VIT 1-2014

Vernetzte IT-Systeme 1. Einführung

Prof. Dr. Volkmar Langer

Florian Schimanke

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http://creativecommons.org/licenses/by/4.0/




1.1.1 Überblick und Anforderungen


Florian Schimanke

VIT – Alles klar?

August 2014

Überblick

August 2014

[1],[2] Kap. 1-3

Überblick

August 2014

Überblick

August 2014

Überblick

August 2014

Überblick

August 2014

Überblick

August 2014

Überblick

August 2014

Überblick

August 2014

Quellenhinweise

[1] J. Scherff: Grundkurs Computernetze. Eine kompakte Einführung in die Netzwerk- und Internet-Technologien, 2., überarbeitete und erweiterte Auflage 2010, Wiesbaden: Vieweg + Teubner Verlag.

[2] L.L. Peterson, B.S. Davie: Computernetze – Eine systemorientierte Einführung, dpunkt.verlag Heidelberg, 2008

[3] Tanenbaum, Andrew S.: Computernetzwerke. 4., überarb. Aufl., [4. Nachdr.]. München: Pearson-Studium (InformatikNetzwerke), 2007

[4] Cisco Networking Academy Program, 1. und 2. Semester CCNA, 3. Auflage, Markt und Technik Verlag, München, 2007

[5] Cisco Academy @ HSW:

https://www.hsw-elearning.de/cisco/, 2013

August 2014

https://www.hsw-elearning.de/cisco/


1.1.2 Überblick und Anforderungen


Florian Schimanke

Netzwerke

Ein Netzwerk ist eine Menge von Hard- u. Softwarekomponenten, die das kooperative Miteinander der beteiligten Systeme ermöglicht

Netzwerke umfassen: technische Einrichtungen (Endgeräte, Leitwege, Vermittlungs-und

Anschlussstellen) Übertragungs- und Vermittlungsverfahren (Protokolle)

14Überblick und Anforderungen

Ziele für den Einsatz von Netzwerken


Flexibler Austausch von

Daten/Programmen

Synergieeffekte Effektive Informations-

beschaffung/verteilung

Ressourcen-Sharing

Klass. Ziele: Verbundfunktionalitäten

Datenverbund

Verfügbarkeitsverbund

Funktionsverbund

Leistungsverbund

Lastverbund


[1], S.34ff

Internet

Anforderungen – Bsp. E-Commerce


LAN

Einkauf Produktion Verkauf

IntranetExtranet

B2B B2C

Extranet

Anforderungen – Bsp. Bandbreite

1970 1980 1990 2000 2010 2020Jahre

Ban

dbre

ite b

it/s

1 kbit/s

10 kbit/s

100 kbit/s

1 Mbit/s

10 Mbit/s

100Mbit/s

1 Gbit/s

10 Gbit/s

100 Gbit/s

Text

GrafikBilder

AudioVideo


Anforderung – Dienstgüte

Verzögerung Auswirkung

> 600 ms keine Kommunikation möglich

600 ms keine zusammenhängende Kommunikation möglich

250 ms stark störend

50 ms kaum wahrnehmbar

QoS: Quality of Service

IsochronitätZuverlässigkeit


Anforderung – Qualität

Verfügbarkeit Ausfallzeit

99,9% 8,75 Stunden/Jahr

99,99% 53 Minuten/Jahr

99,999% 5 Minuten/Jahr

Verfügbarkeit

Sicherheit

Usermobilität

Skalierbarkeit


Quellenhinweise




1.2.1 Strukturierung und Schichtenbildung


Florian Schimanke

Generelle Charakterisierung von Netzwerken

Strukturierung und Schichtenbildung 23

Transport- und Übertragungssystem

Vermittlung Endsysteme

WAN

Netzwerkklassen/Entfernungsklassen vom PAN zum GAN

0,01 0,1 1 10 100 1.000

Entfernung [km]

