Medieninformatik

• alle Arbeitsstationen sind ringförmig miteinander verbunden
• Daten werden von sendendem Computer in Ring eingespeist & von Rechner zu Rechner geleitet
• Vorteil
  • keine Beschränkung der Länge (großflächige Abdeckung)
  • Signal pro Rechner wird verstärkt (kein Verlust oder Beschädigung von Daten)
• Nachteile
  • z.T. hoher Aufwand bei Verkabelung
  • Sicherheit der Datenübertragung (alle Computer erhalten alle Daten)
  • Ausfall eines Engerätes führt ggf. zu Unterbrechung der gesamten Netzkommunikation 
    • Alternative: Doppelring in beide Richtungen

• Erweiterbarkeit ist begrenzt (Anzahl der Steckplätze beim mittleren Rechner = beschränkt)
• schlechtere Performance bei hoher Netzauslastung

• Switches oder Hubs (indirekt)
  • Computer werden an Steckplätze angeschlossen
  • eintreffende Nachrichten über Steckplätze (Ports) verteilt
    Port = Anschlüsse am Verteiler (hat noch eine andere Bedeutung)
• Switch= Intelligenter Hub (d.h. Daten werden über interne Tabellen dorthin verteilt, wo sie tatsächlich benötigt werden
• Hubs fast immer Sterntopologie, aber ohne Nachteile (da ≠ Begrenzung der Steckplätze)

1. LAN (Lokal Area Network)
2. WAN (Wide Area Network)
3. WLAN (Wireless LAN)
4. Interconnected LANs

1. größte Netzwerkgruppe
2. lokales Netz, realisiert begrenzte Anzahl von Verbindungen von PCs, Workstations oder Servern in räumlich begrenztem Raum
3. hohe Bandbreite (= Datenübertragung hoch)
4. kurze Latenzzeiten (durch hohen Durchsatz)
5. traditionell nur über ein Gebäude/wenige huntert Meter begrenzt
   • heute: durch Glasfaser und Ethernet weitere Reichweiten (trotzdem begrenzte Fläche)

1. Weitverkehrsnetz
2. große (aber limitierte) Anzahl von Verbindungen von PCs, Workstations, Servern oder LANs über sehr große Räume
3. Je weiter Rechner entfernt, desto mehr Kabel benötigt 
   > größeres Risiko des Datenverlusts
4. eher in USA genutzt

1. drahtloses, lokales Netzwerk (Funk)
2. geringe Anzahl von Verbindungen von PCs, Workstations, Servern über kleine Räume
3. niedrigere Bandbreite (mittlerweile etwas besser)
4. Störanfällig durch Funk (bspw. Wände, Stahlträger)

1. Computernetzwerke können über Router verbunden werden
2. Router hat viele Steckplätze, um verschiedene Netzwerke zu verbinden
3. ermöglichung und Regulierung des Datenflusses zwischen einzelnen Netzwerken

1. Größe
2. Bandbreite (Mbits/s)
3. Geschwindigkeit (Latenz/Verzögerung in ms)
4. Technische Umsetzun (Medium)

• Verbindungen von verschiedenen Netzwerken
• besteht aus Vielzahl einzelner Netze, die gemeinsam Internet bilden
• dezentral angeordnet
• Netze = theoretisch unabhängig voneinander funktionsfähig
  aber nur durch Verbindung bilden sie das Internet ab
• Topographien
  • lokal oft Stern- oder Baumtopographie 
  • Internet = Mesh (viele Wege, dezentral und ausfallsicher)

• Verbindung mehrerer eigener Geräte mit dem Internet
• Heimrouter (Internetrouter) = Multifunktionsgeräte mit
  • Switch mit mehreren LAN-Ports
  • WLAN Access Points
  • Telefonschnittstellen
  • z.T. integriertem Modem (zur physikalischen Verbindung mit LAN/WAN des Providers)
• Geräte kommunizieren über Modem/Router
  • durch Modem kann nach außen kommuniziert werden
• Router verbindet sich mit nächstmöglichen Provider des Anbieters

