Grundlagen Computernetze Prof. Jürgen Plate

Ausgewählte Protokolle

SMTP - Simple Mail Transfer Protocol

• HELO Systemname - Beginn, Name des sendenden Systems
• MAIL FROM:<Absender> - Übermittlung beginnen
• RCPT TO:<Empfänger> - Empfänger des Briefes
• DATA - Beginn des Briefes
• RSET - Anfangsstatus wiederherstellen, Übermittlung abbrechen
• NOOP - nichts tun
• QUIT - SMTP Verbindung beenden

	telnet lx-lbs.e-technik.fh-muenchen.de smtp
	Trying 129.187.106.196...
	Connected to lx-lbs.e-technik.fh-muenchen.de.
	Escape character is '^]'.
	220 lx-lbs.e-technik.fh-muenchen.de Smail3.1.28.1 #1 ready at Sun, 25 Feb 96 23:15 MET
	helo www.fitug.de
	250 lx-lbs.e-technik.fh-muenchen.de Hello www.fitug.de
	mail from: paulsen@fitug.de
	250  ... Sender Okay
	rcpt to: holm@lx-lbs.e-technik.fh-muenchen.de
	250  ... Recipient Okay
	data
	354 Enter mail, end with "." on a line by itself
	Hallo Holm,
	
	zu Deiner Frage bezeglich der Reinigung von Morgensternen
	wollte ich Dir nur den Tip geben, dazu reine Kernseife zu
	verwenden.
	Damit ist die Drecksarbeit im Handumdrehen erledigt.
	
	Beste Gruesse, Paulsen
	.
	250 Mail accepted
	quit
	221 lx-lbs.e-technik.fh-muenchen.de closing connection
	Connection closed by foreign host.

Beim Verbindungsaufbau meldet sich der lokale MTA mit einer "Begrüßungszeile". Der lokale empfangende MTA wird mit "HELO" angesprochen und als sendender MTA der des Systems www.fitug.de angegeben. Der lokale MTA antwortet mit einem Zahlencode, der dem Sender-MTA signalisiert, daß seine geforderte Aktion in Ordnung geht. Die Klarschrift nach dem Zahlencode dient nur der besseren Lesbarkeit für den Menschen (z. B. für den, der Fehler suchen muß). Auf "MAIL FROM:" folgt die Adresse des Absenders, und auf "RCPT TO:" die des Empfängers. Auf das Schlüsselwort "DATA" folgt schließlich der ganze Brief, also sowohl die Kopfzeilen, als auch der Text. Der Empfänger-MTA wird solange Text erwarten, bis ihm der Sender-MTA über eine Zeile, die nur einen Punkt enthält, signalisiert, daß der Brief zu Ende ist. Nach der letzten Bestätigung des Empfänger-MTAs könnte der Sender den nächsten Brief übermitteln, wiederum beginnend mit "MAIL FROM:". Nach dem Empfang des Briefes kopiert der lokale MTA den Brief in die Postfach-Datei des Empfängers.

Der RFC 821 legte noch einige weitere Schlüsselworte fest, z. B. "EXPN" für expand, welches eine Unterstützung von Mailing-Listen erlaubt, oder "VRFY" für verify, mittels dessen eine Bestätigung der Empfänger-Adresse gefordert werden kann. Eine ganze Reihe von RFCs haben den Standard für SMTP erweitert. Die erweiterte Version heißt nun offiziell ESMTP (für Extended SMTP). Hinzugekommen sind beispielsweise Schlüsselworte für die Unterstützung von 8bit-Briefen (z. B. solche mit Umlauten), und die Möglichkeit eine maximale Größe für Briefe, die empfangen werden, festzulegen.

SNMP - Simple Network Management Protocol

Der SNMP-Namensraum

Das grundlegende Format des Namensraums heißt SMI (Structure of Management Information) und ist in RFCI155 beschrieben.

Das SMI spezifiziert eine Hierarchie, die einem Dateisystem sehr ähnlich ist. Hier wird jedoch ein Punkt als Trennzeichen verwendet und jeder Knoten erhält statt eines Namens eine Nummer. Konventionsgemäß erhalten die Knoten für den einfacheren Zugriff auch Namen, aber das dient eigentlich nur der Bequemlichkeit und ist keine Eigenschaft der Hierarchie.

