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WING FHNW
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Welche Aussagen zum WebSocket Applikationsprotokoll sind korrekt?
Problemdarstellung MQTT
Summary: HTTP Eigenschaften
unidirektional, synchron, stateless
one-to-one
internettauglich
sicher, mittels TLS
Plattformunabhängig
Aber kein Push vom Server möglich:
Der Kommunikationsaufbau muss immer vom Client erfolgen, da die Firewalls einen initialen Verbindungsaufbau vom Server zu einem Client unterbinden müssen.
Summary: WebSocket Eigenschaften
bidirektional (full-duplex)
one-to-one
internettauglich
sicher, mittles TLS
Plattformunabhängig (Java usw.)
Aber kein one-to-many Broadcast an mehrere Clients
Ein one-to-many Verhalten muss im Server ausprogrammiert werden, d.h. es braucht ein Management der offenen WebSocket-Verbindungen.
Motivation HTTP
- Punkt-zu-Punkt Verbindung (one-to-one)
- Request-Response Modell => Unidirektional => Client/Server
- Schwergewichtig
Motivation Websocket
- Punkt-zu-Punkt Verbindung (one-to-one)
- Bidirektional => gleichwertige Kommunikationspartner
- Kein Applikationsprotokoll spezifiziert
Motivation MQTT
- soll leichtgewichtiges Protokoll sein
- soll One-to-Many Verbindungen unterstützen
- soll geringen Kommunikations-Overhead aufweisen
Bedeutung MQTT
Message Queue Telemetry Transport
Funktion MQTT
Der Paradigmenwechsel von einer Request/Response- zu einer ereignisgesteuerten Publish/Subscribe-Architektur ist hierbei der zentrale Aspekt. Sie ersetzt die Punkt-zu-Punkt-Verbindungen durch einen zentralen Server (Broker), zu dem sich Datenproduzenten (Publisher) und Datennutzer (Subscriber) gleichermassen verbinden können.
Wie funktioniert Senden und Empfangen beim MQTT?
Das Senden (publish) und Empfangen (subscribe) von Nachrichten funktioniert über sogenannte Topics.
Was für eine Art Protokoll ist das MQTT?
Ein Asynchrones
Eigenschaften MQTT
- ist für unzuverlässige Netze mit geringer Bandbreite und hoher Latenzzeit entwickelt
. ist robust bei Datenverlusten und schlechten Verbindungen
- hat geringen Kommunikationsoverhead
- kann mit TLS verschlüsselt werden
Was ist ein MQTT Topic
- sind eine Form von Adressen ¨ jede Nachricht ist einem Topic zugeordnet
- ist von der Funktions- und Schreibsyntax Ordnern in einem Filesystem sehr ähnlich
- Beispiel: “5OG/Zimmer5/Temperatursensor/Temperatur”
Was ist ein MQTT Client
- ist der “Endnutzer” der Kommunikation
- kann Nachrichten eines Topics empfangen (Subscriber)
- kann Nachrichten im (gleichen) Topic veröffentlichen (Publisher)
Was ist ein MQTT Broker?
- ist das Backend für MQTT
- verwaltet und administriert jeglichen Datenverkehr:
Speicherung, Verwaltung und Verteilung aller Informationen zu Topics und deren Subscribers
Eigenschaften MQTT Broker
- eine Software, die auf einem Computer (vor Ort oder in der Cloud) läuft.
- selbst installiert oder von einem Drittanbieter gehostet.
- sowohl in Open-Source- als auch in proprietären Implementierungen verfügbar.
MQTT Cloud Infrastruktur
MQTT Komponenten
MQTT Broker
-Zentrale Komponente
- Kommunikationsschaltstelle
- Unterschiedliche Implementationen verfügbar
MQTT Client
Für jede Programmiersprache verfügbar
Kann gleichzeitig sein:
Publisher à Sender von MQTT Messages
Subscriber à Empfänger von MQTT Messages
Wofür ist die Qualitätskontrolle MQTT QoS?
MQTT basiert auf TCP/IP, deshalb ist eine grosse Zuverlässigkeit bei der Übertragung bereits gegeben.
Bei mobilen Netzen mit vielen Übertragungsfehlern durch Verbindungsprobleme ist dies aber nicht ausreichend.
Daher hat das MQTT Protokoll Mechanismen eingebaut, die das erfolgreiche Übertragen von Nachrichten garantieren: Die Zusicherung variiert von keiner Garantie (Level 0) über die, dass die Nachricht mindestens einmal ankommt (Level 1), bis hin zur Garantie, dass die Nachricht genau einmal ankommt (Level 2). (Der Unterschied zwischen Level 1 und 2 liegt darin, dass es bei Level 1 passieren kann, dass eine Nachricht öfter einen Client erreicht.)
Je nach Anwendungsfall sollte der passende Level gewählt werden, denn je höher der Level, desto höher ist die benötigte Bandbreite.
