziel  Routing in ein
anderes Subnetz via Gateway
 Routing
 Aufgabe:
 Steuerung und Überwachung der logischen Verbindung zwischen
Sender und Empfänger (End-to-End)
 Überwachung
 Zerlegen und Zusammensetzen von Datenpaketen
 Protokolle
 TCP (Transmission Control Protocol)
 UDP (User Datagram Protocol)
 SPX (Sequenced Packet Exchange)
 UDP (User Datagram Protocol)
 kein Verbindungsmanagement , keine Flusskontrolle
 keine Zeitüberwachung , keine Fehlerbehandlung
 Aber hohe Geschwindigkeit
 Bsp: Statusmeldung SNMP ;
Host
Host
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Server
REQUEST
RESPONSE
 TCP (Transmission Control Protocol)
 verbindungsorientiertes Protokoll
 Verbindungsmanagement
 Flusskontrolle , Zeitüberwachung , Fehlerbehandlung
 Portdefinition in jedem TCP Paket !!!
Host
Host
Host
Host
Host
Host
SYN
Verbindungsaufbau erwünscht
SYN ACK
empfangsbereit
ACK
Verbindung aufgebaut 
Übertragungsstart
Anwendungsschicht
Transportprotokoll
Netzwerkebene
Physikalische Ebene
Anwendungsschicht
Transportprotokoll
Netzwerkebene
Physikalische Ebene
Quellrechner Zielrechner
Daten
+ Quellport
+ Zielport
+ Prüfsumme
+ Protokoll
+ IP (Q & Z)
+ MAC (Q & Z)
+ Präambel
+ CRC
5-7
1
- Präambel
- CRC
Daten
- Quellport
- Zielport
- Prüfsumme
- Protokoll
- IP (Q & Z)
- MAC (Q & Z)
4
2-3
TCP/IP vs. OSI Referenzmodell
 Aufgaben:
 Aufbauen, Halten und Abbauen von Sitzungen
 Synchronisation des Dialoges (full/half duplex)
 Koordiniert Anwendungen und deren Zusammenspiel auf
verschiedenen Hosts
 Anwendungen
 Network File System (NFS)
 Structured Query Language (SQL)
 Remote Procedure Call (RPC)
Host Server
Dienstanforderung
Dienstantwort
 Aufgabe:
 Legt Struktur der Daten fest bzw. Datenaufbereitung (docx.)
 Fungiert als Übersetzer
 Datenverschlüsselung
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 Protokolle:
 http
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 Aufgabe:
 Zugang zur OSI Welt
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 Dienste und Anwendungen:
 Telnet
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0.0.0.0
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 Root
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 Sub-Level-Domain (Subdomain) <-- Optional
 Computername (Host oder Dienst)
RootTLDSLD
Dienst
Subdomain
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 Beispiel Namensauflösung via DNS
Root Nameserver
4. at ?
5. at !
at Nameserver
6. graz.at ?
7. graz.at !
8. www.graz.at ?
9. www.graz.at !
10.
www.graz.at !
Eingabe: www.graz.at
2. DNS-Cache
1. Hosts
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3. Zonenfile
DNS-Server
graz.at
Nameserver
 Von Benutzer verursachte Probleme
 Probleme welche nichts mit dem Netzwerk zu tun haben
 “the problem exists between keyboard and chair”
 Ports
 Zuordnung von TCP und UDP Verbindungen
 Immer 2 Nummern (Client und Server)
bsp: DHCP (Client = 67 ; Server = 68 UDP)
 Unterscheidbarkeit der Anwendungen
(Mail, http, ftp usw..)