Der Pfad zu einem Knoten heißt OID (Object Identifier). Die grundlegenden Datentypen für einen SMI-Knoten können Integer, Strings und Null beinhalten. Sie können in Folgen grundlegender Typen kombiniert werden, und eine Folge kann wiederholt aus einer Tabelle instantiiert werden.

Die Wurzel einer SMI-Hierarchie teilt sich auf in einen Unterbaum, der vom CCITT verwaltet wird, einem Unterbaum, der von der ISO verwaltet wird, und einem Unterbaum, der zusammen von ISO und CCITT verwaltet wird. Diese Bäume haben die Nummern 0, 1 und 2 mit den logischen Namen 'ccitt', 'iso' und 'joint-iso-ccitt'.

MIBs - Management Information Bases

Die grundlegende SNMP MIB für TCP/IP (MIB-I) wurde in RFC1066 spezifiziert und beschreibt den Zugriff auf grundlegende Verwaltungsdaten: Informationen über das System, seine Schnittstellen, Adreßumformung und Protokolloperationen (IP, ICMP, TCP, UDP und EGP). Später wurde eine vollständigere Überarbeitung dieser MIB bereitgestellt, MIB-II, die in RFC1213 definiert ist. Die meisten Hersteller, die einen SNMP-Server anbieten, unterstützen auch MIB-II. Beispiele für Konten aus dem MIB-II-Namensraum finden Sie in der folgenden Tabelle aufgelistet.

Neben den grundlegenden MIBS gibt es MIBS für spezielle Hardware-Schnittstellen und Protokolle. Es gibt MIBS für einzelne Hersteller und für bestimmte HardwareProdukte. RFCI155 spezifiziert die Regeln und Prozeduren für die Installation einer neuen MIB in der Hierarchie.
Eine MIB ist nur eine Konvention für die Namensgebung von Verwaltungsdaten. Entsprechender Backup-Code muß Zugriff auf diese Daten bereitstellen, wenn er sinnvoll sein soll. Code für die grundlegenden MIBS ist in den meisten SNMP-Servern enthalten. Einige davon können für die Aufnahme weiterer MIBS ergänzt werden, andere dagegen nicht.

OID	Typ	Inhalt
system.sysDescr	text	Systeminformation: Hersteller, Modell, Betriebssystemtyp usw.
system.sysLocation	text	Physische Position der Tabelle
system.syscontact	text	Kontaktinformation für den Eigentümer der Maschine
system.sysName	text	Systemname; in der Regel der vollständige DNS-Name
interfaces.ifNumber	int	Anzahl der vorhandenen Netzwerkschnittstellen
interfaces.ifTable	table	Tabelle der Info-Bits jeder Schnittstelle
ip.ipforwarding	int	1, falls es sich bei dem System um einen Verbindungsrechner handelt, andernfalls 2
ip.ipAddrTable	table	Tabelle der IP-Adressierungsdaten (Masken usw.)
ip.ipRouteTable	table	Die Routing-Tabelle des Systems
icmp.icmpInRedirects	int	Anzahl der empfangenen ICMP-Umleitungen
icmp.icmpInEchos	int	Anzahl der empfangenen pings
tcp.tcpConnTable	table	Tabelle der aktuellen TCP-Verbindungen
udp.udpTable	table	Tabelle der UDP-Sockets und der entsprechenden Server

SNMP-Protokolloperationen

Ein Trap ist eine nicht angeforderte Benachrichtigung vom Server zum Client, die über das Auftreten eines interessanten Ereignisses oder einer Bedingung informiert.
Es gibt mehrere Standard-Traps, unter anderem die Benachrichtigung 'Ich wurde soeben hochgefahren', Traps, die Fehler oder Wiederbelebungen von Netzwerkverbindungen anzeigen, sowie für verschiedene Routing- und Authentifizierungsprobleme. Viele andere Traps, die keinem Standard entsprechen, sind ebenfalls weit verbreitet, unter anderem zur Beobachtung bestimmter SNMP-Variablenwerte und zum Auslösen einer Nachricht, wenn ein bestimmter Wertebereich überschritten wird. Der Mechanismus zur Spezifikation der Ziele von Trap-Nachrichten hängt von der Server-Implementierung ab.