Ban

dbre

ite b

it/s

1 kbit/s

10 kbit/s

100 kbit/s

1 Mbit/s

10 Mbit/s

100Mbit/s

1 Gbit/s

10 Gbit/s

100 Gbit/s

10.000

LAN/SAN

PAN

MAN

GAN


WAN versus LAN

…


Pkt.-zu-Pkt. Verbindung

Transport Dienst

Vielfachzugriff

Netzwerkdienste

Mobildienste

Webdienste

Printdienste

DBdienste

Topologie

Foto von J. Mallos, flickr, http://bit.ly/12JpJfe, 23.7.2013

Die Konfiguration (Anordnung), die durch die Verbindungen zwischen den Systemen in einem Netzwerk oder zwischen

mehreren solcher Netzwerke gebildet wird.


http://bit.ly/12JpJfe

Physikalische & Logische Topologie

Physikalisch Logisch


Sterntopologie Bustopologie

Physikalische Kommunikationsschicht

Fot

o D

ijuta

lTim

, http

://bi

t.ly/

14L6

zef,

25.0

7.21

03,


http://bit.ly/14L6zef

Logische Kommunikationsschicht

Quelle unbekannt



1.2.2 Strukturierung und Schichtenbildung


Florian Schimanke

Kommunikation

Schichtenbildung


Logische SchichtenPhysikalische

Schicht

Salami-Taktik

Schichtenbildung


Anwenderschicht

Übersetzerschicht

Sicherungsschicht

Übertragungsschicht

Physikalische Schicht

Abstraktes Schichtenmodell


Anwendung Anwendung

Schnittstellen zu DienstenSAP: Service Access Point

vert

ikal

e K

omm

unik

atio

n

vert

ikal

e K

omm

unik

atio

n

horizontale Kommunikation

virtuelle Kommunikation

Dienste


Dienst-Erbringer

Dienst-Nutzer Dienst-Nutzer

SAP: Service Access Point

Funktionalität einer Schicht ist die Menge ihrer Dienste

Datenaustausch erfolgt nach festgelegten Regeln, den Protokollen

Dienste werden am SAP einem Dienst-Nutzer von einem Dienst-Erbringer angeboten

Anfrage AnzeigeBestätigung

Antwort

Primitives im Weg-Zeit-Diagramm


t t

Dienst-Nutzer

Dienst-Erbringer

t t

Dienst-Nutzer

Dienst-Erbringer

unbestätigter Dienst (unconfirmed service)

bestätigter Dienst (confirmed service)

request

indication

indicationrequest

confirm

response


1.3.1 ISO/OSI Referenzmodell


Florian Schimanke

Alles klar? – Überblick, aber wie?

37ISO/OSI Referenzmodell

ISO/OSI-Referenzmodell

Reference Model for open systems interconnection of the international organization for standardization Zentrale Punkte für den Entwurf des

Referenzmodells (1978):– offene Kommunikationssysteme

erfordern Protokolle– Komplexität erfordert Einteilung des

Problems in verschiedene Schichten– hierarichische Strukturierung legt die

Beziehung zwischen den Schichten fest (services)

Die Schnittstelle zwischen zwei Schichten ist von oben nach unten gesehen eine Auftraggeber-/Auftragnehmer-Schnittstelle!

38ISO/OSI ReferenzmodellFoto von N. Matthews http://bit.ly/13ahPeT , 23.07.2014

http://bit.ly/13ahPeT

Bsp.: E-Mail senden

ISO/OSI Referenzmodell 39

E-Mail/Daten

Wie kommt die Information über das Netzwerk zum Empfänger?

Bsp.: E-Mail senden – Anwendungsschicht


E-Mail/DatenAnwendungsschicht AH

…diese Daten werden von einem E-Mailprogramm gesendet

…SMTP als Protokoll der obersten Schicht…Schnittstelle zum Anwender

Bsp.: E-Mail senden – Darstellungsschicht



…wie wird die Information dargestellt?…ASCII, HTML, JPG, MPEG4,……Komprimierung, Verschlüsselung,…

E-Mail/DatenDarstellungsschicht AH PH

Bsp.: E-Mail senden – Sitzungsschicht



…soll eine Netzwerkverbindung aufgebaut werden?…Kommunikationssteuerung……SMTP, HTTP, FTP, ISO8326, X.215,…

E-Mail/DatenDarstellungsschicht AH PH

E-Mail/DatenSitzungsschicht AH PH SH

anwendungsorientierteSchichten 7-5

Bsp.: E-Mail senden – Transportschicht


…logischer Übertragungskanal……TCP, UDP, …Port: 16123 an Port: 25

E-Mail/DatenTransportschicht AH PH SH TH

Bsp.: E-Mail senden – Vermittlungsschicht


…Vermittlung, Adressierung,…… IP, ICMP, IPv6, X.25, RIP, OSPF,……SA:83.218.36.218; DA: 173.194.113.117

