IT Infrastruktur SS14

1. Übertragungstreue
2. Dienst dauernd verfügbar
3. Nutzer möchte den Gesprächspartner auswählen können
  o Aufgabe der Vermittlungstechnik, switching
4. Die Distanz sollte für die Telekommunikation keine Rollespielen
5. Wirtschaftlich (billig -> Massenprodukt)
6. Effizient (geringer Ressourceneinsatz)

• Punkt-zu-Punkt (bidirektional)
   o Telefon
• Punkt-zu-Mehrpunkt (unidirektional)
   o Fernsehen
   o Rundfunk
• Mehrpunkt-zu-Punkt (unidirektional)
   o Sensorsysteme

• Simplex: Einwegekommunikation
Es wird von einer Station nur gesendet, während die Andere nur
empfangen kann
   o Keine Rückmeldung
   o Keine Fehlerkorrektur
• Halbduplex: nicht-simultane Zweiwegekommunikation
Datenstationen können in beide Richtungen senden und
empfangen. Allerdings kann an einer Schnittstelle zur gleichen
Zeit nur gesendet oder empfangen werden.
• (Voll-)Duplex: Gegenbetrieb / Zweiwegekommunikation
Datenstationen können in beide Richtungen permanent und
gleichzeitig senden und empfangen

Den Kommunikationspartnern wird für die gesamte Dauer
der Kommunikation ein bestimmter Pfad sowie eine feste
Bandbreite durch das Netz exklusiv zur Verfügung gestellt

    -->Verschwendung von Ressourcen

  3 Phasen:
1. Verbindungsaufbau
2. Datenübertragung
3. Verbindungsabbau

 Beispiel:
• Klassische Telefonie ('analog')
aber auch:
• ISDN oder GSM

Die zu sendenden Nachrichten werden in Pakete zerlegt und
einzeln durch das Netz gelenkt. Hierbei wird die jeweilige
verfügbare Leitungskapazität im Netz verschiedenen
Kommunikationsbeziehungen bedarfsorientiert zur
Verfügung gestellt.

-->keine ständige Belegung der Netzwerkressourcen

 Verbindungslose Paketvermittlung
• Für die Übertragung von Nutzdaten wird keine Verbindung
aufgebaut.
• Jedes Paket geht 'eigene Wege'. (routing)
   o Verbindungsorientierte Paketvermittlung
• Aufbau einer 'virtuellen Verbindung'.
• Alle Pakete gehen den selben Weg. (switching)

 Bsp. ATM, Frame Relay

• Vollständiger Graph
• Ring
• Stern
• Bus
• Baum
• Vermaschtes Netz

Q : Quelle
QC : Quellencodierung
LC : Leitungscodierung / Anpassung an Übertragungskanal
QDC : Quellendecodierung
S : Senke

 Quellencodierung
   o Darstellung von Nutzinformationen in der Art, dass sie von
      dem verfügbaren Übertragungskanal mit möglichst geringen
      Veränderungen übertragen und auf der Empfängerseite
      reproduziert werden können.
 Leitungscodierung
    o Abbilden von digitalen Signalen in einer Form, die für die
      Übertragung gut geeignet ist und z.B. eine einfache
      Taktrückgewinnung ermöglicht.
    o optimal an Übertagungsmedium angepasst

o Sprachkanal im Frequenzbereich von 300Hz bis 3.400Hz
=> Bandbreite 3,1 kHz
o Abtastung alle 125 μs (8 kHz)
o Amplitude wird in 8 Bit codiert (Quantisierung)

Das Abtasttheorem besagt, dass ein kontinuierliches,
bandbegrenztes Signal mit einer Minimalfrequenz von 0
Hz und einer Maximalfrequenz fmax mit einer
Schwingungszahl größer als 2×fmax abgetastet werden
muss, damit man aus dem so erhaltenen zeitdiskreten
Signal das Ursprungssignal ohne Informationsverlust
(aber mit unendlich großem Aufwand) wieder herstellen
bzw. (mit endlichem Aufwand) beliebig genau nähern
kann.
Abtastfrequenz ≥ 2 × Bandbreite

