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Presentation Transcript

  1. Computernetze 1 (CN1) 1 GrundlagenNetzwerke und Protokolle Prof. Dr. Andreas Steffen Institute for Internet Technologies and Applications

  2. Lesestoff im Ethernet Buch • Kapitel1 EineEinführung in Netzwerke, 1-29 1.1 ErforderlicheNetzwerkelemente 1.2 Die Netzwerktopologien 1.3 EinteilungderNetzwerke 1.4 Die Netzwerktechnologien 1.6 Netzwerkarchitekturen

  3. Computernetze 1 (CN1) 1.1 Netzwerk-Topologien

  4. Network Symbols* *as usedby Cisco Systems Inc.

  5. Local Area Network (LAN) • A network serving a home, building or campus is called aLocal Area Network (LAN) • Modern switch-based LANs usually have a star topology whereas older hub-based LANs were organized in a bus structure.

  6. Wide Area Network (WAN) • LANs separated by geographic distance are connectedby a network known as a Wide Area Network (WAN) • WANs usually have a point-to-point or ring topology • The logical topology can be different from the physical one! failure

  7. Internet • The Internet is defined as a globalmesh of interconnected networks

  8. Computernetze 1 (CN1) 1.2 Segmentierungund Multiplexierung

  9. Shared Network Communication • Data is sent across a network insmall “chunks” called segments • Segmentation • Messages or data streamsare split up into segments • Multiplexing • Multiple users share the same communication channel

  10. Example of Multiplexing and Segmentation IntermediaryDevice ?

  11. Role of Intermediary Devices I • Intermediary Devices provide connectivity and ensurethe data flow across the network • Examples • Network Access Devices (hubs, switches, wireless access points) • Internetworking Devices (routers) • Communication Servers and Modems • Security Devices (firewalls)

  12. Role of Intermediary Devices II • Intermediary network devices perform the following functions: • Regenerate and retransmit the data signal • Maintain information about the pathways existing throughthe network and internetwork • Notify other devices of errors and communication failures • Direct data along alternate pathways in the event of a link failure • Classify and direct messages according to Quality-of Service priorities • Permit or deny the flow of data based on security settings

  13. Computernetze 1 (CN1) 1.3 Netzwerk-Protokolle

  14. What is a Protocol? • A protocol is a set of predetermined rules

  15. Function of a Network Protocol • Network protocols are used to allow hosts or devices to communicate successfully • Protocols provide: • The format or structure of the message • The process by which networking devices share information about pathways to other networks • How and when error and system messages are passed between devices • The setting up and termination of communication sessions

  16. Protocol Suites and Industry Standards • A standard is a process or protocol that has been endorsed bythe networking industry and ratified by a standards organization. • A protocol suite is a collection of protocols. • Standards Organizations: • IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers • IETF - Internet Engineering Task Force • ITU - International Telecommunications Union

  17. Technology Independent Protocols • Diverse types of devices can communicate using the same sets of protocols. This is because network protocols specify network functionality, but not the underlying technology required to support this functionality.

  18. Computernetze 1 (CN1) 1.4 Das OSI Referenz Modell

  19. Open System Interconnection Reference Model Sender IntermediaryDevice Receiver 7 Application Layer 7 Protocol Application 7 Layer 6/7 Interface Layer 6/7 Interface 6 Presentation Layer 6 Protocol Presentation 6 Layer 5/6 Interface Layer 5/6 Interface 5 Session Layer 5 Protocol Session 5 Layer 4/5 Interface Layer 4/5 Interface 4 Transport Layer 4 Protocol Transport 4 Layer 3/4 Interface Layer 3/4 Interface 3 Network Layer 3 Protocol Network 3 Routing Layer 2/3 Interface Layer 2/3 Interface Layer 2 Protocol 2 2 Layer 2 Protocol 2 Data Link Data Link 2 Layer 1/2 Interface Layer 1/2 Interface Layer 1 Protocol 1 1 Layer 1 Protocol 1 Physical Physical 1 Communication Link

  20. Die Anwendungschichtverschafft den Anwendungen Zugriff auf das Netzwerk (zum Beispiel für Datenübertragung, E-Mail, Virtual Terminal, Remote Login, etc.).Der eigentliche Anwendungsprozess liegt oberhalb der Schicht und wird nicht vom OSI-Modell erfasst. Beispiele: DNS, FTP, HTTP, LDAP, NFS, NTP, SIP, SMTP, Telnet OSI Reference Model - Application Layer 7 Application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Data Link 1 Physical Quelle: Wikipedia Communication Link

  21. Die Darstellungsschichtsetzt die systemabhängige Darstellung der Daten(z.B. binäre Integer) in eine unabhängige Form um und ermöglicht somit den syntaktisch korrekten Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Systemen.Auch Aufgaben wie Datenkompression und Verschlüsselung gehören zur Schicht 6.Falls erforderlich, agiert die Darstellungs-schicht als Übersetzer zwischen verschiedenenDatenformaten, indem sie eine normierte Syntax wie z.B. ASN.1 oder XML verwendet. Beispiele: MIME, SSL, TLS OSI Reference Model - Presentation Layer 7 Application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Data Link 1 Physical Quelle: Wikipedia Communication Link

  22. Die KommunikationssteuerungsschichtoderSitzungsschichtsorgt für die Prozess-kommunikation zwischen zwei Systemen.Um Zusammenbrüche der Sitzung und ähnliche Probleme zu beheben, stellt die Sitzungsschicht Dienste für einen organisierten und synchronisierten Datenaustausch zur Verfügung. Beispiele: Named Pipes, Sockets, RTP, Session establishment in TCP OSI Reference Model - Session Layer 7 Application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Data Link 1 Physical Quelle: Wikipedia Communication Link

