1. Vernetzte IT-Systeme
1. Einführung
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke
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2. Vernetzte IT-Systeme
1. Einführung
1.1.1 Überblick und Anforderungen
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke
12. 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
13. Vernetzte IT-Systeme
1. Einführung
1.1.2 Überblick und Anforderungen
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke
14. 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)
Überblick und Anforderungen 14
15. Ziele für den Einsatz von Netzwerken
Synergieeffekte Effektive Informations-beschaffung/
verteilung
Flexibler Austausch von
Daten/Programmen
Überblick und Anforderungen 15
Ressourcen-
Sharing
17. Anforderungen – Bsp. E-Commerce
B2B B2C
LAN
Einkauf Produktion Verkauf
Extranet Intranet
Internet
Extranet
Überblick und Anforderungen 17
18. Anforderungen – Bsp. Bandbreite
1970 1980 1990 2000 2010 2020
Jahre
Bandbreite bit/s
100 Gbit/s
10 Gbit/s
1 Gbit/s
100Mbit/s
10 Mbit/s
1 Mbit/s
100 kbit/s
10 kbit/s
1 kbit/s
Text
Grafik
Bilder
Audio
Video
Überblick und Anforderungen 18
19. Anforderung – Dienstgüte
QoS: Quality of Service
Zuverlässigkeit Isochronität
Verzögerung Auswirkung
> 600 ms keine Kommunikation
möglich
600 ms keine
zusammenhängende
Kommunikation möglich
250 ms stark störend
50 ms kaum wahrnehmbar
Überblick und Anforderungen 19
21. 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.
Überblick und Anforderungen 21
22. Vernetzte IT-Systeme
1. Einführung
1.2.1 Strukturierung und Schichtenbildung
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke
23. Generelle Charakterisierung von Netzwerken
Transport- und Übertragungssystem
Vermittlung Endsysteme
Strukturierung und Schichtenbildung 23
24. Netzwerkklassen/Entfernungsklassen
WAN
vom PAN zum GAN
0,01 0,1 1 10 100 1.000
Entfernung [km]
Bandbreite bit/s
100 Gbit/s
10 Gbit/s
1 Gbit/s
100Mbit/s
10 Mbit/s
1 Mbit/s
100 kbit/s
10 kbit/s
1 kbit/s
10.000
LAN/SAN
PAN
MAN
GAN
Strukturierung und Schichtenbildung 24
25. WAN versus LAN
Pkt.-zu-Pkt. Verbindung
Transport Dienst
Netzwerkdienste
…
Vielfachzugriff
Mobildienste
Webdienste
Strukturierung und Schichtenbildung 25
Printdienste
DBdienste
26. Topologie
Die Konfiguration (Anordnung), die durch die Verbindungen
zwischen den Systemen in einem Netzwerk oder zwischen
mehreren solcher Netzwerke gebildet wird.
Foto von J. Mallos, flickr, http://bit.ly/12JpJfe, 23.7.2013
Strukturierung und Schichtenbildung 26
33. Abstraktes Schichtenmodell
Anwendung Anwendung
Schnittstellen zu Diensten
SAP: Service Access Point
Physikalische Schicht
Strukturierung und Schichtenbildung 33
vertikale Kommunikation
vertikale Kommunikation
horizontale Kommunikation
virtuelle Kommunikation
34. Dienste
Antwort
Dienst-Nutzer Dienst-Nutzer
Anfrage Anzeige
Dienst-Erbringer
SAP: Service Access Point
Strukturierung und Schichtenbildung 34
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
Bestätigung
35. Primitives im Weg-Zeit-Diagramm
Dienst-
Erbringer
Dienst-
Nutzer
Dienst-
Erbringer
Strukturierung und Schichtenbildung 35
Dienst-
Nutzer
t t
t t
unbestätigter Dienst
(unconfirmed service)
bestätigter Dienst
(confirmed service)
request
indication
indication
request
confirm
response
36. Vernetzte IT-Systeme
1. Einführung
1.3.1 ISO/OSI Referenzmodell
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke
37. Alles klar? – Überblick, aber wie?
ISO/OSI Referenzmodell 37
38. 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!
ISO/OSI Referenzmodell 38
Foto von N. Matthews http://bit.ly/13ahPeT , 23.07.2014
39. Bsp.: E-Mail senden
ISO/OSI Referenzmodell 39
E-Mail/Daten
Wie kommt die Information über
das Netzwerk zum Empfänger?
