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1. Netztopologien und Netztechnologien 2. Was sind Router

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„Datenkommunikation in Netzen“
VL Hypermedien 15.05.02
1. Netztopologien und Netztechnologien
-
Ethernet, Token-Ring, FDDI, ATM
2. Was sind Router, Repeater, Gateways?
3. Daten auf dem Weg im Internet-Netzwerk
4. Was ist das „Domain Name System“ und wie
funktioniert es?
1a. Netztopologien (logische Netzstruktur)
Man unterscheidet grundsätzlich 5 logische
Netzstrukturen / Topologien:
(Unter Topologie versteht man die Art und Weise, in der die im Netz
angeschlossenen Stationen miteinander verbunden sind)
- das Netz mit Baumstruktur
- das Liniennetz (Bus)
- das Sternnetz
- das Ringnetz
- das vermaschte Netz
1a. Netztopologien (logische Netzstruktur)
• Die Baumtopologie
- die älteste Art, Rechner miteinander zu verbinden.
- Das System ist streng hierarchisch geordnet. Der bekannteste
Vertreter dieser Topologie ist SNA (Simple Network Architecture).
SNA ist eine Host-Terminal-Architektur, wobei ganz oben der Host
oder Mainframe steht, der die gesamte Kommunikation der Terminals
steuert.
- Der gravierende Nachteil: beim Ausfall einer Leitung können alle
nachgeschalteten Endgeräte nicht mehr kommunizieren.
1a. Netztopologien (logische Netzstruktur)
• Das Liniennetz (Bus-topologie)
(+)
- Es gibt keine Zentrale Verteilungs-Einheit, keine Knoten.
(-)
- Die Verbindung aller Teilnehmer erfolgt über einen
gemeinsamen Übertragungsweg (ein Kabel).
(-)
- Zu einem Zeitpunkt kann immer nur eine Nachricht über
den Bus transportiert werden.
(+)
- Bei Ausfall einer Station bleibt die Kommunikation der
anderen Stationen erhalten.
(-)
- Bei Störung im Kabel oder in einer Netzkarte, die z.B.
dauernd ins Netz sendet, ist die gesamte Kommunikation
gestört.
1a. Netztopologien (logische Netzstruktur)
• Das Ringnetz
- Es gibt keine Zentrale, alle Stationen sind
gleichberechtigt (wie bei dem Bus-System).
- Die Übertragung der Daten erfolgt in einer
Richtung von Knoten zu Knoten. Bei Ausfall
eines Knotens sind sämtliche Kommunikationswege
unterbrochen.
- In der Praxis werden kaum richtige Ringnetze betrieben,
wegen der Ausfallsicherheit. Oft gibt es Mischformen, wie
z.B. sternförmig aufgebaute Ringe mit einem zentralen
Verteiler
1a. Netztopologien (logische Netzstruktur)
• Die Stern-Topologie
- die Endgeräte sind sternförmig an einen zentralen
Verteiler - ein Hub oder ein Switch - angeschlossen.
- Sternförmig aufgebaute Netze findet man heute in fast
allen neuen LANs - eine strukturierte Verkabelung.
- Der höhere Aufwand bei der Installation einer sternförmigen
Verkabelung relativiert sich schnell durch höhere Flexibilität bei
Änderungen im System (z.B. Verlegung von Endgeräten in andere
Räume) und vor Allem durch hohe Fehlerredundanz.
- Beim Auftreten von Störungen in einem Endgerät, sind intelligente
Hubs und Switches in der Lage, diese Geräte aus dem Netz
herauszunehmen.
1a. Netztopologien (logische Netzstruktur)
1a. Netztopologien (logische Netzstruktur)
• Maschentopologie (Teil- und Vollvermaschung)
- Jede Station ist mit mehreren anderen verbunden.
- Es gibt keine Zentrale und es existieren mehrere,
unabhängige Übertragungswege zwischen zwei
Stationen.
- Manchmal gibt es keine direkte Verbindung zwischen zwei
Stationen.
