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Einführung in Rechnernetze (Physikalische Schicht (Leitungscodierung…
Einführung in Rechnernetze
Einfuehrung
Allgemeines zum Internet
Kritische Infratruktur
Internet der Dinge (IOT)
Internet als Angriffsziel
Aufbau des Internet
Komponentensicht
"Rand"/"Kern" des Internet
Unterschiedliche ISP (Netzzugangs, Regional, Tier-1, IXP)
Grundlegende Begriffsbildung
Rechnernetz
Lokales Netz / Weitverkehrsnetz
Unterschiedliche Komponenten (Endsysteme /Zwischensysteme)
Datenkommunikation
(Kommunikations)-Protokoll
Weg-Zeit-Diagramm
(Daten-)Pakete | Nutzdaten, Metadaten
Datenrate
Grundlegende Prinzipien
Motivation
Gliederung von Systemen: Gemeinsame GS finden
Funktionale und nichtfunktionale Aspekte
Modularisierung
Modellierung
Grundmodell der Kommunikation
Grundmodell der Kommunikation
Sender/Empfänger/Medium
Abstraktes (Übertragungs-) Medium
Dienst
Dienstesicht
Dienst, Dienstzugangspunkt, Dienstnehmer, Dienstgeber, Dienstprimitive
Grundformen von Diensten
Bestätigter Dienst
Unbestätigter Dienst
Zuverlässiger Dienst
Unzuverlässiger Dienst
Darknet-Aufbau
Referenzmodelle
Verfeinerung des Grundmodells: Schichten
Schicht
Protpkolle, Dienste, Schichten
Horizontale und vertikale Kommunikation
Referenzmodell mit fünf Schichten
Physikalische Schicht
Sicherungsschicht
Vermittlungsschickt
Transportschicht
Anwendungsschicht
TCP/IP-Referenzmodell
Anwendungsschicht
Transportschicht
Internetschicht
Netzzugang (OSI 1+2)
OSI-Referenzmodell
Anwendungsschicht
Darstellungsschicht
Sitzungsschicht
Transportschicht
Vermittlungsschicht
Sicherungsschicht
Physikalische Schicht
Hourglass-Modell des Internets
Physikalische Schicht
Abstraktes Modell nach Shannon
Medium
Signal
Klassifizierung von Signalen | Zeit und Signalwert
Digitales Signal (Zeit- und Wertdiskret)
Analoges Signal (Zeit- und Wertkontinuierlich)
Fourier-Reihe: Sinus-Konsinus-Form
Modulation
Modulation und Leitungscodierung
Amplitudenumtastung
Frequenzumtastung
Phasenumtastung
Kanalkapazität
Frequenzspektrum eines Signals
Bandbegrenztes Medium
Bandbreite
Shannon'sche Kanalkapazität
Leitungscodierung
Binäres Digitales Signal
Mehrwertiges Digitales Signal
Datenrate vs. Baudrate
Wichtige Eigenschaften
Taktrückgewinnung
Geringer Gleichstromanteil
Niedrige Baudrate
Geringe Komplexität
Non-Return to Zero
Manchester Code
AMI
Störquellen
Dämpfung
Verzögerungsverzerrung
Rauschen
Thermisches Rauschen
Modulationsrauschen
Impulsrauschen
Protokollmechanismen
Einführung
Bitfehler: Einzel/Bündel
Fehlerhäufigkeit: Bitfehlerrate
Anzahl Bitfehler N = Datenrate x Störungsdauer
Paketfehler
Verlust eines Pakets
Empfang eines Phantom-Pakets
Duplizierung eines Pakets
Reihenfolgenvertauschung
Redundanz
Erkennung von Bitfehlern
Paritätsbit
r-fehlererkennend
r-fehlerkorrigierend
Hamming-Abstand
Code-Abstand
Hamming-Kugel
Erhöhung des Code Abstandes
Hamming Code
Kontrollmatrix
Syndrom
Hamming Schranke
Perfekter Code
Cyclic Redundancy Check
Generatorpolynom (CRC)
Schieberegister
Vorwärtsfehlerkorrektur
Erkennung von Paketfehlern
ARQ-Verfahren
Stop-and.Wait
Alternating Bit Protocol
Go-Back-N
Selective Repeat
Selective Reject
Sequenznummern, Quittungen,
Zeitgeber, Sendewdh
.