1. Pulsen/abtasten

2. quantisieren

3. coden

o Gleichstromfreiheit
o Taktrückgewinnung

Es existiert kein gemeinsamer Zeittakt für Sender und
Empfänger
o Startbit am Anfang und ein oder zwei Stoppbits am Ende
o Dazwischen (Datenbits) liegt ein festes Zeitraster
o Synchronisation mit jedem Datenbyte
o Maximale Datenrate 19.200 bps

Sender und Empfänger arbeiten mit dem selben
Schritttakt
o Beginn der Zeichen ist Sender und Empfänger bekannt
o Synchronisation am Anfang eines Blocks
(Blocksynchronisation)
o Separate Taktleitung oder selbsttaktender Code

1. In der Ruhelage ist der Signalwert "1".
2. Soll ein Zeichen gesendet werden, so gehe der Signalwert
auf "0" (Start-Schritt). Die Dauer dieses Zustands {0} ist
länger (Faktor 1,3 bis 1,7-fache) als die Dauer eines
Nutzdatenbits.
3. Danach wird der Sender mit dem aus seiner lokalen Uhr
abgeleiteten Takt die entsprechenden Signalwerte auf die
Leitung geben.
4. Nach Übertragung des letzten Signalwerts legt der Sender
wieder den Signalwert 1 (gegebenenfalls für eine etwas
längere Zeit) auf die Leitung (Stop-Schritt).
5. Das nächste Zeichen kann erst nach dem Ende des Stop-
Schritts gesendet werden.

Nachricht wird in Blöcke/Übertragungsblöcke (transmission
blocks) aufgeteilt.
• Einleiten durch Steuerzeichen/Kontrollzeichen (control
character)
o 2 -8 SYN-Zeichen (synchronisation)
o STX-Zeichen (start-of-text)
o Nutzdaten
o ETX-Zeichen (end-of-text)
o 2 oder 4 Prüfbytes BCC (block check character)
o Blöcke sind meist in der Länge begrenzt
• Fragmentierung – Aufteilen in mehrere Blöcke
(ETB end-of-textblock)
• Füllung (filling) – mehrere Information in einem Block
• Füllung mit Fragmentierung – sowohl gefüllt als auch fragmentiert

Zeichenorientiert:
Nutzzeichen = Kontrollzeichen
o Codeerweiterungstechnik (character stuffing) –
hinzufügen von zusätzlichen Zeichen (Fluchtzeichen (Escapecharacter))
um das nächste Zeichen als Nutzdatum zu
interpretieren
o Garantiert ein Protokoll die Übertragung beliebiger
Nutzdaten (ohne verwechslung Nutz-/Kontrolldaten) nennt
man es transparent.

 Bitorientiert:
Beliebige Bitfolge = Kontrollzeichen
o Bitstopfen (bit stuffing) – hinzufügen von zusätzlichen
Bits um Verwechselung auszuschließen
• Bsp. HDLC-LAP B flag = 01111110
• Jeder Bitfolge von fünf 1-Bits wird ein zusätzliches 0-Bit
angehängt
• 111110101010001 wird zu 11111101010001

- Erweitern der Frames um Queparitätsbits und Längsparitätsbits

- 0 = gerade Summe in der Zeile/Spalte | 1 = ungerade Summe in der Zeile/Spalte

- Ermöglicht das Auffinden und reparieren von 1-bit und 2-bit Fehlern. 3 bit fehler können erkannt aber nicht repariert werden.

