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Kommunikationsunterstützung:
Elementare Kommunikationstechniken
Kooperationsformen in verteilten Systemen
Kooperationsformen:
Benutzer- / Anwendungsebene - zwischen Organisationseinheiten, Menschen,... - z.B. Anfrage, Antwort, Auftrag, Mitteilung, Broadcast...
Kommunikationsformen (Kommunikationsmodell):
• verwendet zwischen Netzknoten, Rechnern, Prozessen, Anwendungen, ...• Alternativen: - Nachrichten,
- Prozeduraufrufe, - gemeinsam zugänglicher Speicherbereich (physisch/logisch)- ...
Kommunikationstechniken in verteilten Systemen
Kommunikationstechniken (generell):• Techniken zur Realisierung der Kommunikationsanforderungen• Alternativen: - Nachrichten versenden oder
- (physisch) gemeinsamen Speicher nutzen
Kommunikationstechniken (verteilte Umgebung):• kein (physisch) gemeinsamer Speicher vorhanden,
deshalb (physisch) immer nur Nachrichten versenden• aber: es gibt viele verschiedenen Arten, dies zu tun, und derartige Funktionen
den BenutzerInnen anzubieten
Zwischen allen Abstraktionsebenen:Implementierung der abstrakten Konzepte einer Ebene erfolgt immer durch konkrete Techniken der darunter liegenden Ebene!
Basis: Kommunikationstechnologie
Neuere Entwicklungen der Netzwerktechnologie (u.a.):• Kupfer --> Glasfaser --> Wireless• getrennte Netze für einzelne Dienst --> integrierte Netze / QOS• Volumen des Datenverkehrs übertrifft das der Sprachübertragung (VoIP: nur Daten!)• ...
Firma A“Internet”
Firma B
Teilelieferanten
“Intranet”
“Extranet”Kommunikationsstandards !!!
intranet
ISP
desktop computer:
backbone
satellite link
server:network link:
A typical portion of the Internet
[Coulouris/Dollimore/Kindberg: Figure 1.1 ff.]
vsis inf min uni hh ws 13_14 VIS-1 Komm-5
A typical intranet
VIS-1 Komm-6vsis inf min uni hh ws 13_14
Portable and handheld devices in a distributed system
VIS-1 Komm-7vsis inf min uni hh ws 13_14
Web servers and web browsers
Internet
Browsers
Web servers
www.google.com
www.w3c.org
standards
faq.html
File system ofwww.w3c.org
VIS-1 Komm-8
www.cdk5.net
http://www.google.comlsearch?q=obama
http://www.cdk5.net/
http://www.w3.org/standards/faq.html#conformance
vsis inf min uni hh ws 13_14
Computers vs. Web servers in the Internet
VIS-1 Komm-9
Date Computers Web servers Percentage
1993, July 1,776,000 130 0.008
1995, July 6,642,000 23,500 0.41997, July 19,540,000 1,203,096 61999, July 56,218,000 6,598,697 122001, July 125,888,197 31,299,592 25
42,298,3712003, July
2005, July
~200,000,000
353,284,187 67,571,581
21
19
[C/D/K/B12]
vsis inf min uni hh ws 13_14
Kommunikationstechniken:Grundlegende Netzdienste und -technologien
• Telefon, Telex, Telefax, ...• E-Mail, Btx, ..., Kabel-TV, Video-on-Demand...• Zugriff auf Dateien, Rechner, Datenbanken ...• Datex-L / -P / -J, 'Corporate Networks', ...• SMDS (Switched Multimegabit Data Service): Datex-M
Netzdienste:
• WANs: Fernsprechnetz (!), Miet- / Standleitungen,• öffentliche (z.B.Paket-) Vermittlungsnetze (wie Datex-P),• dienstintegrierende Netze (wie ISDN)
Kommunikationstechnologien:
• LANs: Ethernet, Token Ring, Token Bus, ...
