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1 Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Informations- und Kommunikationssysteme
Kapitel 2.1 Einführung
Acknowledgement: Folien angelehnt an J.F. Kurose and K.W. Ross
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Kapitel 2.1: Einführung
Unser Ziel: • Vermittlung von „Gefühl“
und Terminologie • Details später in der
Vorlesung • Ansatz:
• Komponenten des Internet als Beispiel
Überblick: • Was ist das Internet? • Was ist ein Protokoll? • Network Edge • Network Core • Access Network, Physischer
Zugriff • Internet/ISP Struktur • Performanz: Verlust, Verzögerung • Protokollschichten, Dienstmodell
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Kapitel 2.1: Roadmap
1.1 Was ist das Internet? 1.2 Network Edge 1.3 Network Core 1.4 Access Network, Physischer Zugriff 1.5 Internet Struktur und ISP 1.6 Verzögerung & Verlust in paketvermittelnden Netzen 1.7 Protokollschichten, Dienstmodell
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Was ist das Internet: Übersicht
• Millionen vernetzter Systeme: • Hosts = Endsysteme
• Führen Netzwerkanwendungen aus
• Kommunikationsverbindungen • Glasfaser (Fiber), Kupfer-,
Funk-, Satellitenverbindungen • Übertragungsrate = Bandbreite
• Router • Leiten Pakete (Datenblöcke)
weiter • Organisieren Weiterleitung • Von Internet Service Providern
(ISP) betrieben
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
lokaler ISP
Firmen- netzwerk
regionaler ISP
Router Arbeitsstation Server
Laptop
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• Protokolle kontrollieren Senden und Empfang von Nachrichten
• e.g., TCP, IP, HTTP, SMTP, PPP • Internet: “network of networks”
• Teilweise hierarchisch • Unterscheidung: Öffentliches
Internet vs. private Intranets
• Internet Standards • RFC: Request for Comments • Von der IETF: Internet
Engineering Task Force
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Was ist das Internet: Übersicht
lokaler ISP
Firmen- netzwerk
regionaler ISP
Router Arbeitsstation Server
Laptop
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Was ist das Internet: Dienstsicht
• Kommunikationsinfrastruktur ermöglicht verteilte Anwendungen:
• Web, E-Mail, Online-Spiele, Business Software, File Sharing
• Kommunikationsdienste für die Anwendungen:
• Verbindungslos, unverlässlich • Verbindungsorientiert,
verlässlich
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Was ist ein Protokoll?
Protokolle bei Menschen: • “Wie spät ist es?” • “Darf ich stören?” • Vorstellen
• Es werden: … spezifizierte Nachrichten
gesendet … spezifizierte Aktionen
ausgelöst wenn Nachrichten erhalten werden (oder bei anderen Ereignissen)
Netzwerkprotokolle: • Geräte sind keine Menschen • Alle Abläufe nach fest
definierten Vorgaben • Sämtliche Internet-
Kommunikation wird anhand von Protokollen durchgeführt
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Protokolle definieren das Format und die Reihenfolge von Nachrichten, die zwischen Netzwerkgeräten ausgetauscht werden, und dabei ausgelösten Aktionen.
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Was ist ein Protokoll?
Ein Vergleich zwischen Protokollen der Menschen und Computer:
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
F: Andere menschliche Protokolle?