E-Mail/DatenVermittlungsschicht AH PH SH TH NH

LT

Bsp.: E-Mail senden – Sicherungssschicht


E-Mail/DatenSicherungsschicht AH PH SH TH NH LH

…Zugriff auf Medium, Fehlererkennung,…… ISO 8802.3 (Ethernet), ISO 8802.11n, PPP,… …MAC-SA: 94-DE-80-B3-96-75

Rahmen

Bsp.: E-Mail senden – Bitübertragungsschicht


Bitübertragungsschicht

…“physikalische Schicht“…Signalcodierung, Übertragungsmedien,……Hub, Repeater, MODEM, STP, LWL, RJ45,…

Was passiert als nächstes mit den Signalen?



1.3.2 ISO/OSI Referenzmodell


Florian Schimanke

Was passiert als nächstes mit den Signalen?


Rahmen

Signale

Vermittler im Netz – Router


Datenentkapselung

…Signaldecodierung, Bitfolge, ……MAC-Adresse, ……IP-Adresse



Datenkapselung

…IP-Adresse,…MAC-Adresse,…Signalcodierung, Bitfolge, …



Datenentkapselung

…Signaldecodierung, Bitfolge, ……MAC-Adresse, ……IP-Adresse



Datenkapselung

…IP-Adresse,…MAC-Adresse,…Signalcodierung, Bitfolge, …

E-Mail kommt beim Server an…


Datenentkapselung

…Signaldecodierung, Bitfolge, ……MAC-Adresse, ……IP-Adresse…TCP-Port, E-Mail,…SMTP

ISO/OSI-Modell

Übertragungsmedium

Physical Layer

Link Layer

Network Layer

Transport Layer

Session Layer

Presentation Layer

Application Layer

Bitübertragungs-schicht

Sicherungsschicht

Vermittlungsschicht

Transportschicht

Sitzungsschicht

Darstellungsschicht

Anwendungsschicht

Seite 55ISO/OSI Referenzmodell


1.4 Protokolle und Dienste


Florian Schimanke

Protokolle und Standards

57Protokolle und Dienste

Protokoll: Die Gesamtheit aller Vereinbarungen für den Informationsaustausch zwischen Kommunikations-partnern wird als Protokoll bezeichnet.

Standards: In einer Norm (DIN, EN, ISO) festgelegte Anforderungen über eine Vorgehensweise, einen Zustand, eine Leistung oder eine Qualitätsausführung.

Inhalte von Protokollen

1. Art der logischen Verbindungsaufnahme und des Abbaus logischer Verbindungen

2. Reaktion auf best. Ereignisse, z.B. auf fehlerhafte Informationsübertragungen

3. zeitlicher Kommunikationsablauf (timing)

4. Formate und Codes der Steuernachrichten, Zustandsinformationen und der Daten- bzw. Nachrichtentexte


RF

C 7

93, T

CP,

http

://to

ols.

ietf.

org/

htm

l/rfc

793

Sta

nd 7

.7.2

014

http://tools.ietf.org/html/rfc793

Entstehung eines Standards speziell für das Internet

Internet Official Protocol Standards:

Veröffentlichung sog. RFCs (request for comments) durch das IAB (Internet Architecture Board)

Prüfung und Erklärung zum Proposed Standard

frühestens nach einem halben Jahr:

Draft Standard

Letzte Stufe:Internet Official Protocol Standard (fester Bestandteil der Internetspezifikationen)


Vorschlag, Anregung

Status: nur zur Information

Status: experimentell

Proposed Standard

Draft Standard

Full Standard

Zusammenspiel der Schichten


WWW-Browser

HTTP

TCP

IP

LLC

MAC(WLAN)

PHY

WWW-Browser

HTTP

TCP

IP

LLC

MAC(ETH)

PHY

LLC

MAC(WLAN)

PHY

MAC(ETH)

PHY

LLC

MAC(ETH)

PHY

MAC(PPPoE)

