Welche grundsätzlichen Arten von Rechnernetzen kennen Sie? Lokale Netze (local area network, LAN) mit Ausdehnung von höchstens wenigen Kilometern; regionale Netze (metropolitan area network, MAN) mit Ausdehnungen von ca. 100 km; Weitverkehrsnetze (wide area network, WAN), die ganze Länder und Kontinente und im Weitverkehrsverbund die ganze Erde umspannen, z.B. das WWW (world wide web). [1801.KE2 S. 71f.] Wozu braucht man Netzwerke? -Betriebsmittelverbund (Zugang zu Daten, Programmen, Geräten) -Datenverbund (als Spezialfall es Betriebsmittelverbunds) -Last- und Leitungsverbund (Verteilung von anfallenden Rechenlasten auf mehrere Rechner) -Wartungsverbund (zentrale Wartung, Störungsfeststellung und Behebung) -Kommunikation und Kooperation zwischen Benutzern [1801.KE3, S. 86ff] Wenn der Sender automatisch nach einer gewissen Zeit Pakete die nicht bestätigt wurden neu sendet, wie schnell muss der Timer auslaufen? Er muss mindestens die doppelte Paketlaufzeit warten, allerdings kann man wegen des unvorhersehbaren Routings gar nicht genau angeben wie lange eine ACK-Nachricht auf sich warten lässt. Wenn der Timer er zu schnell ausläuft, werden Pakete unnötig erneut verschickt, also obwohl eigentlich bereits eine ACKNachricht unterwegs ist. Und wenn er zu langsam ausläuft, dauert es halt sehr lange bis diese Pakete letztendlich korrekt beim Empfänger verfügbar sind. Erläutern Sie die Schichten des Internet! Der Internetprotokollstapel besteht aus folgenden fünf Schichten: Schicht englisch PDUs 5 Anwendungsschicht application layer Nachricht 4 Transportschicht transport layer Segment 3 Vermittlungsschicht network layer Datagramm 2 Sicherungsschicht data link layer Rahmen 1 Bitübertragungsschicht physical layer (1-PDU) Die Anwendungsschicht ist zuständig für die Unterstützung von Netzwerkanwendungen. Der Dienst der Transportschicht transportiert Segmente zwischen Prozessen der Client und Serverseite der Anwendungsschicht. Die Vermittlungsschicht leitet Datagramme von der Quelle durch eine Reihe von Routern (Paket- Switches) zum Ziel weiter. Die Sicherungsschicht ist für die Beförderung ganzer Rahmen von einem Knoten (Host oder Paket- Switch) zu einem benachbarten Knoten zuständig. Die Bitübertragungsschicht überträgt die einzelnen Bits einer 1-PDU von einem Router zum nächsten. Der bisweilen gebräuchliche Begriff Netzwerkschnittstellenschicht (network interface layer, bitte nicht verwechseln mit network layer = Vermittlungsschicht) fasst die Bitübertragungsschicht und die Sicherungsschicht zusammen. [1801.KE3 S. 96f.] Wie funktioniert die Auflösung von DNS-Namen? Das DNS (domain name system) bildet mnemonische Hostnamen auf IP-Adressen ab und bietet ein gleichnamiges Protokoll der Anwendungsschicht. Die Auflösung erfolgt letztlich im autoritativen Name-Server, bei dem der betreffende Host registriert ist. Dieser wird in der Regel über eine Kommunikationsstrecke erreicht, die vom lokalen Name-Server über einen der wenigen Root-Name- Server zum autoritativen Name-Server und zurück führt. [1801.KE3 S. 109f.] Warum ist UDP „schneller“ als TCP? Zum einen hat UDP einen kleineren Header, zum anderen ist es ein verbindungsloses Protokoll, d.h. im Gegensatz zu TCP gibt es keine initiale Verzögerung beim Verbindungsaufbau (3-Wege- Handshake). Außerdem fallen Wartezeiten für ACK-Nachrichten, bzw. erneutes Übermitteln weg. Was definieren Protokolle alles? -Nachrichentypen (z.B. Request oder Antwort) -Syntax (Felder und Feldabgrenzungen in Nachrichtentypen) -Semantik der Nachrichtentypen und Felder -Regeln (wann und wie ein Prozess Nachrichten