Hi
Hi Wie spät ist es? 2:00
TCP connection req TCP connection response Get http://tu-ilmenau.de/telematik
<file> Zeit
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Kapitel 2.1: Roadmap
1.1 Was ist das Internet? 1.2 Network Edge 1.3 Network Core 1.4 Access Network, Physischer Zugriff 1.5 Internet Struktur und ISP 1.6 Verzögerung & Verlust in paketvermittelnden Netzen 1.7 Protokollschichten, Dienstmodell
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Ein genauerer Blick auf die Netzwerkstruktur:
• Network Edge: Anwendungen und Endsysteme
• Network Core: • Router, ISP • Network of networks
• Access Network, Physischer Zugriff: Verbindungen zwischen Kommunikationspartnern
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Der Rand des Netzes (Network Edge):
• Endsysteme (Hosts): • Führen Anwendungsprogramme aus • e.g. Web, E-Mail • Immer am Rand des Netzes
• Client/Server-Modell • Client Host fordert Dienste bei einem
“always-on” Server an • e.g. Web Browser/Server; E-Mail
Client/Server
• Peer-to-Peer-Modell: • minimale (oder gar keine) Nutzung
dedizierter Server • e.g. Bittorrent, Skype, …
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Network Edge: Verbindungsorientierte Dienste
Ziel: Datentransfer zwischen Endsystemen
• Handshaking: Einrichtung des
Datentransfers vor der eigentlichen Übertragung
• “Hallo”, “hallo zurück” im menschlichen Protokoll
• Einrichtung eines “Zustands” in den kommunizierenden Hosts
• TCP - Transmission Control Protocol
• Verbindungsorientierter Dienst im Internet
TCP [RFC 793] • Verlässlicher, geordneter Byte-
orientierter Datenstrom • Gegen Verlust: Bestätigungen und
Retransmissions • Flusskontrolle (Flow control):
• Sender überlastet Empfänger nicht • Staukontrolle (Congestion control):
• Senders “drosselt Senderate” wenn das Netz überlastet ist
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Network Edge: Verbindungsloser Dienst
Ziel: Datentransfer zwischen Endsystemen
(Im Prinzip also analog zu vorheriger Folie!)
• UDP - User Datagram Protocol [RFC 768]:
• Verbindungslos • Unverlässlicher Datentransfer • Keine Flusskontrolle • Keine Staukontrolle
App’s mit TCP: • HTTP (Web), FTP (File Transfer),
SSH (remote login), SMTP (E-Mail)
App’s mit UDP: • Multimedia Streaming, Internet-
Telefonie (live), DNS
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Kapitel 2.1: Roadmap
1.1 Was ist das Internet? 1.2 Network Edge 1.3 Network Core 1.4 Access Network, Physischer Zugriff 1.5 Internet Struktur und ISP 1.6 Verzögerung & Verlust in paketvermittelnden Netzen 1.7 Protokollschichten, Dienstmodell
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Der Kern des Netzes: Network Core
• Vermaschtes Netz von Routern • Fundamentale Frage: Wie werden
durch das Netz transportiert? • Leitungsvermittelt (circuit
switching): eine Leitung pro Anruf, wie im Telefonnetz
• Paketvermittelt (packet switching): Daten blockweise übermittelt
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Network Core: Leitungsvermittlung
• Ressourcen werden pro Verbindung Ende-zu-Ende reserviert
• i.e. Kommunikationsbandbreite, Switch-Kapazitäten
• Bei dedizierten Ressourcen: kein Aufteilung
• Immer: Leitungsähnliche, garantierte Performanz
• Aufbau von Verbindungen (call setup) benötigt!
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Network Core: Leitungsvermittlung
• Netzwerk Ressourcen (e.g., Bandbreite) wird in “Teile” zergliedert
• Teile werden Verbindungen zu geordnet
• Ressourcen-Teile sind inaktiv (idle) wenn sie trotz Reservierung nicht genutzt werden
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
! Zerteilen von Link-Bandbreite: ! Frequency Division ! Time Division ! ...
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Leitungsvermittlung: FDM und TDM
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
FDM (Frequency Division Multiplexing)
Frequenz
Zeit TDM (Time Division Multiplexing)
Frequenz
Zeit
4 Nutzer Beispiel:
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Leitungsvermittlung: TDM: Rechenbeispiel
• Wie lange dauert die Übertragung einer 80.000 Byte großen Datei von Host A zu Host B über ein leitungsvermitteltes Netzwerk?
• Alle Link haben eine Kommunikationsbandbreite von 1,920 Mbps. • Jeder Link nutzt TDM mit 30 Slots. • Der Verbindungsaufbau benötigt 500 ms.