PHY

IP

Funk TP-Kabel

TP-Kabel

LWL

Modellzuordnung von Internet Protokollen


Anwendung

Darstellung

Sitzung

Netzwerk

Sicherung

Bitübertragung verdrillte Doppelader, Koaxialkabel, LWL, drahtlose Übertragung

Ethernet, Token Passing, ATM, FDDI, PPP, PPPoE…

Address Resolution Protocol(ARP) RFC 826

Internet Protocol (IP)RFC 791

Internet Control Message Protocol (ICMP) RFC 792

Netzwerk-Zugriff

Internet

Host-to-Host

Anwendung, Prozess

TransportTransmission Control Protocol (TCP)RFC 793

User Datagramm Protocol (UDP) RFC 768

OSI Modell Internet Protocol Suite

DOD Modell

Simple Mail Transfer Protocol (SMTP) RFC 821

File Transfer Protocol (FTP)RFC 959

Hypertext Transfer Protocol (HTTP)RFC 1945

Domain Name System (DNS)RFC 1034

Simple Network Management Protocol (SNMP) RFC 1157

E-Mail File Transfer HypertextDomain Name Service

Netzwerk Management


1.5 Leistung


Florian Schimanke

Bandbreite

Allgemein: Maß für die Breite eines Frequenzbandes

64Leistung

Uout

Uin

f

0,707 Bandbreite

fofu

Bandbreite in Netzwerken

Netzwerkverbindung: Anzahl der Bits/s theoretisch übertragbare Datenmenge pro Zeiteinheit Bsp. Ethernet 10 Mbit/s, Fast Ethernet 100 Mbit/s

Brutto-/Nettobandbreite Unterschied zwischen theoretisch verfügbarer Bandbreite und der

tatsächlich gemessenen Bandbreite Begriff: Durchsatz für gemessene Leistung!

1Mbit/s: Bitbreite 1 s

2 Mbit/s: Bitbreite 0,5 s

65Leistung

Latenz (Verzögerung)

Latenz = Signallaufzeit + Übertragungszeit + Verarbeitungszeit

Signallaufzeit = Entfernung/Signalgeschwindigkeit

Übertragungszeit = Paketgröße/Bandbreite

Transferzeit = Signallaufzeit + Übertragungszeit

Round-Trip-Time (RTT) = Paketumlauf-/antwortzeit

66Leistung

Zeit

Signal-laufzeit

Übertra-gungszeit

Transferzeit

Round-Trip-Time(leere Nachricht)

Daten

Verarbei-tungszeit

Latenz

Round-Trip-Time

vgl. [2] Kap. 1

Typische RTT-Werte

Vgl. Lüders, C, u. Winkler, M., Pingpong. in: c't. Hannover 2006,23, S.199.

Leistung 67

LAN (TCP) 1500 Byte

100BaseT 1ms

WLAN 802.11b 10ms

DSL-6000 40ms

ISDN 200ms

UMTS 300-400ms

Internet jenseits des Routers

innerhalb D < 50ms

nach USA 100-150ms

nach Fernost ca. 300ms

Ping via http://ping.eu/ping/, 23.08.2013

http://ping.eu/ping/

Verzögerungs-Bandbreite-Produkt

gibt an, wie viele Bits sich in Übertragung befinden Datenmenge im Kanal (“in flight” or “in the pipe”)• Bsp: Transatlantik-Leitung (45 Mbit/s, Signallaufzeit 50 ms):

2.25 · 106 Bit ≈ 280 KB

[3,4] Kap. 4

68Leistung

ÜbertragungsleitungBandbreite

Verzögerung

Burst und Jitter

• Burst: Spitzenübertragungsrate, die zeitlich begrenzt zu erreichen ist (kleinste Latenz)

• Jitter: Latenzschwankungen (Bandbreitenbegrenzung)– verursacht durch Pufferung und Konkurrenz um eine Verbindung– Folge: Datenpakete treffen in unregelmäßigen Abständen ein– Problem z.B. bei Audio-/Videoübertragung

69Leistung

Zeit

WAN4 3 2 1 3 2 14

Quellenhinweise






http://cisco.hsw-hameln.de, 2011

70Leistung


1.6.1 Grundkonzepte Netzplanung


Florian Schimanke

Grundkonzepte der Netzplanung

• Wie sieht eine typische Vorgehensweise aus?• Welche zentralen Aufgaben sind zu lösen?• Welche Hilfsmittel stehen zur Verfügung?