Wichtigsten Features von MQTT
MQTT "publish/subscribe" Architektur
Ideal für Constrained Netzwerke
"low bandwidth, high latency, data limits, and fragile connections"
Quality of Service (QoS)
"The higher the QoS, the lower the performance"
MQTT Clients können bei einem Verbindungsunterbruch benachrichtigt werden
"Last will and testament"
MQTT Clients sind einfach zu implementieren
Die asynchrone, serielle Datenkommunikation braucht 2 Datenleitungen im Duplex-Modus.
"9600 8N1" bedeuten:
Welche Aussagen zur Länge des Datenpakets sind korrekt?
Bei Little-Endian wird das MSB zuerst versendet.
MSB = Most significant bit
Die Baudrate wird mit Bytes pro Sekunde (bps) angegeben.
Es sind Bits pro Sekunde
Welche Aussagen zum Paritybit sind korrekt?
Die serielle Datenkommunikation hat immer ein Stopbit.
Die serielle Datenkommunikation hat immer ein Startbit.
Die asynchrone, serielle Datenkommunikation braucht 2 Datenleitungen im Simplex-Modus.
Die synchrone, serielle Datenkommunikation braucht 2 Datenleitungen im Simplex-Modus.
Was bedeuted die bezeichnung?
Baudrate: 9600 bps
Data Bits: 8
Parity Bit: None
Stop Bit: 1
Litttle Endian: Start mit LSB
Was ist die minimale Voraussetzung für die Wahl der Baudrate?
Die beiden Geräte müssen dieselbe Baudrate besitzen. am gebräuchlichsten ist 9600bps
Was zeigt die Bits pro Sekunde an?
Die Baudrate
Welches sind die Bits welche für die Synchronisation zuständig sind?
Startbit (wechselt auf 0) und Stoppbit (Wechselt auf 1) --> Sie markieren Anfang und Ende
Asynchrones, serielles Protokoll: Regeln
Asynchrones, serielles Protokoll: Regeln
Kostengünstigste Protokollarten (absteigend)
1. Asynchron-Seriell
2. Synchron-Paralell
3. Parallel
Effizienz der Protokollarten (absteigend)
1. Parallel
2. Synchron-Seriell
3. Asynchron-Seriell
Die Daten b0-b7 bestehen aus den Werten 0 und 1.
Die Daten werden nacheinander von Out zu In übertragen.
Es wird keine externes Clock-Signal eingesetzt.
Es braucht 1 Leitung (1 Daten).
Asynchrone, Serielle Kommunikation
Die Daten b0-b7 bestehen aus den Werten 0 und 1.
Die Daten werden nacheinander von Out zu In übertragen. innerhalb eines Clock-Taktes (CLK).
Es braucht 2 Leitungen (1 Daten und 1 Clock).
Synchrone, Serielle Kommunikation
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Lernkarten
Welche Aussagen zum Internet Layer sind korrekt?
Welche Aussagen sind korrekt?
Welche Aussagen zum Network Access Layer sind korrekt?
Welche Reihenfolge der PDUs in den Layers ist korrekt?
Welche Aussage zu DNS ist korrekt?
Wie kann ein Rechner seine IP-Adresse erhalten?
Ein Rechner hat immer nur eine MAC-Adresse
Man kann einen Server-Service gleichzeitig unter mehreren Ports betreiben.
Wie können Rechner mit privaten Adressen im Internet kommunizieren?
Private IP-Adressen müssen in öffentliche übersetzt werden.
Network Address Translation (NAT).
Diese findet im Gateway statt (Router oder Firewall)
Für diese Wegleitung ist der Router (Gateway) zuständig.
Sobald Sie aus einem LAN über das Internet kommunizieren wollen, muss geregelt werden wie die Datenpakete ins Internet gelangen und wie Datenpakete aus dem Internet den Weg zu
den jeweiligen Computern finden.
Alle Datenpakete deren Empfänger sich ausserhalb des eigenen Netzes befindet, werden an das Gateway gesendet.
Damit PCs, Server, etc. in einem heute üblichen Netzwerk (TCP/IP) miteinander kommunizieren können, müssen sie mit folgenden
Informationen konfiguriert werden:
- IP-Adresse
- Subnetzmaske
- Defaultgatewy
- DNS-Server (Sollte nicht geprüft werden)
wie wird die IP Adresse abgefragt?
Eingabeaufforderung öffnen cmd und ipconfig
eintippen
Mit der IP-Adresse bewegen wir uns im Protokollstack noch nicht auf der physikalischen Netzwerkstruktur.
Jeder Host benötigt auch auf Netzwerk-Layer eine Adresse.
Wie wird diese Adresse definiert?
Üblicherweise werden Hosts via Netzwerkkarte (NIC) mit dem lokalen Netzwerk verbunden. Jede dieser Netzwerkkarten verfügt über eine weltweit eindeutige Netzwerklayer-Adresse die sog.
Media-Access-Control-Adresse (MAC Adresse).
MAC-Adress-Struktur
48 Bit, notiert in hexadezimaler Schreibweise, getrennt durch einen Doppelpunkt
Die vordere Hälfte der Adresse kennzeichnet den Hersteller, z.B. 08:00:20:x:x:x
Die hintere Hälfte wird vom Hersteller autonom verwaltet
Welche Aussagen zum OSI-Modell sind korrekt?
