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Computernetze 1 (CN1)1 GrundlagenNetzwerke und ProtokolleProf. Dr. Andreas SteffenInstitute for Internet Technologies and ApplicationsSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 1

Lesestoff im Ethernet Buch Kapitel 1 Eine Einführung in Netzwerke, 1-291.11.21.31.41.6Erforderliche NetzwerkelementeDie NetzwerktopologienEinteilung der NetzwerkeDie tettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 2

Computernetze 1 (CN1)1.1 Netzwerk-TopologienSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 3

Network Symbols**as used by Cisco Systems Inc.Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 4

Local Area Network (LAN) A network serving a home, building or campus is called aLocal Area Network (LAN) Modern switch-based LANs usually have a star topology whereasolder hub-based LANs were organized in a bus structure.Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 5

Wide Area Network (WAN)failure LANs separated by geographic distance are connectedby a network known as a Wide Area Network (WAN) WANs usually have a point-to-point or ring topologyThe logical topology can be different from the physical one!Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 6

Internet The Internet is defined as a globalmesh of interconnected networksSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 7

Computernetze 1 (CN1)1.2 Segmentierungund MultiplexierungSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 8

Shared Network Communication Data is sent across a network insmall “chunks” called segments Segmentation Messages or data streamsare split up into segments Multiplexing Multiple users share the samecommunication channelSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 9

Example of Multiplexing and SegmentationIntermediaryDevice?Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 10

Role of Intermediary Devices I Intermediary Devices provide connectivity and ensurethe data flow across the network Examples Network Access Devices (hubs, switches, wireless access points)Internetworking Devices (routers)Communication Servers and ModemsSecurity Devices (firewalls)Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 11

Role of Intermediary Devices II Intermediary network devices perform the following functions: Regenerate and retransmit the data signal Maintain information about the pathways existing throughthe network and internetwork Notify other devices of errors and communication failures Direct data along alternate pathways in the event of a link failure Classify and direct messages according to Quality-of Servicepriorities Permit or deny the flow of data based on security settingsSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 12

Computernetze 1 (CN1)1.3 Netzwerk-ProtokolleSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 13

What is a Protocol? A protocol is a set of predetermined rulesSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 14

Function of a Network Protocol Network protocols are used to allow hosts or devices tocommunicate successfully Protocols provide: The format or structure of the message The process by which networking devices share informationabout pathways to other networks How and when error and system messages are passedbetween devices The setting up and termination of communication sessionsSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 15

Protocol Suites and Industry Standards A standard is a process or protocol that has been endorsed bythe networking industry and ratified by a standards organization. A protocol suite is a collection of protocols. Standards Organizations: IEEE - Institute of Electrical and Electronics Engineers IETF - Internet Engineering Task Force ITU - International Telecommunications UnionSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 16

Technology Independent Protocols Diverse types of devices can communicate using the samesets of protocols. This is because network protocols specifynetwork functionality, but not the underlying technologyrequired to support this functionality.Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 17

Computernetze 1 (CN1)1.4 Das OSI Referenz ModellSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 18

Open System Interconnection Reference ModelSenderIntermediary Device7 ApplicationReceiverApplicationLayer 7 ProtocolLayer 6/7 InterfaceLayer 6/7 Interface6 PresentationPresentationLayer 6 ProtocolLayer 5/6 InterfaceSessionLayer 5 ProtocolLayer 4/5 Interface5Layer 4/5 Interface4 TransportTransportLayer 4 ProtocolLayer 3/4 Interface4Layer 3/4 Interface3 NetworkNetworkLayer 3 ProtocolRoutingLayer 2/3 InterfaceLayer 2 Protocol23Layer 2/3 Interface2Layer 2 ProtocolLayer 1/2 Interface1 Physical6Layer 5/6 Interface5 Session2 Data Link7Data Link2Layer 1/2 InterfaceLayer 1 Protocol11Layer 1 ProtocolPhysical1Communication LinkSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 19

OSI Reference Model - Application Layer7 Application Die Anwendungschicht verschafft denAnwendungen Zugriff auf das Netzwerk(zum Beispiel für Datenübertragung, E-Mail,Virtual Terminal, Remote Login, etc.).Der eigentliche Anwendungsprozess liegtoberhalb der Schicht und wird nicht vomOSI-Modell erfasst. Beispiele: DNS, FTP, HTTP, LDAP, NFS,NTP, SIP, SMTP, Telnet6 Presentation5 Session4 Transport3 Network2 Data Link1 PhysicalCommunication LinkQuelle: WikipediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 20

OSI Reference Model - Presentation Layer7 Application Die Darstellungsschicht setzt diesystemabhängige Darstellung der Daten(z.B. binäre Integer) in eine unabhängigeForm um und ermöglicht somit densyntaktisch korrekten Datenaustauschzwischen unterschiedlichen Systemen.Auch Aufgaben wie Datenkompression undVerschlüsselung gehören zur Schicht 6.Falls erforderlich, agiert die Darstellungsschicht als Übersetzer zwischen verschiedenenDatenformaten, indem sie eine normierteSyntax wie z.B. ASN.1 oder XML verwendet. Beispiele: MIME, SSL, TLS6 Presentation5 Session4 Transport3 Network2 Data Link1 PhysicalCommunication LinkQuelle: WikipediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 21