• Was kommt nach der Planung?

Einführung - Grundkonzepte Netzwerkplanung 72

Bild

von

Dea

dlyh

appe

n, h

ttp://

bit.l

y/18

dBqh

S , 8

.8.2

013

http://bit.ly/18dBqhS

Typische Projektphasen in der Netzerstellung


Ist-/Soll-Analyse

Planungsphase

Umsetzungsphase

Testphase

Abschlussphase

Entscheidungs-phase

Änderungen erforderlich

Freigabe

Checkliste: Ist-/Soll-Analyse aus Sicht des OSI-RM

• Anwendungsorientierte Schichten– Was genau will der Auftraggeber?– Welche Anwendungen sollen an welchen Stellen betrieben werden?– Sollen Echtzeitanwendungen betrieben werden?– Welche Performance und Verfügbarkeit ist erforderlich?– …

• Transportorientierte Schichten– Handelt es sich um eine Neueinrichtung oder soll eine bestehende IT-

Infrastruktur verbessert oder erneuert werden?– Ist eine ggf. bestehende IT-Infrastruktur homogen oder heterogen?– Wie sehen die konkreten Leistungsanforderungen aus?– Welche Endgeräte sollen betrieben werden?– …


Typische Projektphasen in der Netzplanung


Ist-/Soll-Analyse

Planungsphase

Umsetzungsphase

Testphase

Abschlussphase

Entscheidungs-phase

Änderungen erforderlich

Freigabe

Analyse-/Planungsphase


Phasen der Netzwerkplanung Ergebnisse

Anwender-/Anwen-dungsanalyse

Datenflussanalyse

logischer Entwurf

Physikalischer Entwurf

Adressierung und Routing

I

st-A

nal

yse

So

ll-K

on

zep

t

Anforderungen aus Sichter der Benutzer und der Anwendungen

Erwartete Datenflüsse (Menge/Zeit, Qualitätsanforderungen)

Diagramme der Netzstruktur mit Teilnetzen und Zwischensystemen

Detaillierte Pläne für Verkabelung und sämtliche Netzwerkkomponenten

Adressierungsplan, Routingbereiche und eingesetzte Routingprotokolle


1.6.2 Grundkonzepte Netzplanung


Florian Schimanke

Planungsphase

größter Planungsaufwand bei Verkabelung nach EN 50173-1– Leistungsanforderungen– Brandschutzbestimmungen– Vorschriften zur EMV nach EN 55022 Klasse B– Erstellung eines Leitungsverzeichnisses, Ausschreibung/Vergabe– Zeitrahmen für die Planung– Kostenrahmen– …


Elektronik Kompendium, Strukturierte Verkabelung, Stand 08/2013

http://www.google.de/imgres?start=93&num=10&hl=de&biw=1680&bih=935&tbm=isch&tbnid=DsROExqlPMJnsM:&imgrefurl=http://www.elektronik-kompendium.de/sites/net/0908031.htm&docid=GikVANCOthVosM&imgurl=http://www.elektronik-kompendium.de/sites/net/bilder/09080311.

Planungsphase

Simulation – Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Netzentwurfs z.B. mit Cisco Packet Tracer:


Cisco-Hilfe für Studenten, Ping-Probleme, Stand 08/2012

http://www.google.de/imgres?hl=de&sa=X&rlz=1G1GGLQ_DEDE257&biw=1680&bih=935&tbm=isch&prmd=imvnsfd&tbnid=3GAKeJRtsdLypM:&imgrefurl=http://ciscohilfe.blogspot.com/2011/04/cisco-packet-tracer-tipps-tricks.html&docid=fb7-gac_1vDz8M&imgurl=http://1.bp.blogspot.