• Netzwerkarchitektur
  • physikalische Konfiguration
  • physikalische Verbindung von Maschinen
  • Topologien: Stern, Bus, Ring
• Kommunikationsarchitektur
  • logische Konfiguration
  • Rolle der einzelnen Maschinen (z.B. Client-Server)
  • Datenfluss zwischen Maschinen
  • logische Topographie kann von physikalischer Topographie abweichen
  • Virtualisierung: ≠ zwingender Zusammenhang zwischen Hard- und Software
    • d.h. Server muss nicht zwingend ein eigenes Gerät sein (auf einem Computer können mehrere Server betrieben werden)

1. Client-Server Architektur
   • verschiedene Arten von Rechnern
   • Server = bietet Dienste/Ressourcen für Client an
     • z.B. Webserver mit verschiedenen hinterlegten Websiten, auf die zugegriffen werden kann
   • Client = fordert Ressourcen/Dienste von Server an (eigener PC)
     • stellt Anfrage an Server, z.B. Website aufrufen
   • "ins Internet gehen" = Verbindung des eigenen Client mit dem Server
2. Peer-to-Peer-Architektur
   • alle Rechner eines Netzwerkes sind gleichzeitig miteinander verbunden
   • kein zentraler Server (Datenaustausch = dezentral)
   • Nutzung:
     • Datenaustausch
     • Nutzung gemeinsamer Ressourcen oder Kommunikation
   • Bsp.: Privates Heimnetzwerk, Videochats (Skype), Zugriff über Heimnetzwerk auf Drücker
   • WhatsApp z.B. über einen Server verbunden und nicht Gerät-Gerät

• Internet erfordert Netzwerk + Protokolle (=gemeinsame Sprache)

• Definition von Protokollen zur Kommunikation verschiedener Netzwerke miteinander
• vollständiges Kommunikationsprotokoll muss alle Aspekte beschreiben
  • = physikalische Signalübertragung bis zu komplexen Dienstan
  • durch Anwendungsprogramm gefordert 
  • Beinhaltet viele Aufgaben und Anwendungen (= hohe Komplexität)
• Referenzmodelle werden genutzt um zu beschreiben, was passiert

• Open System Interconnection Model (1993)
• von ISO (International Standardization Organization) entwickelt
• häufiger Standard und in Literatur verwendet
• Grundidee:
  • Beschreibung von Datennetzen in 7 Schichten (Layern)
  • jede Schicht hat spezifische Aufgaben und standardisierte Protokolle
  • jede Schicht stellt Funktionalität für nächsthöhere Shcicht bereit

• zwei Rechner sind über Übertragunsmedium miteinander verbunden
  • untere beide Schichten: Signalaebene
  • Mittlere Schichten: Transport- und Vermittlung
  • Obere Schichten: Programm und Anwendung
• Vereinfachung des Modells aufgrund von Kritik 
  • Kritik: sehr theoretisch, wenig anwendungsorientiert, "aufgebläht" und akademisch
  • Alternative:
    • lokale Netze und Datennetze im Internet verwenden TCP/IP Protokollstapel

• Gruppe von Protokollen, die Grundlagen für Internet und andere Netzwerke bildet
• zwei Geräte, vier Schichten
  • unten: Signalebene
    = Netzzugangsschicht, die für physikalische Übertragung binärer Daten zuständig ist
    • Protokolle: Ethernet
  • mitte: Internet- und Transportschicht (TCP/IP)
    = Transportschicht stellt Ende-zu-Ende-Verbundung zwischen Rechnern inkl. sicheren Datentransport her 
    • Protokolle: TCP/UDP
  • = Internetschicht zerlegt Daten (Datagramme), Adressierung (IP-Adresse) und Weitervermittlung (IP-Routing) der Pakete
    • Protokolle: IP
  • oben: Anwendungsschicht
    = Protokolle der Anwendungsprogramme (z.B. E-Mail Programm)
    • Protokolle: http, ftp, smtp

• Unterteilung in Kopdaten (Header) und Nutzdaten (Payload) für jede Schicht
• Header beinhalten die Infos für Payload, was als nächstes mit den Daten passieren soll 