eines Typs sendet bzw. auf diesen reagiert) [1801.KE3, S. 88] Welche Verbindung wird auf der Vermittlungsschicht hergestellt? Zwischen zwei Hostrechnern. [1801.KE4 S. 149] Erläutern Sie das ISO/OSI-Referenzmodell! Anfang der 80er Jahre entstand die internationale Norm ISO/IS 7498: "Information Processing Systems: Open Systems Interconnection – Basic Reference Model" (ISO-RM). Das RM schreibt keine Implementierung dieser Schichten vor, sondern bildet nur ein Rahmenwerk zur Implementierung von Protokollen. Die sieben Schichten sind: Schicht 1: Die Bitübertragungsschicht (physical layer) stellt physikalische Kanäle (Kabel, Funkstrecken) zur Verfügung, die es gestatten, beliebige Bitfolgen zu übertragen. Schicht 2: Die Sicherungsschicht (data link layer) stellt weitgehend sichere Kanäle für die Übertragung von Datenblöcken zur Verfügung; hier werden Verfahren zur Erkennung und Korrektur von Fehlern eingesetzt. Schicht 3: Die Vermittlungsschicht (network layer) stellt logische Übertragungskanäle zwischen Endsystemen zur Verfügung. Schicht 4: Die Transportschicht (transport layer) stellt logische Übertragungskanäle zwischen den auf den Endsystemen aktiven, miteinander kommunizierenden Prozessen zur Verfügung. Schicht 5: Die Kommunikationssteuerungsschicht (session layer) stellt Dienste bereit, die den kommunizierenden Prozessen ermöglichen, ihren Dialog zu kontrollieren und zu synchronisieren. Schicht 6: Die Darstellungsschicht (presentation layer) stellt Dienste zur Verfügung, die unterschiedliche Repräsentationen der Datendarstellung (z.B. verschiedene Codierungen von Zeichen) umwandeln. Schicht 7: Die Anwendungsschicht (application layer) implementiert die eigentliche Anwendungsfunktionalität. [1801.KE3 S. 98f.] Wie funktioniert die Kommunikation in Rechnernetzen? Prozesse auf unterschiedlichen Endsystemen kommunizieren über ein Rechnernetzwerk. Ein sendender Prozess erzeugt und sendet Nachrichten, ein empfangender Prozess empfängt diese Nachrichten und antwortet gegebenenfalls. Die Grundregeln der Kommunikation sind als Protokolle vereinbart, die das Format (Typen), den Inhalt (Syntax), die Bedeutung (Semantik) und die Reihenfolge gesendeter Nachrichten festlegen. Die Implementierung erfolgt schichtweise, sodass die Anwendung einer Schicht nur zu wissen braucht, welche Dienste die nachfolgende Schicht bereitstellt, um die PDUs (protocol data units, Protokolldateneinheiten) an sie weiterzureichen bzw. von ihr entgegenzunehmen. Die folgende Schicht kann PDUs vor dem weiteren Versenden mit zusätzlicher Information (header) versehen, kann sie in kleinere Einheiten zerlegen (disassemblieren) oder zu größeren Paketen zusammenfassen (multiplexen), und wird sie nach dem Empfang auf der Gegenseite wieder demultiplexen oder reassemblieren sowie vom hinzugefügten Header befreien. Diese Vorgänge bleiben der darüber liegenden Schicht verborgen, die nur das Dienstmodell der unteren Schicht kennt. [1801.KE3 S. 87f.] Welches Transportprotokoll wäre bei einem Internet- Radio (bei einer Telefonie-Anwendung) am sinnvollsten? UDP, da es hierbei mehr auf die Schnelligkeit der Zustellung ankommt als auf die Genauigkeit. [1801.KE3 S. 118] Sagen wir sie möchten ein Internet-Radio-Anwendung implementieren. Welches Protokoll wählen sie und warum? UDP, denn es kommt in erster Linie auf Schnelligkeit an, nicht auf Zuverlässigkeit. Wie werden Nachrichten gesichert? In die Rahmen-Header werden zusätzliche Bits eingefügt, um Bitfehler in der Nachricht zu erkennen und ggf. zu korrigieren. Die wichtigsten Techniken zur Fehlererkennung sind