40. Bsp.: E-Mail senden – Anwendungsschicht
Anwendungsschicht E-Mail/Daten AH
…diese Daten werden von einem E-Mailprogramm
gesendet
…SMTP als Protokoll der obersten Schicht
…Schnittstelle zum Anwender
ISO/OSI Referenzmodell 40
41. Bsp.: E-Mail senden – Darstellungsschicht
Anwendungsschicht E-Mail/Daten AH
Darstellungsschicht E-Mail/Daten AH PH
…wie wird die Information dargestellt?
…ASCII, HTML, JPG, MPEG4,…
…Komprimierung, Verschlüsselung,…
ISO/OSI Referenzmodell 41
54. E-Mail kommt beim Server an…
…Signaldecodierung, Bitfolge, …
…MAC-Adresse, …
…IP-Adresse
…TCP-Port, E-Mail,
…SMTP
Datenentkapselung
ISO/OSI Referenzmodell 54
55. ISO/OSI-Modell
Application Layer
Presentation Layer
Session Layer
Transport Layer
Anwendungsschicht
Darstellungsschicht
Sitzungsschicht
Transportschicht
Vermittlungsschicht
Sicherungsschicht
Übertragungsmedium
Network Layer
Link Layer
Physical Layer
Bitübertragungs-schicht
ISO/OSI Referenzmodell Seite 55
56. Vernetzte IT-Systeme
1. Einführung
1.4 Protokolle und Dienste
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke
57. Protokolle und Standards
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.
Protokolle und Dienste 57
58. 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
RFC 793, TCP, http://tools.ietf.org/html/rfc793 Stand 7.7.2014
Protokolle und Dienste 58
59. 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
Protokolle und Dienste 59
60. Zusammenspiel der Schichten
TP-Kabel
Protokolle und Dienste 60
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
LWL
61. Modellzuordnung von Internet Protokollen
Address Resolution Protocol
(ARP) RFC 826
Internet Protocol (IP)
RFC 791
Internet Control Message
Protocol (ICMP) RFC 792
Ethernet, Token Passing, ATM, FDDI, PPP, PPPoE…
Anwendung,
Prozess
Host-to-Host
Internet
Protokolle und Dienste 61
Anwendung
Darstellung
Sitzung
Netzwerk
Sicherung
Bitübertragung verdrillte Doppelader, Koaxialkabel, LWL, drahtlose Übertragung
Netzwerk-
Zugriff
Transport
Transmission 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 Hypertext
Domain Name
Service
Netzwerk
Management
66. 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
67. 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
Verzögerung
Bandbreite Übertragungsleitung
[3,4] Kap. 4
Leistung 68
68. 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
4 3 2 1 4 3 2 1
Zeit
WAN
Leistung 69
69. 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:
http://cisco.hsw-hameln.de, 2011
Leistung 70
70. Vernetzte IT-Systeme
1. Einführung
1.6.1 Grundkonzepte Netzplanung
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke
71. 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 Deadlyhappen, http://bit.ly/18dBqhS , 8.8.2013
73. 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?
– …
Einführung - Grundkonzepte Netzwerkplanung 74
75. Analyse-/Planungsphase
Phasen der Netzwerkplanung Ergebnisse
Einführung - Grundkonzepte Netzwerkplanung 76
Anwender-/Anwen-dungsanalyse
Datenflussanalyse
logischer Entwurf
Physikalischer
Entwurf
Adressierung und
Routing
Ist-Analyse
Soll-Konzept
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
76. Vernetzte IT-Systeme
1. Einführung
1.6.2 Grundkonzepte Netzplanung
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke
77. 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
Einführung - Grundkonzepte Netzwerkplanung 78
78. Planungsphase
Simulation – Überprüfung der Funktionsfähigkeit des Netzentwurfs z.B.
mit Cisco Packet Tracer:
Cisco-Hilfe für Studenten, Ping-Probleme, Stand 08/2012
Einführung - Grundkonzepte Netzwerkplanung 79
79. Planungsphase
Kostenabschätzung zur Beurteilung eingeholter Angebote
reichelt Elektronik, Verlegekabel, Stand 08/2013 Jacob Elektronik, Netzwerke, Stand 08/2013
Einführung - Grundkonzepte Netzwerkplanung 80
83. 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
Einführung - Grundkonzepte Netzwerkplanung 84
84. 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
Einführung - Grundkonzepte Netzwerkplanung 85
85. 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
Einführung - Grundkonzepte Netzwerkplanung 86
86. 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:
http://cisco.hsw-hameln.de, 2013
Einführung - Grundkonzepte Netzwerkplanung 87