 Vergabe durch IANA (Internet Assigned Numbers Authority)
Port Protocol Verwendung
21 FTP Datei Übertragung
25 SMTP Email (Sender)
80 HTTP Wolrd Wide Web
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Danke für Eure
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Christian Hoeserle
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Grundlagen der Kommunikation - von Binär zum OSI Modell

  • 1. ► SE „Digitale Kommunikation“ ► Christian Höserle
  • 2. • Binäres Zahlensystem • Netzwerkarten & Kommunikation • OSI 7 Schichtenmodell • MAC Adresse(n) & IP-Adresse(n) • Netzwerkkomponenten • Ausgewählte Protokolle
  • 3.  Binäres Zahlensystem  Verwendung  Strom / Nicht Strom 0 oder 1  Zusammenhang zwischen Bit und Byte  Anwendungsfälle  Hexadezimalsystem (0-15)  Verwendung  Zählbereich 0 - F  Anwendungsfälle
  • 4.  Aktiv  HUB  Switch  Router  Hardware Firewall  Usw..  Passiv  Kabel  Verteilerschränke  Anschlussdosen
  • 5. Die 7 Schichten des OSI-Modells Anwendung Darstellung Komm.Steuerung Transport Vermittlung Sicherung Bitübertragung Application Presentation Session Transport Network Data link Physical 3 2 1 7 6 5 4 Endsystem A Endsystem B Übertragungsmedium Transitsystem All People Seem To Need Data Processing
  • 6. Arten der Kommunikation • Unicast • Multicast • Broadcast
  • 7. 7 Schichten im OSI-Referenzmodells
  • 8.  Schichtendefinition  Elektrisch  Bitübertragung  Netzwerktopologie  Geräte  HUB  Netzwerk oder Lichtleiter
  • 9.  Ethernet  Ethernet-Standards (IEEE)  CSMA/CD Verfahren  Ethernet-Frame  Serielle Übertragung von LSB zu MSB  Token Ring  Kollisionsfreie Übertragung  Token-Passing (bit=0= freier Token)
  • 10.  Bus-Topologie  erweiterbar, installierbar  Netzausfall bei Kabelbruch  Terminatoren  Ring-Topologie  Verteilte Steuerung  Große Ausdehnung  Aufwendige Fehlersuche  Keine aktiven NWK Komponenten notwendig
  • 11.  Stern-Topologie  ++ Vernetzung  ++ Erweiterbarkeit  ++ Ausfallssicherheit  Stern-Bus-Struktur  Kombi aus Stern und Bus  Kritische Situation bei Ausfall der zentralen Station  ++ Verkabelungsaufwand
  • 12.  Baum-Topologie  Hohe Ausfallssicherheit  Große Entfernung realisierbar  „Wurzelproblem“  Vermaschte Topologie  Dezentrales Netzwerk  Unendliche Ausdehnung  Hohe Ausfallsicherheit aber hoher Materialaufwand
  • 13.  Protokolle  Physikalische Adressierung von Datenpaketen (MAC)  Adress Resolution Protocol (ARP)  Point to Point Protocol (PPP)  Geräte:  Switch
  • 14.  MAC (Media Access Control)  Einzigartige Adresse  Kombination aus Hersteller und Seriennummer  Identifikator im NWK.  MAC Adresse von  WLAN &  sog. „onboard“ NWK Karten
  • 15.  Aufgabe:  Weiterleitung der der Datenpakete zum nächsten Knoten (Routing)  Protokolle  IP  IPX  ICMP  NetBEUI  Geräte  Layer 3 Switch  Router
  • 16.  IP Protokoll - Was ist eine IP Adresse?  eindeutig identifizierbare, logische Netzwerkadresse  IPv4 (32bit) ; Ipv6 (128bit)  32 Bit = 4 Oktetten = 4 Byte (IPv4) IP: 192.168.9.22 Maske: 255.255.255.128 Gateway: 192.168.9.22
  • 17.  Eigenschaften des IP Headers  Version  TTL (Time-to-live)  Quell –IP-Adresse  Ziel-IP-Adresse  Paketlänge  Optionsfeld (für Diagnose)
  • 18.  Netzklassen für IPv4  Öffentlich  Privat  Max Ip Adresse 232  4.294.967.296 Adressen (4,3 Milliarden) Netzklasse Adressbereich (öffentliche) Private Adressräume Klasse A 0.0.0.0 – 127.255.255.255 10.0.0.0 – 10.255.255.255 Klasse B 128.0.0.0 – 191.255.255.255 172.16.0.0 – 172.31.255.255 Klasse C 192.0.0.0 – 223.255.255.255 192.168.0.0 – 192.168.255.255 Klasse D 224.0.0.0 – 239.255.255.255 Klasse E 240.0.0.0 – 255.255.255.255
  • 19.  IPv6 (Internet Protokoll Version 6)  Nachfolger von IPv4  128 Bit  Max IP Adressen 2128  ca. 340 Sextillionen  Wegfall der Subnetzmaske, diese wird mit / angehängt. 64 Bit Netzadressierung & 64 Bit den Host  IPv6-Urls notwendig für Portdefinition
  • 20.  Aufteilung eines Adressbereiches von IP-Adressen in mehrere kleinen Adressbereiche  Welche „Subnetmask“ für welches Netz?  Hostberechnung Hostanzahl Subnetzmaske 32-Bit-Wert Präfix 16.777.214 255.0.0.0 11111111 00000000 00000000 00000000 /8 65.534 255.255.0.0 11111111 11111111 00000000 00000000 /16 510 255.255.254.0 11111111 11111111 11111110 00000000 /23 254 255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000 /24 126 255.255.255.128 11111111 11111111 11111111 10000000 /25