Paritätsprüfung, Prüfsummenmethode und zyklische Redundanzprüfung. [1801.KE4 S. 188] Wird eigentlich überall im Internet dasselbe Routingprotokoll eingesetzt? Nein, denn es kommt darauf an, ob das Routing nur innerhalb eines autonomen Systems (Intra-AS-Routing) oder grenzüberschreitend (Inter-AS-Routing) eingesetzt wird. Ein heute noch viel genutztes, wenn auch schon älteres Intra-AS-Routing- Protokoll ist RIP (routing information protocol), ein Protokoll auf der Anwendungsschicht, das auf UNIXSystemen als AnwenderProzess implementiert wird und ein Transportschichtprotokoll (UDP) verwendet. Als Inter-AS-Routing-Protokoll wird BGP (border gateway protocol) eingesetzt, ein Pfadvektor-Protokoll ohne Kosteninformationen. [1801.KE4 S. 168ff.] Kann es im Token Ring zu Kollisionen kommen? Ja, da es sich ebenfalls um ein Broadcast-Netz handelt. Zum Beispiel könnten zwei benachbarte Knoten gleichzeitig versuchen zu senden. Man versucht dieses Problem z.B. durch das Token- Passing-Protokoll zu umgehen, wobei ein kleiner spezieller Rahmen, das so genannte Token, von Knoten zu Knoten geschickt wird. Nur der Knoten, der gerade im Besitz des Token ist, darf Datenrahmen bis zu einer festgelegten Höchstzahl senden und muss danach das Token weitergeben. [1801.KE4 S. 197] Was macht ein Router bei eingehenden Requests? Er sieht in seiner eigenen Routingtabelle nach, an welche nächste Adresse er über welches seiner Interfaces er das IP-Datagramm weitersenden muss. [1801.KE4 S. 167] Wie funktioniert die zyklische Blocksicherung? Insbesondere das Ethernet-Protokoll nutzt CRC-Codes, die wie folgt berechnet werden: 1. Sender und Empfänger einigen sich auf ein Generatorpolynom (z.B. 16 Bit nach CCITT X.25 oder 32 Bit nach CRC-32), dessen niedrigst- und höchstwertige Stelle binär 1 sind. 2. Die gesamte zu sendende Bitfolge wird als binäres Informationspolynom aufgefasst oder, vereinfacht gesagt, als ziemlich lange Binärzahl, die abhängig vom Generatorpolynom um einige binäre Stellen (im obigen Beispiel 16 bzw. 32) mit dem Wert 0 erweitert wird. 3. Das erweiterte Informationspolynom wird durch das Generatorpolynom dividiert, woraus sich ein Divisionsrest ergibt; dies ist der CRC-Code. 4. Der CRC-Code wird anstelle der angehängten binären Nullen an die Nachricht angehängt. Der Empfänger dividiert die Gesamtfolge incl. CRC-Code durch das Generatorpolynom; ist der Divisionsrest 0, geht er davon aus, dass es keinen Übertragungsfehler gegeben hat. [1801.KE4 S. 190ff.] Welche Protokolle werden auf den Schichten des Internets jeweils angewendet? Anwendungsschicht: u.a. HTTP, SMTP, FTP. Transportschicht: TCP und UDP. Vermittlungsschicht: IP und zahlreiche Routing-Protokolle. Sicherungsschicht: u.a. Ethernet, PPP, ATM, Frame-Relay. Bitübertragungsschicht: abhängig von Verbindungsleitung und Übertragungsmedium, im Ethernet z.B. für Twisted Pair, Koaxialkabel, Glasfaser usw. [1801.KE3 S. 96f.] Was ist denn wenn eine Nachricht verfälscht ankommt? Welche beiden Möglichkeiten hat der Empfänger dann allgemein? NACK-Nachricht senden oder einfach nichts tun und auf erneutes Senden warten, d.h. der Sender lässt einen Timer laufen und sendet Pakete für die er keine ACKs bekommen hat von sich aus noch mal. 177. H(1): Wie funktioniert die Auflösung von DNS-Namen? Das DNS (domain name system) bildet mnemonische Hostnamen auf IP-Adressen ab und bietet ein gleichnamiges Protokoll der Anwendungsschicht. Die Auflösung erfolgt letztlich im autoritativen Name-Server, bei dem der betreffende Host registriert ist. Dieser wird in der Regel über eine Kommunikationsstrecke erreicht, die