Weil SNMP-Nachrichten möglicherweise Konfigurationsinformationen modifizieren, benötigt man einen Sicherheitsmechanismus. Leider beinhaltet Version 1 des SNMP-Standards nur eine minimale Sicherheitsumgebung. Das Konzept einer SNMP-'Gemeinde' ist definiert. Dabei handelt es sich im wesentlichen um eine Rolle, die ein Client beim Lesen oder Schreiben von Daten annimmt. Der Gemeinde-Name ist also mehr oder weniger ein Paßwort. Mitte 1993 wurde in den RFCS 1441 bis 1452 Version 2 des SNMP-Standards eingeführt. Unter anderem gibt es dort ein spezifischeres Sicherheitsmodell und Tabellen können als Ganzes gelesen werden. Darüber hinaus werden neue Versionen des SMI und grundlegender MIBS bereitgestellt. Verwechseln Sie das SNMP-Protokoll Version 2 nicht mit MIB-II.

Die SNMP-Dokumentationsflut

RFC Datum Titel (übersetzt, gekürzt)
1155 5/90 SMI für TCP/IP-basierte Internets
l157 5/90 SNMP (Simple Network Management Protocol)
1212 3/91 Konkrete MIB-Definitionen
1213 3/91 MIB für die Verwaltung TCP/IP-basierter Internets: MIB-II
1351 7/92 SNMP, Administratives Modell
1352 7/92 SNMP-Sicherheitsprotokolle
1441 5/93 Einführung in Version 2 von SNMP
1442 5/93 SMI für Version 2 von SNMP
1443 5/93 Textuelle Konventionen für Version 2 von SNMP
1445 5/93 Administratives Modell für Version 2 von SNMP
1446 5/93 Sicherheitsprotokolle für Version 3 von SNMP
1450 5/93 MIB für Version 2 von SNMP
1452 5/93 Nebeneinander der Versionen 1 und 2 von of SNMP
1470 6/93 FYI für einen Katalog für Werkzeuge zur Netzwerkverwaltung
1503 8/93 Algorithmen für die Automatisierung der Administration in SNMP V2-Managern
1592 3/94 SNMP Schnittstelle für die verteilte Schnittstelle, Version

Darüber hinaus sind zahlreiche MIBS für spezielle Gerätetypen und Protokolle in den RFCS gezeigt.

Es gibt kaum kostenlose SNMP-Clients. Einige einfache Utilities für die Verwaltung einzelner Maschinen sind von CMU erhältlich. Leider verkaufen die meisten Hersteller die SNMP-basierte Netzwerkverwaltungssoftware als separates Produkt und haben somit nicht vor, Ihnen kostenlos etwas zur Verfügung zu stellen.

HTTP - Hypertext Transfer Protocol

Heutige Informationssysteme benötigen weit mehr Funktionen als das einfache Senden und Empfangen von Nachrichten. Die Entwicklung von HTTP/1.0 ist nicht abgeschlossen. Es bietet die Möglichkeit, weitere Funktionalität zu entwickeln. Die Adressierung von Ressourcen erfolgt dabei mittels URls, die zum einen Orte (URL) oder Bezeichner (URN) sein können. Diese zeigen gleichzeitig den gewünschten Übertragungsmechanismus an. Nachrichten werden in der gleichen Form übertragen, wie sie auch bei normalem Mail-Transport verwandt werden. Dabei kommt oft MIME zum Einsatz. HTTP/1.0 ist auch für den Zugriff auf Server mit anderen Protokollen geeignet. So ist es WWW-Clients möglich, mit Servern und Gateways per SMTP, NNTP, FTP, Gopher und WAIS zu kommunizieren.