- Insbesondere bei Weitverkehrsnetzen (WAN) treten
vermaschte Strukturen auf (z.B. Internet). Teilweise ergeben
sich dabei redundante Leitungswege, die auch bei
Unterbrechung eines Wegs den Datentransport sicherstellen.
1b. Netztechnologien bei LANs, MANs
und WANs
1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs
• Wir betrachten 4 grundlegende Technologien:
- Ethernet
- Token-Ring
- FDDI
- ATM
1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs
• Ethernet
- Heutzutage am meisten verbreitetes LAN-System
- Ein busbasiertes System (Bustopologie)
- Datendurchsatz: 10 Mbit/s Standard, 100Mbit/s (Fast
Ethernet), Gigabit Ethernet 1Gbit/s (auf Glasfaserbasis)
- Arbeitet nach dem sog. CSMA/CD-Verfahren (Carrier
Sense Multiple Access/Collision Detection
• Bevor Datenübertragung beginnt, wird überprüft ob Netz zur Sendung
Sendung frei ist. Ein
Sender darf senden, wenn in diesem Moment keine andere Station Daten
Daten
überträgt.
- Probleme bei Ethernet
• Aufbau von Hochgeschwindigkeits- Ethernet mit zuverlässiger Kollisionserkennung
1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs
• ... Ethernet
- Behandlung von Multimedia-Daten:
• Keine Ausnahmebehandlung kontinuierlicher Daten
• Damit keine richtige Garantie für eine bestimmte Dienstgüte für
die Multimedia-Daten
• Bei FastEthernet (100Mbit/s) mit kleineren Anforderungen an
Mediendaten und gleichzeitige Zugriffe jedoch kaum Probleme mit
dem Datendurchsatz (Bsp. Intranet- Multimediaanwendungen)
1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs
• Token Ring
- Das LAN hat eine Ringtopologie
- Ein LAN mit einer Datenübertragungsrate von 4 Mbit/s
oder 16Mbit/s
- Die Datenkommunikation basiert auf einem geordnetem
Zugriffsmechanismus auf das Netzwerk:
• Nur beim Erhalt eines Tokens (Senderrechts) darf die jeweilige
Station ihre Daten senden
• Um Senderecht zu bekommen, muss eine Station die höchste
Sendepriorität reserviert und erhalten haben
• Token Ring
1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs
• ... Token Ring
- Behandlung von Multimedia-Daten
• Das Reservieren von Prioritäten und das Verfahren der
‚mehrfacher Prioritäten‘ in Verbindung mit der festgelegten max.
Umlaufzeit eines Datenpaketes garantieren eine zuverlässige
Datenübertragung kontinuierlicher Daten
• Innerhalb der kontinuierlichen Datenströme können auch die
Prioritäten unterschiedlich besetzt werden: z.B. Audio erhält
höhere Priorität als Video
• Für einen zuverlässigen Multimedia-Datenverkehr muss die zur
Verfügung stehende Bandbreite und die Anzahl simultaner
Multimedia-Sitzungen beachtet werden
1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs
• FDDI – Fiber Distributed Data Interface
- Eine Weiterentwicklung des Token Rings
- Eine doppelte Ringtopologie auf Basis von
Lichtwellenleitern -> erhöhte Datensicherheit
- Die Daten in den zwei Ringen werden in
entgegengesetzte Richtung übertragen
- FDDI wurde gleich für 100Mbit/s ausgelegt
- Es können max. 500 Stationen im Kreis von 100km
angeschlossen werden
1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs
• ... FDDI – Fiber Distributed Data Interface
- FDDI-spezifischer Zugangsprotokoll ist das „Timed
Token Rotation Protokoll
• Jede Station darf für eine von ihr geforderte Zeit eine
bestimmte Bandbreite belegen (buchen), um beim Erhalt
des Senderechts Daten in kontinuierlichen und synchrosynchronem Modus zu übertragen (z.B. für die Zeit einer Videosequenz)
• Bei der Initialisierung des Netzbetriebs wird automatisch für jede
jede Station der