OSI Reference Model - Session Layer7 Application Die Kommunikationssteuerungsschicht oderSitzungsschicht sorgt für die Prozesskommunikation zwischen zwei Systemen.Um Zusammenbrüche der Sitzung undähnliche Probleme zu beheben, stellt dieSitzungsschicht Dienste für einenorganisierten und synchronisiertenDatenaustausch zur Verfügung. Beispiele: Named Pipes, Sockets, RTP,Session establishment in TCP6 Presentation5 Session4 Transport3 Network2 Data Link1 PhysicalCommunication LinkQuelle: WikipediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 22

OSI Reference Model - Transport Layer7 Application Zu den Aufgaben der Transportschichtzählen die Segmentierung von Datenpaketen, die Stauvermeidung (CongestionAvoidance), sowie optionale Fehlersicherungund Fehlerkorrektur. Die Transportschicht istdie unterste Schicht, die eine vollständigeEnd-to-End Kommunikation zwischen Senderund Empfänger zur Verfügung stellt. Beispiele: TCP, UDP, SCTP,SPX, DDP6 Presentation5 Session4 Transport3 Network2 Data Link1 PhysicalCommunication LinkQuelle: WikipediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 23

OSI Reference Model - Network Layer7 Application Die Vermittlungsschicht oder Netzwerkschicht sorgt bei leitungsorientierten(connection-oriented) Diensten für dasSchalten von Verbindungen und beipaketorientierten (connectionless) Dienstenfür die Weitervermittlung von Datenpaketen.Die Datenübertragung geht in beiden Fällenjeweils über das gesamte Kommunikationsnetz hinweg und schließt die Wegesuche(Routing) zwischen den Netzknoten mit ein. Beispiele: IP, IPsec, ICMP, IGMP, OSPF,IPX, ATP6 Presentation5 Session4 Transport3 Network2 Data Link1 PhysicalCommunication LinkQuelle: WikipediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 24

Layer 3 Example: The Internet Protocol (IP)Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 25

OSI Reference Model - Data Link Layer7 Application Aufgabe der Sicherungsschicht ist es, einezuverlässige, das heißt weitgehendfehlerfreie Übertragung zu gewährleistenund den Zugriff auf das Übertragungsmedium zu regeln. Dazu dient das Aufteilendes Bitdatenstromes in Blöcke (Frames) unddas Hinzufügen von Sequenznummern undPrüfsummen. Fehlerhafte, verfälschte oderverlorengegangene Blöcke können vomEmpfänger durch Quittungs- und Wiederholungsmechanismen erneut angefordertwerden. Beispiele: 802.3 Ethernet, 802.11 WLAN,ATM, Frame Relay, HDLC, PPP6 Presentation5 Session4 Transport3 Network2 Data Link1 PhysicalCommunication LinkQuelle: WikipediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 26

Layer 2 Examples: Different Data Link MediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 27

OSI Reference Model - Physical Layer7 Application Die Bitübertragungsschicht stelltmechanische, elektrische und weiterefunktionale Hilfsmittel zur Verfügung, umphysikalische Verbindungen zu aktivierenbzw. zu deaktivieren, sie aufrechtzuerhaltenund Bits darüber zu übertragen. Das könnenzum Beispiel elektrische Signale, optischeSignale (Lichtwellenleiter, Laser), elektromagnetische Wellen (drahtlose Netze) oderSchall sein. Beispiele: 802.3 Ethernet, 802.11 WLAN,RS-232, V.34, POTS, DSL, SDH6 Presentation5 Session4 Transport3 Network2 Data Link1 PhysicalCommunication LinkQuelle: WikipediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 28

Layer 1 Examples: Cables & Connectors CopperFibreSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 29

Representations of Signals on Physical MediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 30

Transmission Rate UnitsUnit of BandwidthAbbreviationEquivalenceBits per secondbps1 bps fundamental unit of bandwidthKilobits per secondkbps1 kbps 1‘000 bpsMegabits per secondMpbs1 Mbps 1‘000‘000 bpsGigabits per secondGbps1 Gbps 1‘000‘000‘000 bpsTerabits per secondTbps1 Tbps 1‘000‘000‘000‘000 bps Note: transmission rates are decimal(1 kbps 1000 bps )whereas storage capacity is binary (1 kbit 1024 bits)Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 31

Protocol Data Unit (PDU) / Service Data Unit (SDU)Ln PDU Ln PCI Ln SDU Ln PCI L(n 1) PDUSender7 ApplicationL7P L7 SDUL7 PDULayer 6/7 Interface6 PresentationL6PL6 SDUL6 PDULayer 5/6 Interface5 SessionL5PL5 SDUL5 PDULayer 4/5 Interface4 TransportL4PL4 SDUL4 PDULayer 3/4 Interface3 NetworkL3PL3 SDUL3 PDULayer 2/3 Interface2 Data LinkL2PL2 SDUL2 PDULayer 1/2 Interface1 PhysicalReceiverL1PL1 SDUApplication7Layer 6/7 InterfacePresentation6Layer 5/6 InterfaceSession5Layer 4/5 InterfaceTransport4Layer 3/4 InterfaceNetwork3Layer 2/3 InterfaceData Link2Layer 1/2 InterfacePhysical1L1 PDULnP: Layer n Protocol Control Information (PCI)consisting of Header and optional Footer or TrailerSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 32