Planungsphase

Kostenabschätzung zur Beurteilung eingeholter Angebote


reichelt Elektronik, Verlegekabel, Stand 08/2013 Jacob Elektronik, Netzwerke, Stand 08/2013

http://www.reichelt.de/Verlegekabel/2/index.html?;ACTION=2;LA=2;GROUPID=4316;SID=11UDIhzH8AAAIAAE5Bhx4c855a0dec8d96335a09f4c0d9e1e21a0


http://www.jacob-computer.de/netzwerk_obergruppe_11600.html


Entscheidungsphase


Umsetzungsphase - Beispiel


PCT Solutions, Netzplanbeispiel , Stand 12/2011

http://www.pct-solutions.de/pct-netzwerk12.jpg

Testphase

• Lasttest• Anwendertests• Ausfallsimulation• Simulation und

Optimierung• …


SimpleServerMonitor, Screenshoot, 08 2013

Candela Technologies, Network Testing, 08 2013

http://simpleservermonitor.com/index.html

http://www.candelatech.com/datasheet_fire.php?gclid=CMO63vu146wCFY0OfAodljzWng

Abschlussphase

vom Projekt zum sicheren Betrieb- Anforderungen nach

Sollkonzept erfüllt- Projektdokumentation

vervollständigen- Schulungen erfolgreich

durchgeführt- Prozesse für Dauerbetrieb

definiert und implementiert- Netzwerkmanagement etabliert

bzw. angepasst


CC Virtual Private Network, Wikipedia, http://bit.ly/chg8qB 08,2013

http://bit.ly/chg8qB

Hilfsmittel in der Netzplanung

• Abschätzung der Kosten– Jacob Elektronik, http://www.jacob-computer.de/netzwerk_obergruppe_11600.html, Stand 08.

2014– Reichelt Elektronik,

http://www.reichelt.de/Netzwerktechnik/2/index.html?;ACTION=2;LA=0;GROUPID=761;SHOW=1;SID=11UDIhzH8AAAIAAE5Bhx4c855a0dec8d96335a09f4c0d9e1e21a0, Stand: 08.2014

– HP Networking Online Configurator, http://h17007.www1.hp.com/us/en/products/configurator/index.aspx, Stand 08.2014

• Tools– Network Notepad Freeware Edition,

http://www.networknotepad.com/index.html, Stand 08.2014– Network Topology Icons,

http://www.cisco.com/web/about/ac50/ac47/2.html, Stand 08.2014– Candela Technologies,Network Testing and Emulation Solutions,

http://www.candelatech.com/index.php, Stand 08.2014– Cisco Packet Tracer,

http://www.cisco.com/web/learning/netacad/course_catalog/PacketTracer.html, Stand 08.2014


http://www.jacob-computer.de/netzwerk_obergruppe_11600.html

http://www.reichelt.de/Netzwerktechnik/2/index.html?;ACTION=2;LA=0;GROUPID=761;SHOW=1;SID=11UDIhzH8AAAIAAE5Bhx4c855a0dec8d96335a09f4c0d9e1e21a0

http://www.reichelt.de/Netzwerktechnik/2/index.html?;ACTION=2;LA=0;GROUPID=761;SHOW=1;SID=11UDIhzH8AAAIAAE5Bhx4c855a0dec8d96335a09f4c0d9e1e21a0

http://h17007.www1.hp.com/us/en/products/configurator/index.aspx

http://www.networknotepad.com/index.html

http://www.cisco.com/web/about/ac50/ac47/2.html

http://www.candelatech.com/index.php

http://www.cisco.com/web/learning/netacad/course_catalog/PacketTracer.html

Hilfsmittel in der Netzplanung

• Projektmanagement– Projektmanagement und Qualitätssicherung in IT Projekten,

http://www.pmqs.de/ , Stand: 08.2014– Leitfaden für Projektmanager,

http://www.pm-handbuch.com/ , Stand: 08.2014– Suchmaschine für PM-Informationen und Tools,

http://www.projektmanagementkatalog.de/ , Stand: 08.2014

• Network Design– Wireless / Networking, About.com – Netzplanungshilfen, http://compnetworking.about.com/,

Stand 08.2014– Cisco Packet Tracer,

http://www.cisco.com/web/learning/netacad/course_catalog/PacketTracer.html, Stand 08.2014


http://www.pmqs.de/

http://www.pm-handbuch.com/

http://www.projektmanagementkatalog.de/

http://compnetworking.about.com/

http://www.cisco.com/web/learning/netacad/course_catalog/PacketTracer.html

Quellenhinweise






http://cisco.hsw-hameln.de, 2013

87Einführung - Grundkonzepte Netzwerkplanung

Education

VIT 1-2014