Bitte tatsächlich ausrechnen!
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Network Core: Paketvermittlung
• Ende-zu-Ende Datenströme werden in Pakete zerteilt
• Pakete der Nutzer teilen Netzwerk Ressourcen
• Jedes Paket nutzt volle Link-Bandbreite
• Ressourcen nach Bedarf genutzt
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
! Wettbewerb um Ressourcen: ! Aggregierte Nachfrage kann
Angebot überschreiten ! Überlast (congestion): Pakete
in Warteschlange auf unbenutzten Link
! Store-and-Forward-Prinzip: Pakete werden zunächst nur an den nächsten Router weitergeleitet
! Router empfangen immer vollständiges Paket vor der Weiterleitung
Aufteilung der Bandbreite Dedizierte Vergabe von Ressourcen
Ressourcenreservierung
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Paketvermittlung: Store-and-Forward-Prinzip
• Es werden L/R Sekunden benötigt um ein Paket von L Bit über einen Link mit R Bps zu senden
• Jedes Paket muss vor der Weiterleitung vollständig in jedem Zwischenschritt rekonstruiert werden: Store and Forward
• Verzögerung im Bsp.-Netz = 3 L/R
Beispiel: • L = 7.5 Mb • R = 1.5 Mbps • Verzögerung = 15 sec
• F: Wie lange würde es im Fall von physischer Leitungsvermittlung dauern?
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
R R R L
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Paketvermittlung: Statistical Multiplexing
• Paketsequenz von A & B hat kein festes Muster ➨ Statistical Multiplexing.
• Unterschied zu TDM: Bei TDM hat jeder Host den gleichen Slot im wiederkehrenden Rahmen.
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
A
B
C 10 Mb/s Ethernet
1.5 Mb/s
D E
Statistical Multiplexing
Paketwarteschlange
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Paket- vs. Leitungsvermittlung
• 1 Mb/s Link • Jeder Nutzer:
• 100 Kb/s sobald “aktiv” • 10% der Zeit aktiv
• Leitungsvermittlung: • k=10 Nutzer
• Paketvermittlung: • Bei N=35 Nutzer, P(k > 10)
< 0.0004, also nahezu nie mehr als 10 Nutzer gleichzeitig
Vorteil: Paketvermittlung erlaubt mehr Nutzer!
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
N Nutzer 1 Mbps link
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Paketvermittlung: Weiterleitung
• Ziel: Pakete durch Router von der Quelle zum Ziel übermitteln • Anm.: Welcher Pfad gewählt wird bestimmen Routing-Algorithmen
(siehe Kapitel 2.4)
• Datagram Network: • Zieladresse (destination address) im Paket bestimmt nächsten Router • Routen verändern sich während einer Sitzung • Analogie: Autofahren und jedes Mal nach dem Weg fragen
• Virtual Circuit Network: • Jedes Paket besitzt einen Tag (virtual circuit ID) • Tag bestimmt nächsten Router • Pfad bei Sitzungsaufbau (call setup) bestimmt, bleibt dann gleich • Router halten Sitzungszustand aufrecht
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Taxonomie der Kommunikationsnetze
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Kommunikations- netze
Leitungs- vermittelnde
FDM TDM
Paket- vermittelnde
Netzwerke mit VCs
Datagram Networks
! Datagram Networks können trotzdem sowohl verbindungsorientierte als auch –lose Dienste anbieten!
! Internet bietet mit TCP und UDP beides an
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Paket- vs. Leitungsvermittlung
• Besonders geeignet bei diskontinuierlichem (bursty) Sendeverhalten
• Bessere Ressourcennutzung • Einfacher, ohne Verbindungsaufbau
• Bei Überlast: Paketverzögerung und -verlust • Protokolle zur sicheren Übertragung benötigt • Staukontrolle
• F: Wie kann Leitungsvermittlung nachgebildet werden? • i.e. für Bandbreitengarantien bei Audio/Video-Anwendungen • Immer noch ein ungelöstes Problem!