• Datenpaket auf unterster Schicht: Ethernet Header (z.B. Mac Adresse) + IP Payload
• auf Internetschicht: IP-Header = Ziel- und Quelladresse und TCP Payload (= stellt Funktionalität für nächsthöhere Schicht bereit)
• Transportschicht: TCP-Header (Sockel, Ports, die verwendet werden müssen, um bei richtiger Anwendung zu landen) und Application Payload
• Anwendungsschicht: Application Data

• Aufgabe: Finden des richtigen Netzwerkes/Rechners, zu dem Website geroutet werden soll
  • übertragende Info wird in kleine Pakete zerlegt (Nutzdaten)
  • jedes Paket bekommt Header (= Absender und Empfänger IP-Adressen)
  • Router = Verteilerknoten

• Öffentliche IP = weltweit eindeutig, damit keine Adressierungskonflikte auftreten
• Vergabe durch internationale Organisationen
  • z.B. Internet Assigned Number Authority (IANA)
• Aufbau: IPv4 (Internet protocol version 4)
  • 4 Punkte durch abgretrennte Zahlen
  • jede Zahl mit 8 Bit (=1 Byte) repräsentiert 
    = Werte zwischen 0-255 in dezimaler Schreibweise
  • insgesamt existieren 256^4 mögliche IP-Adressen bei IPv4 (wobei 0 und 255 ungültig wären)
  • Bsp.: 173.194.45.159

• insgesamt 4,3 Milliarden IP-Adressen bei ca. 7 Milliarden Menschen reicht nciht --> IP Knappheit
• Lösung 1: künstliches hochhalten von IPv4
  • Unterscheidung zwischen statistischen und dynamischen IP-Adressen
    • Statisch: einmal zugeteilt, ändert sich nicht mehr
      meist für Rechner, die ständig mit Internet verbunden sind, z.B. Server von Google
    • Dynamisch: wird jedes mal neu zugeteilt
      IP Adresse existiert für Einwählleitung, aber nicht für Benutzer
      man wählt sich in ein Netz ein, wodurch automatisch die IP-Adresse zugewiesen wird
  • Unterscheidung zwischen internen und externen IP-Adressen
    • Extern: global eindeutig (vom Provider vergeben)
    • Intern: können im eigenen Netz vergeben werden und müssen nur dort eindeutig sein
      Bsp.: über Heimrouter mit Internet verbunden, Router hat externe IP-Adresse, die verbundenen Geräte jedoch unterschiedliche, interne IP-Adressen, die nach außen hin jedoch alle nur über den Router laufen
• Lösung 2: IPv6

• Vervierfachung der Länge der IP-Adressen auf 128 Bit (statt 32)
  • 8 Blöcke zu je 2 Byte (16 Bit)
  • durch Doppelpunkte getrennt
  • als Hexadezimalzahl dargestellt
  • mit Index und Präfix versehen
• Übergang von IPv4 zu IPv6 erfolgt nach und nach
• Bsp.: 3ffe:675:53c:31:134:c35:ff:4

• Regelung des Datenflusses zwischen Netzen
• mehrere Wege durch das Internet
  • z.B. Website, die in LA. gehostet wird, kann man entweder über Weg über Paris oder Marokko erreichen
• mit internen Routingtabellen werden Nachrichten an richtigen Adressaten weitergeleitet

• Gruppierung der Computer innerhalb eines Netzes in logische Einheiten
• Innerhalb des Subnetzes können IPs den Geräten zugewiesen werden
• alle Teilnehmenden im Subnetz können sich direkt erreichen
• Bsp. Unterteilung in regionale Subnetze durch Internetprovider und dann IP-Adressen entsprechenden Nummern zuteilen
  • Bsp.: Uni Wü hat Subnetz: 132.187.0.0
    mögliche IP in Subnetz wäre: 132.187.7.195

• Bestimmung des Netzwerkteils und des Gerät/Hostteils der IP Adresse
  • vorderer Teil = Subnetz
  • hinterer Teil = Host
• Netzteil = 1; Hostteil = 0
  • z.B. Subnetzmaske: 255.255.255.0
    erste 3 Byte = Subnetz, letztes Byte = Host
• IPs im Subnetz;
  • erste IP = Netzwerkadresse
  • letzte IP = Broadcast (= Datenpaket an alle Teilnehmenden des lokalen Netzes)
  • alle anderen = frei zuweisbar
• Bsp.: 
  Subnetzmaske: 255.255.255.0
  IP Adresse: 192.168.2.32
  • Netzwerkadresse Subnetz: 192.168.2.0
  • IP beschreibt Gerät Nr. 32 im Subnetz
  • Broadcast: 192.168.2.155