  • 21. 255.255.255.0  11111111.11111111.11111111.00000000 Nicht veränderbar Nicht veränderbar Durch 1en ersetzen 1 1 1 1 1 1 1 1 27 26 25 24 23 22 21 20 128+64+32+16+8+4+2+1 255-1 254 In dezimal umwandeln:  Hostberechnung einer /24 Maske  28 = 256 (0 – 255)  1 IP für die NWK ID  1 IP für Broadcast  Maximale Anzahl an Hosts
  • 22.  Notwendigkeit ?  Ip- Adresse definiert Host im Netzwerk  Subnetzmaske liefert Informationen  Informationen notwendig für die Zustellung des Ip-Datenpakets  Gleiche Netzwerkadresse bei Quelle und Ziel  gleiches Subnetz  Ungleiche Netzwerkadresse bei Quelle und Ziel  Routing in ein anderes Subnetz via Gateway
  • 24.  Aufgabe:  Steuerung und Überwachung der logischen Verbindung zwischen Sender und Empfänger (End-to-End)  Überwachung  Zerlegen und Zusammensetzen von Datenpaketen  Protokolle  TCP (Transmission Control Protocol)  UDP (User Datagram Protocol)  SPX (Sequenced Packet Exchange)
  • 25.  UDP (User Datagram Protocol)  kein Verbindungsmanagement , keine Flusskontrolle  keine Zeitüberwachung , keine Fehlerbehandlung  Aber hohe Geschwindigkeit  Bsp: Statusmeldung SNMP ; Host Host Server Server REQUEST RESPONSE
  • 26.  TCP (Transmission Control Protocol)  verbindungsorientiertes Protokoll  Verbindungsmanagement  Flusskontrolle , Zeitüberwachung , Fehlerbehandlung  Portdefinition in jedem TCP Paket !!! Host Host Host Host Host Host SYN Verbindungsaufbau erwünscht SYN ACK empfangsbereit ACK Verbindung aufgebaut  Übertragungsstart
  • 27. Anwendungsschicht Transportprotokoll Netzwerkebene Physikalische Ebene Anwendungsschicht Transportprotokoll Netzwerkebene Physikalische Ebene Quellrechner Zielrechner Daten + Quellport + Zielport + Prüfsumme + Protokoll + IP (Q & Z) + MAC (Q & Z) + Präambel + CRC 5-7 1 - Präambel - CRC Daten - Quellport - Zielport - Prüfsumme - Protokoll - IP (Q & Z) - MAC (Q & Z) 4 2-3
  • 28. TCP/IP vs. OSI Referenzmodell
  • 29.  Aufgaben:  Aufbauen, Halten und Abbauen von Sitzungen  Synchronisation des Dialoges (full/half duplex)  Koordiniert Anwendungen und deren Zusammenspiel auf verschiedenen Hosts  Anwendungen  Network File System (NFS)  Structured Query Language (SQL)  Remote Procedure Call (RPC) Host Server Dienstanforderung Dienstantwort
  • 30.  Aufgabe:  Legt Struktur der Daten fest bzw. Datenaufbereitung (docx.)  Fungiert als Übersetzer  Datenverschlüsselung  Datenkomprimierung  Protokolle:  http  ftp  Smtp  etc….
  • 31.  Aufgabe:  Zugang zur OSI Welt  Managt Kommunikation und Anwendung  Funktionsaufruf durch Anwendungsprogramm (Word)  Dienste und Anwendungen:  Telnet  http  Snmtp  DNS  DHCP
  • 32.  DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) Protokoll zur automatischen IP-Adress-Vergabe  Eindeutige IP-Adresse  Subnetmask  Gateway  DNS-Server  DNS (Domain Name Service)  Übersetzt IP Adressen in Computernamen  Hostname & Domainname  Fully Qualified Domain Name (FQDN)
  • 33.  Funktionsweise von DHCP (DORA Prinzip) DHCP-Discover Broadcast (UDP) Zieladresse: 255.255.255.255 Quelladresse: 0.0.0.0 DHCP-Offer Freie IP-Adresse und weitere Parameter DHCP-Request DHCP-Ack(nowledgement) Annahme der Parameter Bestätigung der Parameter
  • 34.  Fully Qualified Domain-Name (FQDN)  www.my.graz.at.  Root  Top-Level-Domain (TLD)  Second-Level-Domain (SLD)  Sub-Level-Domain (Subdomain) <-- Optional  Computername (Host oder Dienst) RootTLDSLD Dienst Subdomain Wird von rechts nach links aufgelöst.
  • 35.  Beispiel Namensauflösung via DNS Root Nameserver 4. at ? 5. at ! at Nameserver 6. graz.at ? 7. graz.at ! 8. www.graz.at ? 9. www.graz.at ! 10. www.graz.at ! Eingabe: www.graz.at 2. DNS-Cache 1. Hosts Client 3. Zonenfile DNS-Server graz.at Nameserver
  • 36.  Von Benutzer verursachte Probleme  Probleme welche nichts mit dem Netzwerk zu tun haben  “the problem exists between keyboard and chair”
  • 37.  Ports  Zuordnung von TCP und UDP Verbindungen  Immer 2 Nummern (Client und Server) bsp: DHCP (Client = 67 ; Server = 68 UDP)  Unterscheidbarkeit der Anwendungen (Mail, http, ftp usw..)  Vergabe durch IANA (Internet Assigned Numbers Authority) Port Protocol Verwendung 21 FTP Datei Übertragung 25 SMTP Email (Sender) 80 HTTP Wolrd Wide Web 110 POP3 Remote Email Zugriff
  • 38. Danke für Eure Aufmerksamkeit !! Christian Hoeserle www.hoeserle.at |lastcrusade@gmx.at