grundlagen der kommunikation - von binär zum osi modell
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► SE „Digitale Kommunikation“
► Christian Höserle
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• Binäres Zahlensystem
• Netzwerkarten & Kommunikation
• OSI 7 Schichtenmodell
• MAC Adresse(n) & IP-Adresse(n)
• Netzwerkkomponenten
• Ausgewählte Protokolle
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Binäres Zahlensystem
Verwendung
Strom / Nicht Strom 0 oder 1
Zusammenhang zwischen Bit und Byte
Anwendungsfälle
Hexadezimalsystem (0-15)
Verwendung
Zählbereich 0 - F
Anwendungsfälle
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Aktiv
HUB
Switch
Router
Hardware Firewall
Usw..
Passiv
Kabel
Verteilerschränke
Anschlussdosen
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Die 7 Schichten des OSI-Modells
Anwendung
Darstellung
Komm.Steuerung
Transport
Vermittlung
Sicherung
Bitübertragung
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical
3
2
1
7
6
5
4
Endsystem A Endsystem B
Übertragungsmedium
Transitsystem
All People Seem To Need Data Processing
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Arten der Kommunikation
• Unicast
• Multicast
• Broadcast
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7 Schichten im OSI-Referenzmodells
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Schichtendefinition Elektrisch
Bitübertragung
Netzwerktopologie
Geräte HUB
Netzwerk oder Lichtleiter
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Ethernet
Ethernet-Standards (IEEE)
CSMA/CD Verfahren
Ethernet-Frame
Serielle Übertragung von LSB zu MSB
Token Ring
Kollisionsfreie Übertragung
Token-Passing (bit=0= freier Token)
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Bus-Topologie erweiterbar, installierbar
Netzausfall bei Kabelbruch
Terminatoren
Ring-Topologie Verteilte Steuerung
Große Ausdehnung
Aufwendige Fehlersuche
Keine aktiven NWK Komponentennotwendig
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Stern-Topologie ++ Vernetzung
++ Erweiterbarkeit
++ Ausfallssicherheit
Stern-Bus-Struktur Kombi aus Stern und Bus
Kritische Situation bei Ausfall der zentralen Station
++ Verkabelungsaufwand
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Baum-Topologie Hohe
Ausfallssicherheit
Große Entfernungrealisierbar
„Wurzelproblem“
Vermaschte Topologie Dezentrales Netzwerk
Unendliche Ausdehnung
Hohe Ausfallsicherheit aber hoher Materialaufwand
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Protokolle Physikalische Adressierung von Datenpaketen
(MAC)
Adress Resolution Protocol(ARP)
Point to Point Protocol(PPP)
Geräte: Switch
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MAC (Media Access Control) Einzigartige Adresse
Kombination aus Hersteller und Seriennummer
Identifikator im NWK.
MAC Adresse von
WLAN &
sog. „onboard“ NWK Karten
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Aufgabe: Weiterleitung der der Datenpakete zum nächsten Knoten
(Routing)
Protokolle IP
IPX
ICMP
NetBEUI
Geräte Layer 3 Switch
Router
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IP Protokoll - Was ist eine IP Adresse? eindeutig identifizierbare, logische Netzwerkadresse
IPv4 (32bit) ; Ipv6 (128bit)
32 Bit = 4 Oktetten = 4 Byte (IPv4)
IP: 192.168.9.22Maske: 255.255.255.128Gateway: 192.168.9.22
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Eigenschaften des IP Headers
Version
TTL (Time-to-live)
Quell –IP-Adresse
Ziel-IP-Adresse
Paketlänge
Optionsfeld(für Diagnose)
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Netzklassen für IPv4
Öffentlich
Privat
Max Ip Adresse 232 4.294.967.296 Adressen (4,3 Milliarden)
Netzklasse Adressbereich (öffentliche) Private Adressräume
Klasse A 0.0.0.0 – 127.255.255.255 10.0.0.0 – 10.255.255.255
Klasse B 128.0.0.0 – 191.255.255.255 172.16.0.0 – 172.31.255.255
Klasse C 192.0.0.0 – 223.255.255.255 192.168.0.0 – 192.168.255.255
Klasse D 224.0.0.0 – 239.255.255.255
Klasse E 240.0.0.0 – 255.255.255.255
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IPv6 (Internet Protokoll Version 6)
Nachfolger von IPv4
128 Bit Max IP Adressen 2128 ca. 340 Sextillionen
Wegfall der Subnetzmaske, diese wird mit / angehängt.64 Bit Netzadressierung & 64 Bit den Host
IPv6-Urls notwendig für Portdefinition
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Aufteilung eines Adressbereiches von IP-Adressen in mehrere kleinen Adressbereiche
Welche „Subnetmask“ für welches Netz?