max. Zeitwert für die Umrundung des Rings durch einen Datenpaket ermittelt
- Für die Übertragung von Multimedia-Daten kann im synchronen Modus
bei FDDI eine hohe Zuverlässigkeit und Dienstgüte erreicht werden
1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs
• ATM – Asynchronous Transfer Mode
- Eine Vermittlungstechnologie, die mit minimaler
Netzfunktionalität auskommt
- Basiert oft auf vermaschten Netzstrukturen
- Für Glasfaser ausgelegt
- Von Anfang an für datenintensive Multimedia-Dienste ausgelegt
- Die Daten bei ATM können in erheblich höheren
Geschwindigkeiten als bei anderen paketvermittelten
Systemen übertragen werden
1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs
• ... ATM – Asynchronous Transfer Mode
- Geschwindigkeiten von 155Mbit/s bis einige Gbit/s weil:
• Keine Fehlerbehandlung auf den Teilstrecken
• Daten werden erst von einem MultimediaMultimedia-Endgerät zum Netz und zum
Empfänger transferiert, wenn notwendige Ressourcen zur Verfügung
stehen
• Reduktion der HeaderHeader-Funktionalität auf Identifikation einer virtuellen
Verbindung und eines Kanals
• Das Datenfeld ist klein, die Daten können sehr schnell gepackt und
und
entpackt werden – geringe Verzögerung
• Die Datenpakete haben immer die gleiche Länge: 53 Bytes
1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs
• ... ATM – Asynchronous Transfer Mode –
das ‚Besondere‘ :
- Reservierung virtueller Verbindungen mit bestimmten
Bandbreiten
- Nutzung virtueller Kanäle für bestimmte Daten, wie z.B.
Sprache, Video und Daten bei Videotelefonie. Die Daten
werden hier im Zeitmultiplex übertragen
- Nutzung von Prioritäten und unterschiedlichen
Qualitätsanforderungen an bestimmte Datenströme
• Zeitliche Priorität: bestimmte Daten/Zellen müssen länger im Netz
verweilen
• Semantische Priorität: bestimmte Daten/Zellen können mit
höherer Verlustwahrscheinlichkeit gekennzeichnet werden
1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs
• ... ATM – Asynchronous Transfer Mode –
das ‚Besondere‘ :
- Unterstützung verschiedener Dienste (z.B. Sprache,
Video, Daten) und deren Transporteigenschaften durch 4
sog. AAL-Klassen (ATM Adaptation Layer):
• AAL1: unterstützt die Constant-Bit-Rate Dienste und eignet sich
vor allem für die Übertragung von Audio- und Videodaten mit
hoher Qualität
• AAL2: Datentransfer mit variabler Bitrate, vor allem Austausch von
Zeitinformationen
• AAL3/4: Transfer von Daten, die empfindlich gegenüber
Verlusten, nicht jedoch hinsichtlich der Verzögerung
1b. Netztechnologien bei LANs, MANs und WANs
• Räumliche Ausdehnung von Rechnernetzen
- LAN: Local Area Network
- – Ethernet, Fast Ethernet
- – Token Ring
- – FDDI
- MAN: Metropolitan Area Network
- – FDDI
- – ATM
- WAN: Wide Area Network
- – X.25
- – ISDN
- – ATM
2. Was sind Router, Repeater, Gateways?
2. Was sind Router, Repeater, Gateways?
• Die Daten im Netz müssen physikalisch
verstärkt, an verschiedene Netztechnologien
angepasst und durch das Netz geleitet werden.
• Diese Aufgaben übernehmen die Repeater,
Bridges, Router oder Gateways
2. Was sind Router, Repeater, Gateways?
• Repeater
- Verstärkt elektrische und optische Signale (Schicht 1)
• Bridge / Switch
- Verbindet unterschiedliche lokale Netzwerke (z.B.
Ethernet mit Token-Ring)
- interpretiert die MAC-Adressen der Datenpakete
- Die Informationen in Paketen werden an andere
Netzwerkprotokolle angepasst
- Wenn notwendig selbständige Erzeugung/Anpassung von
Datenpaketen
- Eine Bridge arbeitet auf der Ebene 2 (Sicherungsschicht)
des OSI-Schichtenmodells.