Flusskontrolle
Halt-und-Weiter
Kreditbasierte Flusskontrolle: Sliding Window
Stop-and-Wait
Empfangspuffer
Verbindungen
Verbindungsorientierte Kommunikation
Verbindungslose Kommunikation
Verbindungsaufbau: 2-Wege-Handshakke
Verbindungsaufbau: 3-Wege-Handshake
Leistungsfähigkeit: Auslastung / Bandbreiten-Verzögerungsprodukt
Durchsatz/Datenrate
Auslastung
Sendezeit
Ausbreitungsverzögerung
Verarbeitungsverzögerung
Warteschlangenverzögerung
Sicherungsschicht
Netztopologien
Vollvermaschtes Netz
Teilvermaschtes Netz
Ring
Bus
Stern
Hierarchische Topologie / Baum
Multiplexverfahren
Raummultiplex
Frequenzmultiplex
Zeitmultiplex
Codemultiplex
Medienzuteilung: Zeitmultiplex
fest
variabel
Kontrollierter Zugriff
zentral mit Token Bus
HDLC
Bluetooth
dezentral
Token Ring
Token Bus
Zufälliger Zugriff
Aloha
CSMA: Carrier Sense Multiple Access
CSMA/CD: Collision Detection | Ethernet
CSMA/CA: Collision Avoidance | WLAN
Persistenz
p-Persistenz
Exponentieller Backoff
Ethernet
Sterntopologie
CSMA/CD
Mithören
Exp. Backoff
1-persistent
MAC-Adressen (48 Bit)
Unicast-Adresse
Multicast-Adresse
Broadcast-Adresse
Anycast-Adresse
Ethernet-Rahmen
PR = Präambel zur Synchronisierung
SD = Start-of-frame Delimiter
DA = Destination Address
SA = Source Adress
Type / Length (LLC)
Data
PAD = Padding (Optional)
FCS = Frame Check Sequence
Kopplung von Ethernets
Schicht 1: Hub/Repeater: Alles Intranetz-Verkehr
Schicht 2: Switch/Brücke: Internetz-Intranetz-Verkehr
Vernetzung von Switches: Plug-and-play
Selbstlernende Switches
Spanning Tree Algorthmus
Kollisionsdomäne
Bus: Komplett
Repeater: Komplett
Brücke: Getrennt
Hub: Komplett
Switch: Getrennt
Aufgaben
Logical Link Control (LLC)
Strukturierung der Übertragung
Sicherung vor Übertragungsfehlern
Sicherung vor Datenverlust
Sicherung der Reihenfolge
Flusskontrolle
Media Access Control (MAC)
Zufälliger Zugriff
Kollisionsfreier, kontrollierter Zugriff
VLANs
Argumente
Sicherheit
Flexibilität
Performance
Interface-basierte VLANs
Pysikalischer Switch --> virtuelle Switches
Verkehrsisolation: 1-8 --> 1-8
Dynamische VLAN Zuweisung: Interface C (A) --> Interface C (B)
Weiterleitung zwischen VLANs über Routing
VLANs über mehrere Switches
VLAN-Trunks: Rahmentransport zwischen VLANs die durch mehrere physikalische Switches erzeugt werden
VLAN-Rahmen
PR
SD
DA
SA
Type: ID von VLAN-Protokoll
VLAN-Tag
PCP
DEI
VLAN-ID
Type
Data
PAD
FCS
Vermittlungsschicht
Paketvermittlung
Metainformationen (Kontrollinformationen)
Aschnittsweise Übermittlung von Paketen
Pufferung in Warteschlangen
Paketverluste durch Begrenzte Pufferkapazität in Zwischensystemen
Prinzipien
Datenaustausch zwischen pyhsikalisch nicht benachbarten Geräten
Pakete: Datagramme
Zwischensysteme: Router
Protokollle in allen Endsystemen und Routern
Wegewahl (Routing) - Kontrollebene (Kontrollpfad)
Weiterleitung (Forwarding) - Datenebene (Datenpfad)
Kontrollebene
Routingprotokoll
Routingalgorithmus
Weiterleitungstabelle
Dynamik Routing-Verfahren
Nicht Adaptiv
Adaptiv
Routingverfahren
Statisches Routing
Zentralisiertes Routing: Routing Control Center
Dezentrales Routing
Isoliert
Fluten
Selektives Fluten
Random Walk
Hot Potato
Verteilt
Distanz-Vektor
Link-State
Datenebene
IP-Adressen
Subnetz-Teil
IPv4 Datagramm
Fragmentieren und Reassemblieren: Flag Felder + Fragment-Offset
Weiterleitung: Tabellen-Lppkup
Überprüfungskriterien Emfpang eines IP-Datagramms
Zuteilung von Adressen
Manuell: Systemadmin
Dyanamisch: DHCP
DHCP discover [opt]
DHCP offer [opt]
DHCP request
DHCP ack
DHCP Infos
Subnetz Default-Router Adresse
Name und IP-Adresse DNS-Server
Subnetzmaske
Zeitserver
ICMP
Fehlernachrichten
Statusanfragen
Zustandsinformationen
ARP: Address Resolution Protocol
Plug-and-Play
Soft-State
IPv6-Adressen
Unicast
Multicast
Anycast
ICMPv6 = ICMP + IGMP + ARP
Fehlernachrichten
Informationsnachrichten
Neighbor-Discovery
Konfiguration von Adressen in IPv6
Stateless: Selbsterzeugung --> Duplicate-Address-Detection ggf. neue Adresse generieren
Statefull: Durch DHCPv6 zugewiesen
Vermittlungstechniken
Paketvermittlung
Datagrammvermittlung
Virtuelle Verbindungen
Nachrichtenvermittlung
Leitungsvermittlung
Software-Defined Networking (SDN)
Eigenschaften
Separierung von Kontrollebene und Datenebene
Flow-basierte Weiterleitung von Paketen
Logik ausgelagert an externen Controller
Programmierbarkeit des Netzes
Transportschicht
Grundlagen
Datenaustausch zwischen Anwendungsprozessen
Übertragung durch die Vermittlungsschicht
Nutzer-zu-Nutzer vs. Ende-zu-Ende
Client-Server-Architektur
Adressierung
UDP
TCP
Zusammenspiel Protokolle/Schichten