• MANs: B-ISDN, FDDI, DQDB, ... ---> INTEGRATION (!?!):
Hochgeschwindigkeitskommunikation mit ATM (Asynchronous Transfer Mode)
• Wireless...: ...WLANs, ...WANs ---> GSM/GPRS/UMTS, IR, Bluetooth,...
Kommunikationstechniken:Netztopologien
Stern: Ring: vollst. vermascht:
Baum (Hierarchie):teilw. vermascht:Bus:
Anforderungen an die Kommunikationstechnik
Performanzkriterien:
Verzögerung ('Latency') [ sek ] : - abh. von Netzausdehnung (Distanz)
Datenübertragungszeit [ sek ] :
= Verzögerung [ sek ] + Datenmenge [ # Bits ] / Bandbreite [ # Bits / sek ]
Bandbreite ('Bandwidth' od. 'Data Transfer Rate') [ # Bits / sek ] ̶ auch: „Datenübertragsrate“ : übertragbares Datenvolumen pro Zeiteinheit
Zuverlässigkeitskriterien:
Garantie über maximal mögliche Datenverlust- od. -fehlerrate [ 10 -n ]
Unterschiedliche Anforderungen - je nach Daten- bzw. Dienstart
---> "Quality of Service" (QoS) - Parameter
Arten von Netzwerkennach: [Coulouris/Dollimore/Kindberg, Pearson Education, 5. Auflage, 2012]
Kommunikationsnetze: Hardware
A) Übertragungsleistung früher (ca. 1990) :
Netztyp Ausdehnung Verzögerung Bandweite 1 KB?
Cluster 100 m 0,5 µs 1 Gbit/s 10 µsLAN 1 km 5 µs 10 Mbit/s 1 msMAN 100 km 0,5 ms 1 Mbit/s 10 msWAN 10 000 km 50 ms 50 Kbit/s 210 ms
B) Übertragungsleistung ab ca. 2000 :Netztyp Ausdehnung Verzögerung Bandweite 1 KB?
Cluster 100 m 0,5 µs 1-10 Gbit/s 5 µsLAN 1 km 5 µs 1-10 Gbit/s 10 µsMAN 100 km 0,5 ms 100 Mbit/s 0,6 msWAN 10 000 km 50 ms 100 Mbit/s 50 ms
Distanz # BitsÜbertragungszeit = ------------- + ---------------- [sek]
Cm Bandweite
Annahmen:Cm = ca. 300 Mio m/sek
Latency = ca. Distanz / Cm
nach: [Gray/Reuter: 'Transaction Pro-cessing', Morgan Kaufman Pub., 1993]
Lokale Netze (LAN): IEEE-Standards
• direkte Übertragung von Nachrichten ohne Zwischenspeicherung
• hohe Übertragungsrate (bis zu 16/100/1000/10000 Mbit/s)
• Broadcast-Kommunikation - relativ zuverlässig
• Basis: IEEE-Standards 802.x: Higher Layer Interfaces (IEEE 802.1)
Logical Link Control (LLC, IEEE 802.2)
• Beispiele:
+ MANs: DQDB + FDDI(IEEE 802.6)
+ Broadband (IEEE 802.7)
Ethernet - CSMA/CD (IEEE 802.3)Token Bus (IEEE 802.4)Token Ring (IEEE 802.5)...Wireless LAN (IEEE 802.11), …Personal Area Networks (IEEE 802.15)WIMAX (IEEE 802.16)…
802.2 LLC
MAC802.3 802.4 802.5 802.6 ...
IEEE Stan-dards für ISO/OSILayer 2
802.1
------------------- Media Access Control, MAC --------------------
802.7 802.11 802.16...