Hostberechnung
Hostanzahl Subnetzmaske 32-Bit-Wert Präfix
16.777.214 255.0.0.0 11111111 00000000 00000000 00000000 /8
65.534 255.255.0.0 11111111 11111111 00000000 00000000 /16
510 255.255.254.0 11111111 11111111 11111110 00000000 /23
254 255.255.255.0 11111111 11111111 11111111 00000000 /24
126 255.255.255.128 11111111 11111111 11111111 10000000 /25
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255.255.255.0 11111111.11111111.11111111.00000000
Nicht veränderbar Nicht veränderbarDurch 1en ersetzen
1 1 1 1 1 1 1 1
27 26 25 24 23 22 21 20
128+64+32+16+8+4+2+1
255-1
254
In dezimal umwandeln: Hostberechnung
einer /24Maske
28 = 256 (0 – 255) 1 IP für die NWK ID 1 IP für Broadcast
Maximale Anzahl an Hosts
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Notwendigkeit ?
Ip- Adresse definiert Host im Netzwerk
Subnetzmaske liefert Informationen
Informationen notwendig für die Zustellung des Ip-Datenpakets
Gleiche Netzwerkadresse bei Quelle und Ziel gleiches Subnetz
Ungleiche Netzwerkadresse bei Quelle und Ziel Routing in ein anderes Subnetz via Gateway
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Routing
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Aufgabe: Steuerung und Überwachung der logischen Verbindung zwischen
Sender und Empfänger (End-to-End)
Überwachung
Zerlegen und Zusammensetzen von Datenpaketen
Protokolle TCP (Transmission Control Protocol)
UDP (User Datagram Protocol)
SPX (Sequenced Packet Exchange)
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UDP (User Datagram Protocol) kein Verbindungsmanagement , keine Flusskontrolle
keine Zeitüberwachung , keine Fehlerbehandlung
Aber hohe Geschwindigkeit
Bsp: Statusmeldung SNMP ;
Host
Host
Server
Server
REQUEST
RESPONSE
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TCP (Transmission Control Protocol) verbindungsorientiertes Protokoll
Verbindungsmanagement
Flusskontrolle , Zeitüberwachung , Fehlerbehandlung
Portdefinition in jedem TCP Paket !!!
Host
Host
Host
Host
Host
Host
SYN Verbindungsaufbau erwünscht
SYN ACK empfangsbereit
ACK Verbindung aufgebaut Übertragungsstart
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Anwendungsschicht
Transportprotokoll
Netzwerkebene
Physikalische Ebene
Anwendungsschicht
Transportprotokoll
Netzwerkebene
Physikalische Ebene
Quellrechner Zielrechner
Daten
+ Quellport+ Zielport
+ Prüfsumme+ Protokoll
+ IP (Q & Z)+ MAC (Q & Z)
+ Präambel+ CRC
5-7
1- Präambel
- CRC
Daten
- Quellport- Zielport
- Prüfsumme- Protokoll
- IP (Q & Z)- MAC (Q & Z)
4
2-3
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TCP/IP vs. OSI Referenzmodell
![Page 29: Grundlagen der Kommunikation - von Binär zum OSI Modell](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062316/5875266c1a28ab3f098b53c1/html5/thumbnails/29.jpg)
Aufgaben: Aufbauen, Halten und Abbauen von Sitzungen
Synchronisation des Dialoges (full/half duplex)
Koordiniert Anwendungen und deren Zusammenspiel auf verschiedenen Hosts
Anwendungen Network File System (NFS)
Structured Query Language (SQL)
Remote Procedure Call (RPC)
Host Server
Dienstanforderung
Dienstantwort
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Aufgabe:
Legt Struktur der Daten fest bzw. Datenaufbereitung (docx.)