Paketvermittlung das bessere Paradigma?
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Kapitel 2.1: Roadmap
1.1 Was ist das Internet? 1.2 Network Edge 1.3 Network Core 1.4 Access Network, Physischer Zugriff 1.5 Internet Struktur und ISP 1.6 Verzögerung & Verlust in paketvermittelnden Netzen 1.7 Protokollschichten, Dienstmodell
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Access Network, Physischer Zugriff
F: Wie werden Endsysteme mit den Edge-Routern verbunden?
• Drahtgebunden über Telefon/DSL
• Institutionelle Access Networks (Schule, Firma, Behörde,…)
• Mobile Access Networks (GSM, UMTS, Satellit,…)
Zu berücksichtigen: • Bandbreite des Access
Network? • Latenz? • Gemeinsamer oder dedizierter
Kanal?
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Residential access: Punkt-zu-Punkt-Zugriff
• Einwahl über Modem • Maximal 56Kbps direkte Verbindung
zum Router (i.d.R. weniger) • Internet und Telefon nicht
gleichzeitig: “always on” nicht möglich
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
! ADSL: Asymmetric Digital Subscriber Line ! Bis zu 1 Mbps upstream (Typischerweise < 512 kbps) ! Bis zu 50 Mbps downstream (Typischerweise < 16 Mbps) ! FDM: 50 kHz - 1 MHz für downstream Daten 4 kHz - 50 kHz für upstream Daten 0 kHz - 4 kHz für Telefon
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Institutioneller Zugriff: Local Area Networks (LAN)
• Firma / Universität lokaler Area Network (LAN) verbindet Endsysteme mit Edge-Router
• Ethernet: • Gemeinsame oder dedizierte
Verbindung • 10 Mbps, 100Mbps, Gigabit,
10GE, … Ethernet • LANs: weiteres in Kapitel 5
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Wireless access networks
• Gemeinsames wireless access network • Verbindet Endsysteme und Router
• Über Basisstationen (Access Points) • Wireless LANs:
• 802.11b (WiFi): 11 Mbps • 802.11a/g : 54 Mbps • 802.11n: 300Mbps
• Wide-area wireless access • Von Telekommunikations-Providern • UMTS (3G) ~ 384 kbps • LTE ~ 100Mbps
• Wird zurzeit im Europäischen Markt erprobt
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Basis- station
Mobile Hosts
Router
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Heimnetze
Typische Komponenten in privaten Netzen:
• ADSL oder Kabelmodem • Router/Firewall/NAT • Ethernet • Wireless Access Point
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Wireless Access Point
Laptops
Router/ Firewall
Kabel- modem
Zum Provider
Ethernet
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Physische Medien
• Bit: wird zwischen Sender-und-Empfänger-Paaren propagiert
• Physischer Link: Material und Umgebung zwischen Transmitter & Empfänger
• Medien mit gerichteter Ausbreitung: • Signals werden in festen Medien
weitergeleitet: Kupfer, Glasfasern, Coaxial-Kabel
• Ungerichtete Ausbreitung: • Signale bewegen sich frei, e.g., Funk
Twisted Pair (TP) • Zwei isolierte Kupferkabel
• Kategorie 3: Traditionelle Telefonkabel, 10 Mbps Ethernet
• Kategorie 5: 100Mbps Ethernet
• Kategorie 5e & 6: Gigabit Ethernet
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Physische Medien: Coaxial-Kabel, Glasfasern
Coaxial-Kabel: • Zwei konzentrische
Kupferadern • Oft auch bidirektional • Baseband:
• Ein Kanal pro Kabel • Ursprüngliches Ethernet
• Broadband: • Mehrere Kanäle pro Kabel • HFC (Hybrid Fiber Coax)
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Glasfaserkabel: ! Glassfasern transportieren Licht-
impulse, i.d.R. ein Bit/Puls ! Sehr schnelle Punkt-zu-Punkt-
Übertragung (e.g., > 10Gbps) ! Geringe Fehlerrate ! Großer Repeaterabstand ! Immun in Bezug auf
elektromagnetische Effekte
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Physische Medien: Funk
• Signal über elektromagnetische Impulse übermittelt
• Keine physische Verbindung • In der Regel bidirektional • Umwelteinflüsse:
• Reflektion • Abschattung durch Objekte • Interferenz • …
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Typen von Funk-Links: ! Gerichtete Mikrowelle & 60-
Gigahertz-Links ! e.g. bis zu 2,5Gbps
! LAN (e.g., WiFi) ! 2 … 300 Mbps