IEEE 802 Netzwerk-Standards
IEEE No. Name Title Reference802.3 Ethernet CSMA/CD Networks (Ethernet) [IEEE 1985a]
802.4 Token Bus Networks [IEEE 1985b]802.5 Token Ring Networks [IEEE 1985c]802.6 Metropolitan Area Networks [IEEE 1994]
802.11 WiFi Wireless Local Area Networks [IEEE 1999]
802.15.1 Bluetooth Wireless Personal Area Networks [IEEE 2002]802.15.4 ZigBee Wireless Sensor Networks [IEEE 2003]802.16 WiMAX Wireless Metropolitan Area Networks [IEEE 2004a]802.17 Resilient Package Ring802.18 Radio Regulatory802.19 Wireless Coexistence802.20 Mobile Broadband Wireless Access
[IEEE 2012][IEEE 2011]WRAN
Virtuelle Netztopologien
Monitor-station
Repeater /Hubs (L 1)
+ Bridges /Switches (L 2)
+ Router (L 3)
+ Gateways (L 4+)
Bus Ring
Beispiel: 'Ethernet'
• entwickelt am Xerox PARC, 1973
• Bus-Netzwerk
• Paket-Layout:
• Zugriffsmethode: Carrier Sense with Multiple Access and Collision Detection (CSMA/CD)
• keine Längenangabe der Daten! (Dafür 9,6 µsec Pause nach jedem Paket)
• Übertragungsrate zunächst ca. 10 Mbit/s - Fast Ethernet:100 Mbit/s, 1, 10 Gbit/s…
Zieladresse Absenderadresse Typ Daten Checksum
6 6 2 46 - 1,5k 4 Bytes
(IEEE 802.3)
Ethernet: Entwicklungsstufen
10Base5 10BaseT 100BaseT 1000BaseT
Data rate 10 Mbps 10 Mbps 100 Mbps 1000 Mbps
Max. segment lengths:
Twisted wire (UTP) 100 m 100 m 100 m 25 m
Coaxial cable (STP) 500 m 500 m 500 m 25 m
Multi-mode fibre 2000 m 2000 m 500 m 500 m
Mono-mode fibre 25000 m 25000 m 20000 m 2000 m
CSMA/CDCarrier Sense
Multiple Access
Collision Detection
unfair !
Beispiel: 'Cambridge Ring'
• entwickelt an der Cambridge University, 1970
• unidirektionaler Ring
• Paket-Layout:
• Zugriffsmethode: slotted ring
• Übertragungsrate 10 Mbit/s
• Monitor-Station
preamble full/empty monitor source destinat. data responsebit bit bit adr. adr. (16 Bits) bit
1 1 1 8 8 16 2 bits
fair !
freight-train
Beispiel: 'Token Ring'
Token receiver sender data checksum end_delimiter frame status
• entwickelt bei IBM, 1977
• unidirektionaler Ring
• Paket-Layout:
• Zugriffsmethode: Token
• Übertragungsrate zunächst ca. 4-16 Mbit/s (später auch 100 Mbit/s etc.)
• Monitor-Station
starting access framedelimiter control control
3 6 6 - 5 k 4 1 1 Bytes
(IEEE 802.5)
„faires“ Protokoll !
Beispiel:„Token-Ring“-Proto-
koll
D
C
B
A
Tokenfrei
D
C
B
A
Tokenbelegt
Daten Datenkopiert
D
C
B
A
Tokenfrei
DatenD
C
B
A
Ethernet vs. Token Ring
- keine Monitorstation nötig
- keine Repeater an jeder Station nötig
- relativ lange Nachrichten
- unbestimmte Länge des Rings
- Erhöhung der Übertragungsratebis zu 100 MBit/sek möglich
annähernd gleiche Leistungsfähigkeit und Einsatz in der Praxis
fair !unfair !
Netzwerkebene: Alternative Übertragungstechniken
A) Paketvermittlung
B) Nachrichtenvermittlung
C) Leitungsvermittlung
- Aufteilung der Nachricht in Pakete fester Länge- unabhängige Wegewahl- Protokolle für Reihenfolge, Fehler ...