vom lokalen Name-Server über einen der wenigen Root-Name- Server zum autoritativen Name-Server und zurück führt. [1801.KE3 S. 109f.] Welche Dienste stellt TCP zur Verfügung? Verbindungsmanagement mit explizitem Öffnen und Schließen einer Verbindung; gesicherter Datentransfer mit Garantie der Vollständigkeit und richtigen Reihenfolge gesendeter Nachrichten (Benutzung von Sequenz- und Bestätigungsnummern, Fehlerkorrektur mit erneuter Übertragung verfälschter Daten durch Hinzufügen einer Checksumme zu jedem Segment); Flußkontrolle (flow control service) mit Mitteilung der Größe des freien Platzes im Empfangsfenster durch den Empfänger. [1801.KE3 S. 131ff.] Wozu dient ein Router? Ein Router ist ein Transitsystem, das mehrere Teilnetzwerke oder autonome Systeme (als Gateway-Router) miteinander verbindet. [1801.KE4 S. 162f. Welche Unterschiede bestehen zwischen UDP und TCP? UDP: verbindungsloser Dienst, keine Garantie bezüglich Ankunft und Reihenfolge der gesendeten Nachrichten. TCP: verbindungsorientierter Dienst (virtuelle Verbindung zum Empfänger), Garantie der Vollständigkeit und richtigen Reihenfolge gesendeter Nachrichten. [1801.KE3 S. 114f.] Wie funktioniert denn das Tunneling bei Multicast? Dabei sendet ein Multicast-Router sein Multicast-Datagramm verpackt in einem normalen Unicast-Datagramm über die nicht Multicast-fähigen Router an die Unicast-IP-Adresse des nächsten Multicast-Routers. Dieser packt das Multicast-Datagramm aus dem empfangenen Unicast-Datagramm aus und behandelt es so, als ob es gerade direkt vom sendenden Multicast-Router eingetroffen wäre. [1801.KE4, S. 182] Wir haben einen dezentralen Routing-Algorithmus. Wie weit verbreitet sich die Information über einen ausgefallenen Router im Netzwerk? Zunächst erfahren nur die Nachbarn des ausgefallenen Routers von den weggefallen Verbindungen und aktualisieren ihre Routingtabellen. Wenn dadurch neue, kürzeste Pfade entstehen, werden diese an deren Nachbarn propagiert, so dass auch diese ihre Routingtabellen aktualisieren, usw. [1801.KE4, S. 152, 155ff] Angenommen, ein TCP-Sender hat Platz für 4 Segmente im Puffer. 3 wurden gesendet, ein Platz ist frei. Nun trifft eine Bestätigung für das zweite Segment ein. Wieviel Platz steht daraufhin im Puffer zur Verfügung? Da es sich um eine kumulative Bestätigung handelt, wurden die ersten zwei Segmente erfolgreich gesendet und können aus dem Puffer entfernt werden. Danach ist im Puffer Platz für 3 Segmente. [1801.KE3 S. 136ff.] Was passiert wenn in einem Netzwerk ein Router ausfällt? Alle andern Router streichen diesen Router aus ihren Routingtabellen und müssen gegebenenfalls die Pfade aktualisieren. [aus 1801.KE4, S. 151ff abgeleitet] Welchen Fortschritt bietet TCP zum Alternating-Bit- Protokoll? Das Alternating-Bit-Protokoll ist ein Stop-and-Wait-Protokoll, d.h. nach jeder Übertragung eines Pakets wartet das Protokoll auf die Bestätigung. TCP ist ein Fensterprotokoll, das das Versenden mehrerer Pakete ohne Wartezeit erlaubt und dafür mit Sequenznummern und kumulativen Bestätigungen arbeitet. Außerdem unterstützt TCP die bidirektionale VollduplexÜbertragung zwischen Sender und Empfänger. [1801.KE3 S. 128f.] Was ist Multicasting? Multicasting-Protokolle erlauben es eine Nachricht effizient an eine Gruppe von Empfängern zu senden. Verwendet wird dies z.B. beim Videostreaming, bei kooperativen Anwendungen (Telefonkonferenz, etc.) oder WWW Cache-Updates. [1801.KE4, S. 174] Was passiert, wenn man einen neuen Router anschließt? Der neue Router macht sich bei seinen Nachbarn bekannt und bekommt von diesen ihre