! Wide-area (e.g., Mobilfunk) ! e.g. 3G: Hunderte von kbps
! Satellit ! bis zu 50Mbps pro Kanal ! 270ms Ende-zu-Ende-
Verzögerung ! Geostationär- vs. geringere
Höhen
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Kapitel 2.1: Roadmap
1.1 Was ist das Internet? 1.2 Network Edge 1.3 Network Core 1.4 Access Network, Physischer Zugriff 1.5 Internet: Struktur und ISP 1.6 Verzögerung & Verlust in paketvermittelnden Netzen 1.7 Protokollschichten, Dienstmodell
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Struktur des Internet: Netzwerk von Netzwerken
• Annähernd Hierarchisch • Im Zentrum: “Tier-1” ISP (e.g., T-Online, Verizon, AT&T), Nationale und internationale Verbindungen
• Behandeln sich vertraglich als ebenbürtig
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier-1 Provider verbinden sich (peering) privat
NAP
Tier-1 Provider verbinden sich tw. auch an öffentlichen Network Access Points (NAPs)
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Struktur des Internet: Netzwerk von Netzwerken
• “Tier-2” ISP: kleinere (regionale) ISP • Verbunden mit einem oder mehreren Tier-1 ISP und zu anderen Tier-2
ISP (e.g. 1&1)
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
NAP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISP
! Tier-2 ISP bezahlen Tier-1 ISP für Internet Konnektivität
! Tier-2 ISP sind Kunden der Tier-1 Provider
Tier-2 ISP vernetzen sich über private Verbindungen und über NAP
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Struktur des Internet: Netzwerk von Netzwerken
• “Tier-3” ISP und lokale ISP • Letztes Netz vor dem Endsystem, daher “access network”
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
NAP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISP
lokaler ISP lokaler
ISP lokaler
ISP
lokaler ISP
lokaler ISP Tier 3
ISP
lokaler ISP
lokaler ISP
lokaler ISP
! Lokale und Tier- 3 ISP sind Kunden anderer ISP
! Nutzen i.d.R. exklusive Verbindung um mit dem Internet zu kommunizieren
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Struktur des Internet: Netzwerk von Netzwerken
• Pakete traversieren eine ganze Reihe von Netzen!
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
Tier 1 ISP
NAP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP
Tier-2 ISP Tier-2 ISP Tier-2 ISP
lokaler ISP lokaler
ISP lokaler
ISP
lokaler ISP
lokaler ISP Tier 3
ISP
lokaler ISP
lokaler ISP
lokaler ISP
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Kapitel 2.1: Roadmap
1.1 Was ist das Internet? 1.2 Network Edge 1.3 Network Core 1.4 Access Network, Physischer Zugriff 1.5 Internet Struktur und ISP 1.6 Verzögerung & Verlust in paketvermittelnden Netzen 1.7 Protokollschichten, Dienstmodell
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Gründe für Verlust und Verzögerung
Paketwarteschlangen in Routern • Ankunftsrate der Pakete höher als Kapazität des ausgehenden Links • Pakete warten in Reihenfolge auf Abarbeitung
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
A
B
Paket wird gesendet (Verzögerung)
Paketwarteschlange (Verzögerung)
Freie Warteplätze für eingehende Pakete Verworfen wenn kein freie Puffer (Verlust)
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Die vier Quellen der Verzögerung
1. Knotenverarbeitung: ! Fehlerprüfung (bit errors) ! Ermittlung des
ausgehenden Links
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
A
B
Ausbreitung Übertragung
Knoten- verarbeitung Warteschlange
2. Warteschlange ! Zeit die gewartet wird bis
ausgehender Link benutzbar ist
! Hängt von der Auslastung des Routers ab (congestion)
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Die vier Quellen der Verzögerung
3. Übertragungsverzögerung: • R = Link Bandbreite (bps) • L = Paket Länge (bits) • Zeit um Bits auf Link zu
geben = L / R
4. Ausbreitungsverzögerung: • d = Länge des physischen Link • s = Ausbreitungsgeschwindig-
keit im Medium (~2x108 m/s) • Ausbreitungsverzögerung = d / s
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
A
B
Ausbreitung Übertragung
Warteschlange
Anm.: s und R/L können extrem von einander abweichen!