- Versenden von Nachrichten- Zusammensetzen der Nachricht an jedem Knoten- relativ zuverlässig
- Verbindungsaufbau, exklusive Nutzung der Verbindung- danach effiziente Übertragung
eher für kurze Nachrichten im WAN geeignet
eher für lokale Netze
eher für lange Nachrichten effizient
'End-to-end'-Verzögerung bei lokalen / Weitverkehrsnetzen
A B C A B C A B C
Paketvermittlung Nachrichten-vermittlung Leitungsvermittlung
Zeit
Weitverkehrsnetze (WAN)
Host
Packet SwitchingExchange (PSE)
• „store and forward“-Kommunikation
• relativ geringe Übertragungsrate (früher z.B. nur 2 bis 10 kbit/s)
• Pakete können z.B. verloren, dupliziert, verändert werden und dieReihenfolge kann vertauscht werden
Interface Message Processor (IMP)
Frühes Beispiel: ‚ARPA-Net‘ --> Internet
(zunächst) weniger zuverlässige Übertragung
Kontinuierliche Datenübertragung: Streams
Sitzungskontext: gemeinsame Vereinbarung über KontextÜbertragungsarten: - asynchron
- synchron- isochron
Quality of Service: flow/line specific
sending process
Program
receiving process
Program
OS OSStream
Network
DB
vsis inf min uni hh ws 13_14 VIS-1 Komm-28
Hardware/Software-Abstraktionsebenen
Protokoll = Regeln zur Kommunikation zwischen Software-Modulen verschiede-ner Rechner derselben Ebene (Reihenfolgen+Nachrichtenformate)
Dienst = untere Ebenen bieten den oberen einen Dienst an
Software-Aufbau:
2.1 2.2 2.3
1.1 1.2 1.3
Inter- / Intra-Ebenen- (i.e. Prozess-) Kommunikation
a) Intra-Ebenen: zuverlässig, 'Peer-to-peer'-Protokoll
b) Inter-Ebenen: 'aktive'/'passive' Komponenten, 'Up'/down'-Aufrufe,prozedural, 'Remote Procedure Call'
... ... ...
Geschichtete Kommunikationsprotokolle
Layer n
Layer 2
Layer 1
Message sent Message received
phys. communi-cation medium
Sender Recipient
Protokollaufbau nach dem ISO/OSI-Referenzmodell
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical
Message sent Message received
Sender Recipient
Layers
phys. communi-cation medium
Kommunikationsnachrichten: geschachtelter Aufbau
Presentation header
Application-layer message
Session header
Transport header
Network header
Beispiel für SW-Abstraktion: ISO/OSI-Referenzmodellfür die Kommunikation in heterogenen verteilten Systemen
Knoten A Knoten B
‘Store-andforward’-Knoten
Anwendungsschicht
Darstellungsschicht
Kommunikations-steuerungsschicht
Transportschicht
Vermittlungsschicht
Sicherungsschicht
physikalische Schicht
Anwendungsschicht
Darstellungsschicht
Kommunikations-steuerungsschicht
Transportschicht
Vermittlungsschicht
Sicherungsschicht
physikalische Schicht
Vermittlungsschicht
Sicherungsschicht
physikalische Schicht
Host HostPSE (Packet Switching Ex-change)
ISO/OSI-Anwendungs-schicht: klassisches Modell
• Unterstützung der Kommunikation von Anwendungsprozessen
• allgemeine Dienstelemente (CASE)
• höhere Dienstelemente (SASE)
• sonstige:
- Association Control (ACSE)- Commitment, Concurrency and Recovery (CCR)- (Distributed) Transaction Processing (TP)- Remote Operation Service (ROSE)
- File Transfer Access Module (FTAM)- Virtual Terminal (VTP)- Remote Database Access (RDA)
ASE: Application Service Element
- Naming/ Directory- Time Service- Transaction Management- Security- HTTP, FTP, SMTP, CORBA IIOP, ...