Welche Aussagen zum TCP/IP-Modell sind korrekt?
Der Default TCP-Port für HTTP ist 8080.
Welche Aussagen zu TCP sind korrekt?
Welche Aussagen zur IP-Adresse sind korrekt?
localhost hat immer die IP-Adresse 127.0.0.0
Die IP-Adresse 10.212.84.113 ist eine private IP-Adresse.
Je nach IP-Adressklasse kann eine unterschiedliche Anzahl Hosts adressiert werden.
Die IP-Adresse von Broadcast endet immer mit 256.
Die IP-Adresse des Routers endet normalerweise mit 1.
Was ist ein Webserver?
Als Webserver (englische Schreibweise: „web server“; auch „HTTP-Server“ genannt) bezeichnet man jene Server, die zur Verbreitung von Webinhalten im Inter- oder Intranet dienen (englisch: „to serve“ = dienen/bedienen).
Als Teil eines Rechnernetzwerks übertragen sie Dokumente an sogenannte Clients - beispielsweise eine Webseite an einen Webbrowser.
Welche Arten von Webserver gibt es?
Ein Webserver kann statischen und/oder dynamischen Inhalt (Content) bereitstellen.
Statisch bedeutet, dass der Inhalt so angezeigt wird, wie er ist.
Dynamisch bedeutet, dass Inhalte auf der Serverseite dynamisch aktualisiert und verändert werden können.
Ein statischer Webserver besteht aus einem Computer und HTTP-Software. Er wird als statisch bezeichnet, weil der Server die gehosteten Dateien unverändert an einen Browser sendet.
Was beinhaltet ein einfacher HTTP-Server?
HOST --> Setup IP; "" => 0.0.0.0 => über alle lokalen IP Adressen erreichbar
PORT --> Setup TCP
handler --> create an instance of an http handler
httpd --> create tcpserver with http handler
httpd.serve_forever() --> run tcpserver forerver
Was macht ein dynamischer Webserver?
Ein Webserver kann dynamischen Inhalt (Content) bereitstellen.
Dynamisch bedeutet, dass Inhalte auf der Serverseite dynamisch aktualisiert und verändert werden kann.
Zentral dabei ist die Klasse "SimpleHttpRequestHandler"
Der Handler verarbeitet HTTP Requests und generiert HTTP Responses.
Diese HTTP Messages sind spezifiziert.
Die Spezifikation muss unbedingt eingehalten werden, so dass sich die Kommunikationspartner verstehen können.
Aus welchen teilen bestehen HTTP-Messages?
1. startline
2. HTTP headers
3. empty line
4. body
HTTP-Methoden im SimpleHttpRequestHandler
def do_GET(self) --> Handler für den GET Request
def do_POST(self) --> Handler für den POST Request
def do_PUT(self) -->Handler für den PUT Request
def do_DELETE(self) --> Handler für den DELETE Request
In/Out-Streams in SimpleHttpRequestHandler
Die Daten/Payload für die Response werden in den Output Stream "wfile" geschrieben
wfile: Contains the output stream for writing a response back to the client.
Die Daten/Payload des Requests werden vom Input Stream "rfile" gelesen
rfile: An input stream, ready to read from the start of the optional input data.
Zusammensetzung dynamische HTML-Response
Die HTML-Response setzt sich zusammen aus:
Status Code, z.B. 200
Content Type, z.B. "text/html"
Content, z.B. "<h2>Hello</h2>
Dynamische HTML-Response im Programm
Wie wird ein POST-Request verarbeitet?
Der Payload wird über den Input Stream "rfile" eingelesen.
In der Methode "rfile.read(size)" muss die Anzahl der Bytes angegeben werden.
Die Anzahl der Bytes sind im Request-Header unter dem Key "Content-Length" angegeben.
Was erlaubt das Pipelining?
Es erlaubt mehrere Request/Response über die gleiche verbindung gleichzeitig.
Beschreibe die Anwendungssicht
Die Anwendungsschicht umfasst alle Protokolle, die mit Anwendungsprogrammen zusammenarbeiten.
Beschreibe die Transportschicht
Die Transportschicht ermöglicht eine Ende-zu-Ende-Kommunikation.
Beschreibe die Internetschicht
Die Internetschicht ist für die Weitervermittlung von Paketen und die Wegewahl (Routing) zuständig. Kern dieser Schicht ist das Internet Protocol (IP) in der Version 4 oder 6.
Beschreibe die Netzzugangsschicht
Die Netzzugangsschicht ist als Platzhalter für verschiedene Techniken zur Datenübertragung von Punkt zu Punkt zu verstehen z.B. durch Protokolle
wie Ethernet, FDDI, PPP(Punkt-zu-Punkt-Verbindung) oder 802.11 (WLAN).
Wie ist ein HTTP Request aufgebaut?
HTTP Resource Path
HTTP Protocol Version
HTTP Method
IP Address
TCP Port