254 (erste und letzte sind bereits vergeben)

• Aufgaben: finden der richtigen Anwendung, die in Header hinterlegt ist
  • wird durch Ports definiert (zweite Bedeutung des Wortes)
  • festgelegte, standardisierte Ports
• TCP/UDP Ports: 16 Bit Zahl, um Anwendungsprozesse zu spezifizieren
  • Port 80: http
  • Port 25: smtp (E-Mail)
  • Port 21: ftp (Datentransfer)
  • Port 23399: Skype

• Transmission Control Protocol
• Verbindungsorientiertes Protokoll mit expliziten Auf- und Abbau der Verbindung
  • dadurch langsamer
• lässt Übertragung in beide Richtungen zur selben Zeit zu (vollduplex)
• zuverlässige Verbindung (z.B. über Nummerierung von Paketen = Sequencing)
• Fehlerkontrolle (Übertragungswiederholung bei fehlenden Paketen)

• User Datagram Protocol
• Verbindungsloses Protokoll 
  • keine feste Verbindung zwischen zwei Endpunkten
• erstellt unzuverlässige Verbindung (nicht sicher, ob Pakete ihre Adressaten erreichen)
• durch fehlende Quittierungsmechianismen schneller als TCP
• wir bspw. bei Videokonferenzen benutzt
  • hier sollten keine Ladezeiten existieren
  • geht ein Paket mal verloren ist das weniger tragisch (ca. 10ms Audio)

• Auffinden von Daten im Internet durch Namen und nicht durch Eingabe der IP-Adresse
• DNS = löst Hostnamen in IP-Adressen auf
  • Vereinfachung: Hostnamen lassen sich leichter merken als IP-Adressen
  • Möglichkeit eines festen Hostnamen, trotz dynamischer IP
• allgemeiner Aufbau: server.(subdomain).SLD.TLD
  • Domain: 
    Top-Level-Domain (TLD) = .de, .dk, .com, .org
    • in Europa regionale Unterteilung, in USA themenbezogen (z.B. edu für educational)
  • Second-Level-Domain (SLD) = uni-wuerzburg
  • Subdomain (optional): mi.
  • Server: www
• DNS liefert auf Anfrage mit Hostnamen die zugehörige IP-Adresse

• beschreibt Adresse der zu ladenden Daten auf Webserver
• Aufbau: protokoll://server.domain/pfad/datei
  • z.B. http://www.mi.uni-wuerzburg.de/lehre/
    • Protokollangabe: welcher Dienst ist erwünscht (http, ftp, ...)
    • Hostname (DNS)
    • Pfadname
    • Dateiname
• Wahl von URLs:
  • Protokoll und Hostname:
    • Groß-/Kleinschreibung irrelevant
    • Leerzeichen und manche Sonderzeichen verboten
  • Pfad- und Dateiname:
    • Groß-/Kleinschreibung ggf. wichtig (abhängig vom Betriebssystem)
    • Leerzeichen und Sonderzeichen erlaubt (aber risky, weil manche Namen auf Windows getested und auf Linux genutzt -> kann problematisch sein)

1. International Organization for Standardization (ISO): grundlegende Standards (z.B. DIN-Norm)
2. International Telecommunication Union (ITUI): Standards zur Datenübertragung und Multimedia-Standards
3. Internet Engineering Task Force (IEFT): Technologie des Internets (TCP,IP, http): dezentral und selbstorganisierter Zusammenschluss
4. World Wide Web Consortium (W3C): Standardisierung von Technologien für www 

• html: Websiten strukturieren
  • Inhalte der Website
  • html = Hypertext Markup Language
• CSS: Darstellung einer Website
  • Formatierungssprache zur Formatierung und Gestaltung/Design von Websiten
  • CSS = Cascading Style Sheets