ISO/OSI-Darstellungsschicht
• abstrakte Syntax
+ Kodierungsregeln
=> konkrete Transfersyntax
-> Menge aller (abstrakt) vereinbarten Typdefinitionen
-> ISO/OSI-Bsp.: ASN.1
-> Regeln zur Kodierung der Daten
-> ISO/OSI-Bsp.: Basic Encoding Rules
= abstrakte Transfersyntax + 'Basic Encoding Rules'
kodiert auszutauschende Daten gemäß einer vereinbarten Syntax
+ Secure Sockets (SSL), CORBA Data Representation, ...
ISO/OSI-Transportschicht• Bereitstellung eines vom Netzwerk unabhängigen Transportdienstes
zwischen Paaren von Ports / Prozessen
• Aufgaben:
• Fehlererkennung / - korrektur:
- Aushandeln einer Transportklasse(Zuverlässigkeit, verbindungsorientiert/-los, Effizienz, ...)
- meist verbindungsorientierte Übertragung- Segmentierung der Nachrichten in Pakete- Sequenznummer für Pakete
Klassen 0 - 4
ISO/OSI- Kommunikationssteuerungsschicht• Synchronisation zweier Partnerinstanzen (half/full duplex)• Management virtueller Verbindungen - Verbindungsauf- und Abbau
- Datentransfer- Dialogkontrolle mittels Token- Synchronisation des Datenflusses
+ TCP, UDP (s.u.)
ISO/OSI-Vermittlungsschicht• transportiert Pakete im Standardformat des Netzwerkesvom Absender- zum Empfängerknoten
• führt Routing durch• Beispiele: IP, ATM virtual circuits
ISO/OSI- Physikalische Schicht
ISO/OSI- Sicherungsschicht• fehlerfreie Übertragung zwischen direkt verbundenen Rechnern
• Mechanismen zur: - Fehlerbehandlung- Fehlererholung- Flusskontrolle
• Übertragung von Sequenzen von binären Daten durch analoge Signale
Logical Link Control (LLC)----------------------------------------Media Access Control (MAC)
LLC: IEEE - Standards 802.1/2MAC: IEEE - Standards 802.3/4/5/6, ...
---> IEEE - Standards 802.3/4/5/6...
Bsp.: Ethernet MAC, ATM cell transfer, PPP
Bsp.: Ethernet base band signalling, ISDN
Ziele des ISO/OSI-Modells• standardisierte Datenübertragung in heterogenen Weitverkehrsnetzen
• verbindungsorientierte Übertragung,
• Erweiterungen für verbindungslose Kommunikation
Ziel der Kommunikation in VS• hohe Zuverlässigkeit
• hohe Leistungsfähigkeit LAN
• Mehrzahl des Verkehrs innerhalb des VS läuft im lokalen Netz ab
• Ziel der Kommunikation: Unterstützung entfernter Prozeduraufrufe
gleiche Effektivität wie im zentralen System trotz Auf-teilung der Systemfunktionen auf mehrere ServerZIEL:
„Leichtgewichtigere“ Protokolle: Beispiel TCP/IP
• OSI-Implementierungen oft zu schwergewichtig, benötigt werden leicht-gewichtige Protokolle und Implementierungen
• meist verbindungslose Kommunikation
• LAN relativ zuverlässig, daher Fehlerbehandlung durch RPC ("End-to-end"-Argument [Saltzer 1988])
• Client/Server-Kommunikation mit möglichst geringer Verzögerung
RPC
XDR, XDR-Routinen
UDP / TCP
IP
Netzwerk
Anwendungsschicht
Physikalische Schicht
Netzwerkschicht
Darstellungsschicht, Präsentationsfunktion
Transportschicht Bsp.:TCP/IP
FTP client
TCP
IP
Ethernetdriver
Ethernetdriver
IP
token ringdriver
router
FTP server
TCP
IP
token ringdriver
Ethernet Token Ring
TCP/IP-Kommunikationstechnologie
Standardisierter Datenkommunikation: Beispiel 'Unix-Sockets'