Knoten- verarbeitung
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Analogie zum Autokonvoi
• Auto � Bit; Konvoi � Paket • Autos “breiten sich mit 100km/h
aus” • Zollstationen benötigen 30s ein
Auto abzufertigen (Übertragungsverzögerung)
• F: Wann ist der gesamte Konvoi an der zweiten Zollstation?
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Zoll- station
Zoll- station
Autokonvoi (10 Fahrzeuge)
100 km 100 km
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Analogie zum Autokonvoi (II)
• Autos breiten sich mit 1000km/h aus
• Zollstation benötigt 5 min um ein Auto zu bearbeiten
• F: Werden Autos an der zweiten Zollstation ankommen bevor alle an der ersten abgefertigt wurden?
• Ja! Nach 11 min, ist das erste Auto an der zweiten Station und 8 Autos sind an der ersten Station.
• Die ersten Bits können ankommen, bevor das Gesamtpaket auf dem Link ist!
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Zoll- station
Zoll- station
Autokonvoi (10 Fahrzeuge)
100 km 100 km
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Verzögerung pro Knoten
• dproc = Verarbeitungsverzögerung • Typischerweise kleiner einiger Mikrosekunden
• dqueue = Warteschlangenverzögerung • Abhängig von der Auslastung
• dtrans = Übertragungsverzögerung • = L/R, Vergleichsweise hoch für Links mit geringer Bandbreite
• dprop = Ausbreitungsverzögerung • Je nach Link zwischen Mikrosekunden bis zu wenigen Sekunden
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
dnodal = dproc + dqueue + dtrans + dprop
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Die “reale” Verzögerung im Internet
• Wie sieht eigentlich die Verzögerung im Netz wirklich aus? • Traceroute: Misst Verzögerung von Quelle zum Ziel sowie aller Router
auf dem Pfad • Für alle Router i:
• Sende drei Pakete zu Router i auf dem Weg zum Ziel-Host • Router i antwortet den Paketen zum Sender • Sender misst Intervall zwischen Senden und Empfangen.