Fungiert als Übersetzer
Datenverschlüsselung
Datenkomprimierung
Protokolle: http
ftp
Smtp
etc….
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Aufgabe: Zugang zur OSI Welt
Managt Kommunikation und Anwendung
Funktionsaufruf durch Anwendungsprogramm (Word)
Dienste und Anwendungen: Telnet
http
Snmtp
DNS
DHCP
![Page 32: Grundlagen der Kommunikation - von Binär zum OSI Modell](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062316/5875266c1a28ab3f098b53c1/html5/thumbnails/32.jpg)
DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol)Protokoll zur automatischen IP-Adress-Vergabe
Eindeutige IP-Adresse
Subnetmask
Gateway
DNS-Server
DNS (Domain Name Service)
Übersetzt IP Adressen in Computernamen
Hostname & Domainname Fully Qualified Domain Name (FQDN)
![Page 33: Grundlagen der Kommunikation - von Binär zum OSI Modell](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062316/5875266c1a28ab3f098b53c1/html5/thumbnails/33.jpg)
Funktionsweise von DHCP (DORA Prinzip)
DHCP-Discover
Broadcast (UDP)Zieladresse:255.255.255.255Quelladresse:0.0.0.0
DHCP-Offer
Freie IP-Adresse und weitere Parameter
DHCP-Request
DHCP-Ack(nowledgement)
Annahme der Parameter
Bestätigung der Parameter
![Page 34: Grundlagen der Kommunikation - von Binär zum OSI Modell](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062316/5875266c1a28ab3f098b53c1/html5/thumbnails/34.jpg)
Fully Qualified Domain-Name (FQDN)
www.my.graz.at.
Root
Top-Level-Domain (TLD)
Second-Level-Domain (SLD)
Sub-Level-Domain (Subdomain) <-- Optional
Computername (Host oder Dienst)
RootTLDSLD
Dienst
Subdomain
Wird von rechts nach links aufgelöst.
![Page 35: Grundlagen der Kommunikation - von Binär zum OSI Modell](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062316/5875266c1a28ab3f098b53c1/html5/thumbnails/35.jpg)
Beispiel Namensauflösung via DNS
Root Nameserver4. at ?
5. at !
at Nameserver6. graz.at ?
7. graz.at !
8. www.graz.at ?
9. www.graz.at !
10.www.graz.at !
Eingabe: www.graz.at
2. DNS-Cache
1. Hosts
Client
3. Zonenfile
DNS-Servergraz.at
Nameserver
![Page 36: Grundlagen der Kommunikation - von Binär zum OSI Modell](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062316/5875266c1a28ab3f098b53c1/html5/thumbnails/36.jpg)
Von Benutzer verursachte Probleme
Probleme welche nichts mit dem Netzwerk zu tun haben
“the problem exists between keyboard and chair”
![Page 37: Grundlagen der Kommunikation - von Binär zum OSI Modell](https://reader036.vdocuments.site/reader036/viewer/2022062316/5875266c1a28ab3f098b53c1/html5/thumbnails/37.jpg)
Ports Zuordnung von TCP und UDP Verbindungen
Immer 2 Nummern (Client und Server) bsp: DHCP (Client = 67 ; Server = 68 UDP)
Unterscheidbarkeit der Anwendungen (Mail, http, ftp usw..)
Vergabe durch IANA (Internet Assigned Numbers Authority)
Port Protocol Verwendung
21 FTP Datei Übertragung
25 SMTP Email (Sender)
80 HTTP Wolrd Wide Web
110 POP3 Remote Email Zugriff