Stream/Datagram Socket
TCP / UDP
IP
z.B. Ethernet-Treiber
Stream/Datagram Socket
TCP / UDP
IP
z.B. Ethernet-Treiber
• Stream-Sockets (TCP: Transport Control Protocol):
• Datagram-Sockets (UDP: User Datagram Protocol):
- verbindungsorientiert, zuverlässige Kommunikation - geordnete Nachrichten
- verbindungslose,unzuverlässige Kommunikation- schneller- ungeordnete Nachrichten
TCP/IP Ebenen
Messages (UDP) or Streams (TCP)
Application
Transport
Internet
UDP or TCP packets
IP datagrams
Network-specific frames
MessageLayers
Underlying network
Network interface
Sockets und Ports
message
agreed portany port socketsocket
Internet address = 138.37.88.249Internet address = 138.37.94.248
other ports
client server
Geschachtelte TCP/IP-Nachricht
Application message
TCP header
IP header
Ethernet header
Ethernet frame
port
TCP
IP
a) Datagram-Sockets
Client
s = socket (..., Datagram,...). . .
bind (s, ClientAddress)
. . .
sendto (s, "msg",ServerAddress)
s‘ = socket (..., Datagram,...). . .
bind (s‘, ServerAddress)
. . .
msg = recvfrom (s‘, buffer,from)
Server
Client- / ServerAddress: Socket-ID = Internet-Adresse + Port-ID
b) Stream-Sockets
Klient
s = socket (...,STREAM,...). . .
connect (s, ServerAddress). . .
write (s, "msg", length)
s‘ = socket (...,STREAM,...). . .
bind (s‘, ServerAddress)listen (s‘,5). . .
sNew = accept (s‘, from). . .n = read (sNew, buffer, amount)
Server
Erzeugen eines neuen Sockets
virtuelle Verbindung(write/send, read/receive)
Betriebssystem
SMTP
TCP/IP Stack
HTTPNNTP
POP/IMAP X11
Hardware
Server-basierte Applikationen
Beispiel: Aufbau eines TCP/IP-Servers
MobileIP Routing-Mechanismus
Sender
Home
Mobile host MH
Foreign agent FAInternet
agent
First IP packet addressed to MH
Address of FAreturned to sender
First IP packettunnelled to FA
Subsequent IP packetstunnelled to FA
vsis inf min uni hh ws 12_13 VIS-1 Komm-48
Anwendungsnahe Kommunikationsunterstützung
Sitzungen ('Sessions'/ 'Associations')
• feste Beziehung zwischen kommunizierenden Prozessen auf Anwendungs-ebene mit vereinbarten Eigenschaften (Namen, Ressourcen, Charakteristika...)
• gemeinsamen Zustand zwischen Kommunikationspartnern während der Dauer der Session aufrechterhalten
• Mechanismen zur Authentisierung und Autorisierung
Blockierende vs. nicht blockierende Protokolle
Kommunikation zwischen Sender und Empfänger a) synchron: Sender blockiert bis zur Antwortb) asynchron: send / receive explizit programmiert
Formen des Nachrichtenaustausches in verteilten Systemen
asynchron synchron
mitteilungs-orientiert
auftrags-orientiert
No-wait-send Rendezvous
Remote Service/Method RPCInvocation
---> Nachrichtenaustausch zwischen Paaren von Sockets(Socket-ID = Netzwerkadresse + Port-ID)
Kommunikationsstrukturmeist RPC
Transportschicht:
Bsp. für asynchrone Nachrichtenübertragung
send (socket_id,message)
receive (socket_id)
Prozess wartet aufNachricht
send (socket_id,message)Prozess fährt mit derAusführung fort
receive (socket_id)Prozess wartet aufNachricht
---> 4 Aktionen pro Prozeduraufruf und -antwort
. . . . . .