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
3 Tests
3 Tests
3 Tests
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Die “reale” Verzögerung im Internet
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
traceroute to maxdome.de (217.72.205.89), 64 hops max, 52 byte packets 1 gw-prakinf.net.tu-ilmenau.de (141.24.35.254) 0.686 ms 0.302 ms 0.296 ms 2 xr-ilm1-te1-3.x-win.dfn.de (188.1.238.1) 0.648 ms 0.515 ms 0.593 ms 3 zr-erl1-te0-0-0-3.x-win.dfn.de (188.1.144.198) 3.225 ms 3.020 ms 3.007 ms 4 zr-fra1-te0-7-0-4.x-win.dfn.de (188.1.145.198) 7.600 ms 8.363 ms 6.941 ms 5 ge-3-20.bb-d.fra3.fra.de.oneandone.net (212.227.112.37) 6.910 ms 6.767 ms 6.740 ms 6 te-2-3.bb-d.bs.kae.de.oneandone.net (212.227.120.29) 10.018 ms 9.905 ms 9.936 ms 7 ae-4.gw-diste.bs.kae.de.oneandone.net (212.227.121.194) 9.762 ms 9.760 ms 9.730 ms 8 typo.mxd.web.de (217.72.205.89) 9.878 ms 9.872 ms 10.347 ms
traceroute maxdome.de Drei Messungen zu maxdome.de
Ausgabe:
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Paketverluste
• Gründe für Paketverlust • Paket-Header beschädigt während des Transports (e.g. Bitkipper)
• Wenn Router dies detektieren wird das Paket verworfen • Warteschlange hat endliche Kapazität
• Wenn ein Paket ankommt und die Warteschlange voll ist, wird es verworfen
• Reaktionen auf Paketverlust • Verlorenen Pakete können erneut übermittelt werden:
• Vom vorherigen Knoten oder • Von der Quelle
• Es kann aber auch darauf verzichtet werden (e.g. bei Multimedia-Daten)
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Kapitel 2.1: Roadmap
1.1 Was ist das Internet? 1.2 Network Edge 1.3 Network Core 1.4 Access Network, Physischer Zugriff 1.5 Internet Struktur und ISP 1.6 Verzögerung & Verlust in paketvermittelnden Netzen 1.7 Protokollschichten, Dienstmodell
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Protokollschichten
Netzwerke sind komplex! • Viele “Teile”:
• Hosts • Router • Links verschiedener
Typen • Anwendungen • Protokolle • Hardware, Software
Frage: Wie können Netze strukturiert
werden?
Oder wie kann man zumindest die Diskussion und Lehre
strukturieren?
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
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Analogie: Stationen bei Flügen
• Geordnete Reihenfolge von Schritten
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Ticket (Verkauf) Gepäck (Aufgabe) Gate (Beladen) Piste (Abheben) Flugzeug leiten
Ticket (Beschwerden) Gepäck (Abholung) Gate (Entladen) Piste (Landen) Flugzeug leiten
Flugzeug leiten
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Schichten beim Flugverkehr
Schichten: jede Schicht stellt einen Dienst bereit • Jede über diese Schicht beschränkte Aktionen • Jeder Dienst hängt von den Schichten darunter ab
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Abflughafen Flugkontrollzentren
Schalter
Gepäck
Gate
Piste
Verkehrsleitung
Zielflughafen
Verkauf Aufgabe
Beladen
Abheben
Leiten Leiten Leiten
Beschwerden Abholung
Entladen
Landen
Leiten
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Der Internet Protokoll-Stack
• Anwendungsschicht: Netzwerkanwendungen • FTP, SMTP, HTTP
• Transportschicht: Ende-zu-Ende-Übertragung • TCP, UDP
• Netzwerkschicht: Weiterleitung von Paketen von der Quelle zum Ziel
• IP, Routing Protokolle • Datensicherungsschicht: Datentransfer
zwischen benachbarten Netzwerkelementen • PPP, Ethernet, WLAN
• Bitübertragungsschicht: Überträgt Bits “über den Draht”
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Anwendungs-
Transport-
Netzwerk-
Datensicherungs-
Bitübertragungs-
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Kapselung
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Nachricht Segment
Datagram Rahmen
Quelle application transport network
link physical
Ht Hn Hl M
Ht Hn M
Ht M
M
Ziel
application transport network
link physical
Ht Hn Hl M
Ht Hn M
Ht M
M
network link
physical
link physical
Ht Hn Hl M
Ht Hn M
Ht Hn Hl M
Ht Hn M
Ht Hn Hl M Ht Hn Hl M
Router
Switch
57
Einführung: Zusammenfassung
Verschiedenste Themen behandelt: • Überblick über Internet • Was ist ein Protokoll? • Network Edge, Core, Access
Network • Paket- und
Leitungsvermittlung • Internet/ISP Struktur • Paketverlust und -verzögerung • Schichten- und Dienstmodell
Ziel war es: • Kontext, Überblick und
“Gefühl” für Kommunikationsnetzen zu bekommen
• Details folgen jetzt!
Informations- und Kommunikationssysteme (SS 2014): 01 - Einführung
Recommended