2. Was sind Router, Repeater, Gateways?
• Router
- Günstige Wegesuche für Datenpakete in verschiedenen
Netzwerken
- Vermittelt zwischen mehreren verschiedenen Netzwerken
- Router entscheidet mittels Leitwegetabellen, an welches
nächstes Netzwerk oder an welchen nächsten Router ein
IP-Datagramm gesendet werden soll
- arbeitet auf der Ebene 3 (Vermittlungsschicht) des OSISchichtenmodells.
2. Was sind Router, Repeater, Gateways?
• ...Router
2. Was sind Router, Repeater, Gateways?
• ... Router
2. Was sind Router, Repeater, Gateways?
• Gateway
- Gateways können völlig unterschiedliche (heterogene)
Netze miteinander koppeln.
- Gateways werden für die LAN-WAN-Kopplung (oder die
LAN-WAN-LAN-Kopplung) sowie für den Übergang
zwischen unterschiedlichen Diensten verwendet (z. B. das
Absetzen von Fax-Nachrichten aus einem LAN)
- Etablieren einer logischen Verbindung zwischen Quelle
und Ziel.
- Anpassung der Datenübertragungsgeschwindigkeit
- Arbeiten beide Netze mit unterschiedlichen Paketgrößen,
müssen Datenpakete "umgepackt" werden.
3. Daten auf dem Weg im Internet- das
Routing und Domain Name System
3. Datenrouting im Netz
E-mail
von robertst@tfh-berlin.de
an heike.b@tu-karlsruhe.de
Oder
141.64.51.163 - PC
Website-Aufruf
TFH Berlin
www.tu-karlsruhe.de
141.64.51.1 – LAN Router
141.64.45.10 – WAN Router
155.47.11.8 – Vorgabe Router
177.31.35.5 – WAN Router
177.31.63.1 – LAN Router
177.31.63.5 - PC
3. Datenrouting im Netz / Domain Name Server
• Client (sucht nach www.
www.fufu-berlin.de
berlin.de))
-
Anfrage, wie ist die IPIP-Adresse des „www
„www..fufu-berlin.de“
berlin.de“ Servers
• nächster Domain Name Server in eigener Domain
-
weiß nicht, leitet Anfrage, wer ist zuständig für „www
„www..fufu-berlin.de
berlin.de““
• nächster RootRoot-Server des DNSDNS-Servers in eigener Domain
-
Antwortet dem DNSDNS-Server in eigener Domain mit der IPIP-Nummer der PrimaryPrimary- und
SecondarySecondary-Nameservers, die die TopTop-LevelLevel-Domains verwalten
• nächster Domain Name Server in eigener Domain
-
Fragt den DNSDNS-Server für die TopTop-LevelLevel-Domains
• Primary Name Server (DNS(DNS-Server) der TopTop-LevelLevel-Domains
-
Liefert die IPIP-Adresse des DNSDNS-Servers der Domain „fu
„fu--berlin.de“
berlin.de“
• nächster Domain Name Server in eigener Domain
-
Fragt den DNSDNS-Server der Domain „fu
„fu--berlin.de“
berlin.de“
• DNSDNS-Server der Domain „fu
„fu--berlin.de“
berlin.de“
-
Liefert die IPIP-Nummer des Servers „ www.fuwww.fu-berlin.de“
berlin.de“
• nächster Domain Name Server in eigener Domain
-
Liefert die IPIP-Nummer des Servers „ www.fuwww.fu-berlin.de“
berlin.de“ an den Client
4. IP - Adressen
4. IP-Adressen
• Grundsätzliche Funktionsweise des Internets:
- Trennung in das Æ physikalische Netzwerk
- und in das
Æ 'virtuelle' / 'abstrahierte' Netzwerk
• Das virtuelle Netzwerk basiert auf der IP-Software
(Internet-Protocol) und verbirgt physikalische Details
- Wahl der Adressierung, der Paketformate und Übertragungstechniken
• Adressierung als wichtige Komponente der
Internetabstraktion