Routingtabellen zugeschickt. Diese fügt er zusammen, sortiert sie und streicht die ungünstigsten Routen. Auf diese Weise erhält er seine eigene Routingtabelle, die er wiederum nach Maßgabe des Bellman-Ford-Algorithmus (d.h. nur soweit ein neues Distanzminimum für einen Zielknoten existiert) an seine Nachbarknoten propagiert, sodass sich die Information, so weit erforderlich, über das Netz ausbreitet. [1801.KE4 S. 156f.] Welche Protokolle werden auf den Schichten des Internets jeweils angewendet? Anwendungsschicht: u.a. HTTP, SMTP, FTP. Transportschicht: TCP und UDP. Vermittlungsschicht: IP und zahlreiche Routing-Protokolle. Sicherungsschicht: u.a. Ethernet, PPP, ATM, Frame-Relay. Bitübertragungsschicht: abhängig von Verbindungsleitung und Übertragungsmedium, im Ethernet z.B. für Twisted Pair, Koaxialkabel, Glasfaser usw. [1801.KE3 S. 96f.] Müssen denn alle Router auf dem Weg multicast-fähig sein? Nein, wenn ein Multicast-Router den Zielhost nicht direkt über einen Multicast-Router erreichen kann, tunnelt es die zu versendenden Nachrichten als Unicast-Nachrichten bis zum nächsten Multicast-Router. [1801.KE4, S. 182] Welche grundlegenden Netzwerk-Topologien kennen Sie? Busnetze (Broadcast-Netze, Carrier-Sense-Netze) haben nur einen Übertragungskanal, der von allen angeschlossenen Hosts gemeinsam genutzt wird; durch Repeater können Busnetze miteinander verbunden werden. Gebräuchlichstes Protokoll ist das Ethernet- Protokoll. Netze in Sterntopologie fassen jeweils mehrere Hosts über einen Hub zu einem Stern zusammen, mehrere Sterne können über einen weiteren Hub (Bitübertragungsschicht) oder eine Bridge (Sicherungsschicht) zu einem größeren Stern verbunden werden. Auch hier wird meist das Ethernet-Protokoll genutzt. Ringnetze verbinden jeweils zwei benachbarte Knoten; jeder Knoten ist aktiv am Transport der Daten beteiligt und entscheidet, ob die Nachricht verändert oder unverändert weiterzuleiten oder vom Ring zu nehmen ist. Das Problem, daß bei Ausfall eines Knotens keine geregelte Kommunikation mehr möglich ist, kann dadurch gelöst werden, daß alle Ringleitungen durch einen zentralen Raum geführt werden, wo ausgefallene Knoten überbrückt werden können (sternförmige Ringnetze). Protokolle sind Token-Ring (IEEE 802.5) und FDDI (fiber distributed data interface). [1801.KE4 S. 184ff.] Welche Verbindung wird auf der Transportschicht hergestellt? Zwischen zwei Prozessen auf verschiedenen Hostrechnern. [1801.KE3 S. 114] Wie schafft es die Vermittlungschicht zwei Hosts miteinander zu verbinden? Durch Routing und Vermittlung: Die Vermittlungsschicht ermittelt den Pfad, über die ein Segment zum Emfänger gelangen kann und ermittelt die richtige Schnittstelle für den Dienst der Sicherungsschicht, das Datagramm zum nächsten Knoten zu transportieren. [1801.KE4, S. 149] Wie vermeidet man Übertragungsfehler bei TCP? Durch Prüfsummen, Sequenznummern und Empfangsbestätigungen. Weitere Konzepte der Fehlererkennung kommen erst auf weiter unten liegenden Schichten zur Anwendung, insbesondere in der Sicherungsschicht. [1801.KE3, S. 135f] Was enthält die Routingtabelle eines Routers? Die Routingtabelle ist Bestandteil des IP-Protokolls und dient dazu, den kürzesten Pfad zu einem anderen Netzwerk zu ermitteln. Sie enthält pro Eintrag die IP-Adresse des Ziel- Netzwerks, die IPAdresse des nächsten Routers (falls benötigt), die Distanz in hops (Anzahl der Netzwerke incl. Zielnetzwerk, die auf der Route überquert werden) und (falls die Routingtabelle einem Router gehört) die IP-Adresse des Interface, das für den Versand benutzt wird. [1801.KE4 S. 166f.]