  23. Zu den Aufgaben der Transportschicht zählen die Segmentierung von Daten-paketen, die Stauvermeidung (Congestion Avoidance), sowie optionale Fehlersicherungund Fehlerkorrektur. Die Transportschicht ist die unterste Schicht, die eine vollständige End-to-End Kommunikation zwischen Sender und Empfänger zur Verfügung stellt. Beispiele: TCP, UDP, SCTP, SPX, DDP OSI Reference Model - Transport Layer 7 Application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Data Link 1 Physical Quelle: Wikipedia Communication Link

  24. Die Vermittlungsschicht oder Netzwerk-schicht sorgt bei leitungsorientierten (connection-oriented) Diensten für das Schalten von Verbindungen und bei paketorientierten (connectionless) Diensten für die Weitervermittlung von Datenpaketen.Die Datenübertragung geht in beiden Fällen jeweils über das gesamte Kommunikations-netz hinweg und schließt die Wegesuche (Routing) zwischen den Netzknoten mit ein. Beispiele: IP, IPsec, ICMP, IGMP, OSPF, IPX, ATP OSI Reference Model - Network Layer 7 Application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Data Link 1 Physical Quelle: Wikipedia Communication Link

  25. Layer 3 Example: The Internet Protocol (IP)

  26. Aufgabe der Sicherungsschicht ist es, eine zuverlässige, das heißt weitgehend fehlerfreie Übertragung zu gewährleisten und den Zugriff auf das Übertragungs-medium zu regeln. Dazu dient das Aufteilen des Bitdatenstromes in Blöcke (Frames) und das Hinzufügen von Sequenznummern und Prüfsummen. Fehlerhafte, verfälschte oder verlorengegangene Blöcke können vom Empfänger durch Quittungs- und Wieder-holungsmechanismen erneut angefordert werden. Beispiele: 802.3 Ethernet, 802.11 WLAN, ATM, Frame Relay, HDLC, PPP OSI Reference Model - Data Link Layer 7 Application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Data Link 1 Physical Quelle: Wikipedia Communication Link

  27. Layer 2 Examples: Different Data Link Media

  28. Die Bitübertragungsschichtstellt mechanische, elektrische und weitere funktionale Hilfsmittel zur Verfügung, um physikalische Verbindungen zu aktivieren bzw. zu deaktivieren, sie aufrechtzuerhalten und Bits darüber zu übertragen. Das können zum Beispiel elektrische Signale, optische Signale (Lichtwellenleiter, Laser), elektro-magnetische Wellen (drahtlose Netze) oder Schall sein. Beispiele: 802.3 Ethernet, 802.11 WLAN, RS-232, V.34, POTS, DSL, SDH OSI Reference Model - Physical Layer 7 Application 6 Presentation 5 Session 4 Transport 3 Network 2 Data Link 1 Physical Quelle: Wikipedia Communication Link

  29. Layer 1 Examples: Cables & Connectors • Copper • Fibre

  30. Representations of Signals on Physical Media

  31. Transmission Rate Units • Note: transmission rates are decimal (1 kbps = 1000 bps ) whereas storage capacity is binary (1 kbit =1024 bits)

  32. Protocol Data Unit (PDU) / Service Data Unit (SDU) Ln_PDU = Ln_PCI + Ln_SDU = Ln_PCI + L(n+1)_PDU Sender Receiver 7 Application Application 7 L7P L7 SDU L7 PDU Layer 6/7 Interface Layer 6/7 Interface 6 Presentation Presentation 6 L6P L6 SDU L6 PDU Layer 5/6 Interface Layer 5/6 Interface 5 Session Session 5 L5P L5 SDU L5 PDU Layer 4/5 Interface Layer 4/5 Interface 4 Transport Transport 4 L4P L4 SDU L4 PDU Layer 3/4 Interface Layer 3/4 Interface 3 Network Network 3 L3P L3 SDU L3 PDU Layer 2/3 Interface Layer 2/3 Interface 2 Data Link Data Link 2 L2P L2 SDU L2 PDU Layer 1/2 Interface Layer 1/2 Interface 1 Physical Physical 1 L1P L1 SDU L1 PDU LnP: Layer n ProtocolControl Information (PCI)consisting of Header and optional Footeror Trailer

  33. Example: Digital Voice Transmission over Ethernet Sender Receiver 7 Application Application 7 Voice Samples Layer 6/7 Interface VoiceCompression Layer 6/7 Interface 6 Presentation Presentation 6 Codec Data Layer 5/6 Interface Layer 5/6 Interface 5 Session Session 5 RTP Codec Data Layer 4/5 Interface Layer 4/5 Interface 4 Transport Transport 4 UDP RTP Codec Data Layer 3/4 Interface Layer 3/4 Interface 3 Network Network 3 IP UDP RTP Codec Data Layer 2/3 Interface Layer 2/3 Interface 2 Data Link Data Link 2 MAC IP UDP RTP Codec Data MAC Layer 1/2 Interface Layer 1/2 Interface Preamble 1 Physical Physical 1 1 0 1 1 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 0 0 1 0 Communication Link

  34. Addressing and Naming Schemes • Each layer has its own and unique addressing and naming scheme

  35. Computernetze 1 (CN1) 1.5 Das TCP/IP Modell

  36. TCP/IP Protocol Suite

  37. TCP/IP Protocol Stack of a Webserver

  38. TCP/IP Reference Model • Developed by the Advanced Research Projects Agency (ARPA)of the U.S. Department of Defence (DoD)

  39. Comparing the OSI and TCP/IP Models • TCP/IP combines the upper three layers of the OSI model into a single ApplicationLayer. • Part of the OSI Session Layer (e.g. session management) has been integrated into the [TCP] Transport Layer. • TCP/IP combines the lower two layers of the OSI model into a single Network Access Layer