• Alle Hostrechner verwenden ein weltweit einheitliches
Adressierschema, das unabhängig ist von den zugrunde
liegenden Hardwareadressen
Æ Illusion eines großen nahtlosen Netzwerks
4. IP-Adressen
• Die Adressierung im Internet wird durch den IPStandard festgelegt
• Jedem kommunizierenden Rechner (einem Host) wird
eine eindeutige 32 Bit lange Nummer – die IP-Adresse
zugewiesen
Æ z.B. '141 . 61 . 51 . 163'
jeweils 8 Bit, und damit Zahlen von 0 – 255 möglich sind
4. IP-Adressen
IP – Adresshierarchie
- eine IP-Adresse besteht aus zwei Teilen:
- Æ aus einem sog. Präfix (Netzklasse-Identifikation)
- Æ und aus einem sog Suffix (Identifikation des Hosts / Computers)
Präfix
Suffix
– hier z.B. ein Klasse B Netz
4. IP-Adressen
IP – Adressklassen
• Das Zusammenspiel zwischen der Anzahl der Bits für
den Präfix (Netzwerknumer) und den Suffix
(Hostnummer / Computernummer)
- je mehr Bits/Bytes für den Präfix, desto mehr Netze einer bestimmten
Klasse können gebildet werden
- je mehr Bits/Bytes für den Suffix, desto mehr Rechner können in
einem Netzwerk angeschlossen werden
0 – 255
0 – 255
Präfixbereich
0 – 255
0-255
Suffixbereich
4. IP-Adressen
IP – Adressklassen
• Das Internet stellt eine Mischung aus großen und
kleinen physischen Netzwerken
• Das ursprüngliche Schema – Classful IP Adressing –
unterteilt den IP-Adressraum in 3 primäre
Adressklassen:
Klasse A
0 - 127
Klasse B
128 -191
0 - 255
Klasse C
192 - 223
0 - 255
Klasse D
224 - 239
Multicast-Adresse
Klasse E
224 - 239
Für künftige Nutzung reserviert
0 - 255
4. IP-Adressen
... IP – Adressklassen
• Anzahl der Netzwerke bestimmter Klassen und deren
zugehörige Anzahl der Hosts
128 Netzwerke - 16.777.216 Hosts max.
16.384 Netzwerke - 65.536 Hosts max.
2.097.152 Netzwerke - 256 Hosts
4. IP-Adressen
Zuständigkeit für die Adressenvergabe
• die Unternehmen bekommen ihre IP-Adressen von den
Internet-Service-Providern (ISP)
• die ISPs koordinieren die IP-Adressenvergabe mit der
Intenet Assigned Number Authority Organosation in den
USA
5. Domain Name Service
5. DNS
• Abbildung der IP-Adressen auf menschlich
verständliche, symbolische Namen, z.B.:
- 141.61.51.163 Æ robertst@tfh-berlin.de
• Die Übersetzung der symbolischen Namen in IPAdressen übernehmen die sog. Namensserver und das
Domain Name Service
5. DNS
Namensarchitektur und –Zusammensetzung
Æ z.B.: www.zrz.informatik.tu-berlin.de
Abteilung
Rechner
Organisation
Abteilung
Landeskennung
(Top-Level Domain)
Domain-Namen werden beantragt:
in Deutschland beim DE-NIC (Deutscher Network
Information Center)
weltweite Organisation: ICANN (Internet Corporation for
Assigned Names und Numbers)
5. DNS
Domain-Bezeichnungen
• Top-Level Domains
- geografisch / Landescodes Æ z.B.: de, au, uk, dk, nl ...
- thematisch
•
•
•
•
•
•
.com
.edu
.gov
.mil
.net
.org
Komerzielle Unternehmen
Lehranstalten
Regierungsbehörden
militärische Einrichtungen
Netzbetreiber und –Anbieter
Organisationen z.B.: W3C.org
W3C.org
• Mischung der Top-Level Domains auch möglich
- z.B.: www.super-music.com.uk
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