Optimiertes synchrones Transportprotokoll -'Amoeba-Nachrichtentransaktion'
---> 3 Aktionen pro RPC !
DoOp (SvrId, req_header, req_buffer, req_len,resp_header, resp_buffer, resp_len)
GetRequest (..., CltId, req_header, req_buffer, req_len)
SendReply (CltId, ..., resp_header, resp_buffer,resp_len)
Client Server
blockiert
blockiertTA ! execute
request
Asynchrone vs. synchrone Interprozesskommunikation (IPK)
- bessere Effizienz, da hoher Grad an Parallelität
- nicht blockierendes Senden ist einfach zu implementieren
- nicht blockierendes Empfangen ist schwierig zu implementieren:-> Pufferung von Nachrichten (Mailbox)
-> Anzeigen von ankommenden Nachrichten (Interupts)
-> Server muss sich sämtliche Zustände merken
• Asynchrone (nicht blockierende) IPK
• schlechtere Effizienz, da blockierend
• einfachere Synchronisation
• einfacheres Programmiermodell (!)
• Synchrone (blockierende) IPK
Implementation synchroner IPK mittels Threads
- sehr effizient, da hoher Grad an Parallelität:
-> Wenn ein Thread blockiert, fährt ein anderer Thread desselben Clusters fort
- einfache Implementation
- einfache Synchronisation
- Realisierung von Servern: a) Pool von Threads
b) Erzeugen eines neuen Threads bei Ankunfteines Client-Requests
FAZIT: Möglichkeiten zur Parallelität auf:
a) Anwendungsebene: asynchrone Kommunikation und Scheduling durch Anwendung selbst (problematisch !)
b) Systemebene: parallele Prozesse / Threads (verwaltet durch BS/Middleware !)und dennoch synchrone Kommunikation auf der Anwendungsebene
einfachere Programmierung !
Effizienzsteigerung: optimierte Protokolle & Hochgeschwindigkeitsnetze
• FDDI (Fiber Distributed Data Interface)• DQDB (Distributed Queue Dual Bus)
---> 100 bis 150 Mbit/s und mehr---> Integration von Daten, Audio, Video
• ATM (Asynchronous Transfer Mode) / HS-Netze:---> LAN/ MAN/ WAN
Hardware-Beispiel:Metropolitan AreaNetworks (MAN):
+ allgemeine Hochgeschwindigkeitsnetze (wie z.B. B-ISDN)
• aktives Warten von Prozessen in Multi-Prozessor-Systemen
• effiziente Flusskontrolle --> selektive wiederholte Übertragung
• Vermeidung des Kopierens von Daten
• Übertragung großer Datenpakete
• . . .
Software-Beispiel:
optimierteTransport-protokolle o
o
o
oo o
Metropolitan Area Networks (MAN): z.B. ‚Fiber Distributed Data Interface‘ (FDDI)
Topologie:
Dual Ring, bis zu 100 km lang, bis zu 500 Stationen
Übertragungsmedium:
Glasfaserkabel (Kupferkabel)
Bandbreite: ca. 100 Mbit/s
Media Access Control: Token Passing
Synchroner und asynchroner Dienst: Daten- und Sprachübertragung
Anwendungsgebiete:
Großrechner - Peripherie (z.B. Disks)Backbone für verschiedene lokale Netze (!)Multimedia-Kommunikation (!?!) - aber: nicht isochron !