Basisbandübertragung
o Signale werden ohne Umformung über die Leitung
übertragen.
o > nur ein Übertragungskanal je Leitung
o Bei mehreren unabhängigen Informationsströmen werden
zeitliche Verschachtelung (Zeitmultiplex) benötigt

• Kennzeichen von Basisbandübertragung
o Preiswert
o Leicht handhabbar
o Leicht erweiterbar
o Beschränkte Bandbreite
o Evtl. schlechte Ausnutzung der Übertragungskapazität
o Geringe Entfernung (< 1,5 km)

Breitbandübertragung
o Mehrere Signale werden auf unterschiedliche
Trägerschwingungen aufmoduliert.
o > mehrere Übertragungskanäle je Leitung
o Die zur Verfügung stehende Bandbreite wird in Teilbänder
zerlegt und einem Kanal zugeordnet (Frequenzmultiplex).

• Kennzeichen von Breitbandübertragung
o Weit verbreitet und erprobt (Kabelfernsehen)
o Viele Kanäle auf einem Kabel
o Relativ große Entfernungen überbrückbar (> 10 km)
o Übertragung nur in eine Richtung
Rückkanal über zweites Kabel oder anderen Frequenzbereich
o Beeinflussung von Nachbarkanälen nicht ausgeschlossen

• Betrachtung eines physischen (analogen) Kanals.
• Informationen werden mit Hilfe elektrischer zeitlich
veränderlicher Signale übertragen.
• Diese belegen während bestimmter Zeit (z.B.
Verbindungszeit, Sprechzeit,… ) Bandbreite des
Übertragungskanals.
• Benötigte und vorhandene Bandbreite müssen nicht
übereinstimmen.

Durch Multiplexen kann ein Medium durch Unterteilung in
o Raum,
o Zeit,
o Frequenz oder
o Code
verschiedenen Teilnehmern zur Verfügung gestellt
werden, ohne dass diese sich gegenseitig stören.

Siehe Bild:

-einfach

-gekoppelt

-gebündelt
 

• Statische Multiplexer:
Feste Zuordnung zwischen Anzahl der Einzelkanälen,
deren Übertragungsgeschwindigkeit und der
Übertragungsgeschwindigkeit des Multiplexkanals
• Dynamische Multiplexer:
Variable Zuordnung der Anzahl und Übertragungsgeschwindigkeiten
der Teilkanäle.
Dynamische Zuordnung der Gesamtkapazität des
Multiplexsystems in Abhängigkeit von der Belegung.
• Statistische Multiplexer:
o Keine feste Zuordnung für die einzelnen Kanäle.
o Ausnutzung der statistischen Eigenschaften der Quelle
o Nutzung eines Paketkopfes

• Jedem Teilnehmer wird ein exklusiver Frequenzbereich
zugewiesen.
• Verschiedene Teilnehmer können zeitgleich senden.
• Dann kann der Empfänger die Signale trennen.

• Jedem Teilnehmer wird das Medium mit der kompletten
Bandbreite exklusive für einen gewissen Zeitabschnitt
zugewiesen.
• Zuweisung kann statisch oder bedarfsgesteuert erfolgen.

- Paketorientiertes Netz für (möglichst) alle Dienste
- QoS (Quality of Service) für Echtzeitdienste (z.B. Telefonie,
streaming...)
- Trennung Verbindungs-/Dienstesteuerung von
Nutzdatentransport (IN)
- Integration aller bestehenden, wichtigen Telekommunikationsnetze
durch Anbindung mittels Gateways
+ für Nutzdaten – Media Gateways MGW
+ für Signalisierung – Signalling Gateways SGW
- Unterstützung Multimedialer Dienste mit hoher Bandbreite
- Integrierte Sicherheitsfunktionen (Schutz der Daten/Netz)
- übergreifendes einheitliches Netzmanagement
- Mobilität

- den Diensten angemessene Entgelderfassung
- Skalierbarkeit
- unbeschränkter Nutzerzugang zu verschiedenen Netzen und
Diensteanbietern
- Berücksichtigung geltender regulatorischer Anforderungen
(Notruf, Abhören, Privatsphäre)

- Benutzerkonto bei VoIP-Provider
+ SIP-ID/account z.B. 7777444
+ Rufnummer, z.B. 0201 123456
+ SIP-URI: Benutzer@host oder 0201123456@firma.de
- VoIP-fähiges Endgerät
+ Softphone (auf PC, PDA etc.)
+ Hardphone/SIP-Telefone
+ Herkömmliches Telefon mit Gateway
- Internetanschluss
- obligat: Protokolle wie TCP/IP, SIP/H.323 und RTP

Minimalanforderung (inhouse)
• SIP-ID: z.B.: 100@192.168.1.100
• VoIP-fähiges Endgerät
• Netzwerk
• Protokolle s.o.

Signalisierung:

- SIP – Session Initiation Protocol (IETF)
+ Rel. 5 Standard bei UMTS

- SDP Session Description Protocol
+ Medienbeschreibung, Codec, Ports, Senderichtung

Datenübertragung:

- RTP – Realtime Transfer Protocol
- SRTP – Secure RTP
- RTCP – Realttime Control Protocol

+ User Agent (Client (Rufender)/ Server (Gerufener))
+ Registrar Server
+ Proxy Server
+ Redirect Server

 SIP-Client (User Agent (UA), SIP-Terminal
+ Hard- / Softwarekomponente (IP-Telefon, Softclient..)
+ Endgerät für SIP-basierte Kommunikation
+ UAC (Client): abgehende Einleitung
+ UAS (Server): ankommende Einleitung

 SIP-Server
+ Registrar-Server: Registrieren der angemeldeten Teilnehmer mit
aktueller IP-Adresse. Oft mit Proxy-Server kombiniert.
+ Proxy-Server: Weiterleitung von Steuernachrichten im Netz
+ Redirect-Server: Ermittlung der aktuellen Zieladresse des Gewählten
Benutzers z.B. bei Rufumleitungen
+ Location-Server: kein echter SIP-Server, kein direkter Kontakt zu UA,
nur zu anderen Servern z.B. mittels LDAP (Spericherung von aktuell
gültigen Adressen in Datenbank)

Registrar-Server: Registrieren des angemeldeten Teilnehmer mit
aktueller IP-Adresse
+ Grundlage für Erreichbarkeit eines Tln. mit ständiger SIP-Adresse
+ biete zusätzlich Authentifizierung mittels User-ID und Password
+ liefert Daten für Routingprozess (Ablage im Location-Server)

Anmeldung eines UA
• Über ständige URI des
Teilnehmers: user@domain
• Zuordnung auf aktuelle IP-Adresse
des UA: 82.64.21.152
• Quittierung der erfolgreichen
Registrierung mit OK-Meldung

ENUM (Telephone Number Mapping)
• Dienst zur Übersetzung von Telefonnr. -> SIP-URLs
Bsp. 0201 810040 -> 0.4.0.0.1.8.1.0.2.9.4.e164.arpa

1. Fax wählt

2. DNS- Anfrage

3. DNS- Antwort

4. Fax- over- IP- Verbindung

Vorteile Thin Clients
+ Geringe Anschaffungskosten
+ Geringer Stromverbrauch (ab 10
Watt) ⇒ geringe Betriebskosten
+ Geringe Stellfläche (wenig
Platzverbrauch)
+ Wenig oder gar keine
Geräuschentwicklung, da ohne
Festplatte / evtl. auch ohne Lüfter
+ Zentrale Speicherung der Daten
ist effizient und mit geeigneten
Werkzeugen sicher
+ Allgemein geringerer
Ressourcenverbrauch durch
Virtualisierung auf dem Server
+ Geringerer Aufwand (Kosten) für
Administration

Nachteile Thin Clients
Keine Grafikleistung im 3DBereich
Eingeschränkte
Erweiterbarkeit
Angst der Nutzer vor
Herausgabe der eigenen
Daten und Speicherung
außerhalb des eigenen PCs
(außerhalb des eigenen
Einflussbereichs)
Server ist Single Point of
Failure