(IEEE 802.6)
FDDI-Anschlüsse
• Unterteilung von Class-A und Class-B Geräten• Class-A Geräte: 2-Anschlüsse, direkte Einbindung möglich (Router, Konzentrato-
ren, Workstations, …)• Class-B Geräte: werden über Konzentratoren angeschlossen• Ausfall eines SAS kann vom Konzentrator über Bypass gehandhabt werden• Anschlussmöglichkeiten: SAS, DAS, Dual-Homing
[Wikipedia 2008]
'Metropolitan Area Networks' (MAN): Beispiel 'Distributed Queue Dual Bus' (DQDB)
Topologie: (Point-to-point/Open/Looped) Dual Bus mit Datentransport in entgegen gesetzter Richtung, 2-fach unidirektional
Übertragungssystem: hybrid
Bandbreite: ca. 140 Mbit/s (Datex-M: n*64 kbit/s, n*2 Mbit/s, 34 Mbit/s)
Zugriffsverfahren: verteilte Warteschlange (mit Request Counter)
Vermittlungsart: Zellenvermittlung (mit Zellen a 53 Bytes - wie ATM),Paketvermittlung, verbindungslose Kommunikation
Isochroner (!) Dienst: z.B. für Video- und Audioübertragung(mit Zellreservierung) möglich
Anwendungsgebiete:Netzkopplung, Multimedia-Kommunikation, ... :--> Switched Multimedia Data Services (SMDS) - wie z.B. Datex-M
(IEEE 802.6)
Beispielkonfiguration für DQDB
Station X
Station Y
Station Z
Data
Station X
Station Y
Station Z
A
B
Signal
Data
Bus1
Bus2
Bus2
Bus1
Signal
DQDB-Zugriffsverfahren: verteilte Warteschlange
BusyBit 0
RequestBitZelle Busy
Bit 1RequestBitZelle Bus 1
Request Counter Count Down CounterKnoteninaktiv:
-1 (freie Zelle)
BusyBit
RequestBit 1 Zelle
Bus 2+1 (neue Anforderung)
BusyBit
RequestBit 0 Zelle
BusyBit 0
RequestBitZelle Busy
Bit 1RequestBitZelle Bus 1
Request Counter Count Down Counter (=0?)Knotensende-willig:
-1 (freie Zelle)
BusyBit
RequestBit 1 Zelle
Bus 2+1 (neue Anforderung)
BusyBit
RequestBit 1 Zelle
A
B
Hochgeschwindigkeitsnetze: Beispiel 'Asynchronous Transfer Mode' (ATM)
Virt. Path Id Virt. Channel Id Flags Data (48B)
(CCITT I.150)ITU-T
- integrierte Übertragung unterschiedlicher Datenströme(z.B. 32 Kbit/s: Sprache, Fax, Video; 100-150 Mbit/s: HDTV,...)
- schnelles Paketvermittlungsnetz (z.B. B-ISDN, 155/622 Mbit/s )
- kleine Pakete fester Größe (5+48=53 Bytes)
- 3-Ebenen-Kommunikationsabstraktion
ATM-Zelle:
Physical Layer ATM Layer ATM Adaptation Layer
ATM CellsATM Virtual Channels
Höhere ProtokolleAnwendung
VC
VCVC VP
VPVP
VPSwitch
VP: Virtual PathVC: Virtual Channel
ATM Protokoll-Ebenen
ATM Switching
AUSBLICK: Analogien allgemeiner Versorgungsnetze
Ebene 4 Transport von Personen-+ Flugreisen elektr. Ferngespräche Inform.-Pers.+Waren Gütertransp. Geräte nutzung
Ebene 3 Transport un- Bundes- Luftfahrt- Strom- Kommun.- Inform.ternehmen bahn gesellsch. werke gesellsch. anbieter
Ebene 2 Kraftfahr- Züge + Flugzeuge elektr. Telefon + Anw., SW zeuge Loks Masch. Fax Endgeräte
Ebene 1 Straßen Schienen Luftraum Stromnetz Telefonnetz NII StVO Signale Flugh.,-Ktrl.
Finanz. Steuern Eb.3 Landegeb. Eb.3 Pausch., ???von Eb.1 Ebene 3
Straßenverk. Schienenv. Luftfahrt Elektro. Fernsprech. Info.dienst
Infrastruktur ist entscheidend für industrielle Anwendungen !