Hauptfunktionen des HTTP

Direkt nach Beantwortung der Frage wird die Verbindung wieder abgebaut. So soll erreicht werden, daß die Leitungskapazitäten geschont werden. Derzeit finden HTTP-Verbindungen meist per TCP/IP statt. Das soll aber nicht heißen, daß HTTP nicht auch auf anderen Netzwerkprotokollen aufsetzen kann. Beide Seiten müssen auch dazu in der Lage sein, auf den vorzeitigen Abbruch der Kommunikation durch die andere Seite zu reagieren. Vorzeitiger Abbruch kann durch Aktionen von Benutzern, Programmfehler oder Überschreiten der Antwortzeiten ausgelöst werden. Durch den Abbruch der Verbindung durch eine der beiden Seiten wird der gesamte Vorgang abgebrochen.

Struktur der HTTP-Botschaften

Allgemeinfelder des Botschaftskopfes

Anfragen

     GET http://www.fitug.de/index.html

Dabei wird nur die Methode (GET) und die URL des Dokumentes angegeben. Es werden keine weiteren Felder erwartet und vom adressierten Server wird auch nur ein ganz einfacher Antwortkopf zurückgesendet. Es kann aber auch eine komplexere Anfrage erzeugt werden. Dabei muß die Zeile aus dem obigen Beispiel noch die Version des HTT-Protokolls angehängt werden. In einem Beispiel würde das folgendermaßen aussehen:

     GET http://www.fitug.de/index.html HTTP/1.0

Die Anfügung der HTTP-Version ist also der ganze Unterschied zwischen einer einfachen und einer komplexen HTTP-Anfrage. Der Unterschied zwischen einfacher und komplexer Anfrage wird aus Gründen der Kompatibilität gemacht. Ein Browser, der noch das alte HTTP/0.9 implementiert hat, wird nur eine einfache Anfrage losschicken können. Ein neuer Server muß dann eine Antwort, auch im Format des HTTP/0.9 zurücksenden.

Felder einer komplexen Anfrage

• Anfragezeile (Request-Line)
  Informationsanfrage wie oben geschildert. Die zugehörigen Methoden folgen im nächsten Abschnitt.
• Allgemeiner Kopf (General-Header)
  Im allgemeinen Kopf werden allgemeine Informationen über die Nachricht übermittelt.
• Anfragekopf (Request-Header)
  In diesen Feldern kann der Browser weitere Informationen über die Anfrage und über den Browser selbst absetzen. Diese Felder sind optional und müssen nicht erscheinen.
• Gegenstandskopf (Entity-Header)
  In diesem Feld werden Einträge übermittelt, welche den Inhalt der Nachricht näher beschreiben.
• Gegenstand der Nachricht (Entity-Body)
  Vor dem eigentlichen Inhalt muß definitionsgemäß eine Leerzeile stehen. Der Inhalt ist dann in dem Format codiert, das in den Gegenstandsfeldern definiert wurde (meist HTML).

Fragemethoden

• GET
  Diese Methode gibt an, daß alle Informationen, die mit der nachfolgenden URL beschrieben werden, zum rufenden Client geholt werden sollen. Zeigt die URL auf ein Programm (CGI-Script), dann soll dieses Programm gestartet werden und die produzierten Daten liefern. Handelt es sich bei dem referenzierten Datum um eine Datei, dann soll diese übertragen werden. Beispiel:

       GET http://www.fitug.de/index.html
  

• HEAD
  Diese Methode ist identisch zur Methode GET. Die Antworten unterscheiden sich nur darin, daß bei der Methode GET ein komplettes Dokument übertragen wird und bei HEAD nur die Meta-Informationen gesendet werden. Dies ist nützlich, um Links auszuprobieren oder um die Erreichbarkeit von Dokumenten zu testen. Bei Anwendung der Methode HEAD wird der Kopf des referenzierten HTML-Dokuments nach 'link' und 'meta' Elementen durchsucht.

• POST
  Diese Methode wird hauptsächlich für größere Datenmengen verwandt. Man stelle sich vor, ein HTML-Dokument enthält ein komplexes Formular. Per POST wird dem Server angezeigt, daß er auch die Daten im Körper der Botschaft bearbeiten soll.
  Verwendet, wird es hauptsächlich bei Datenblöcken, die zu einem verarbeitenden Programm übertragen werden. Die wirkliche Funktion, die durch POST auf dem adressierten Rechner angestoßen wird, wird durch die URL bestimmt. Meist, sind es CGI-Scripte, die den Inhalt der Nachricht verarbeiten.

• PUT
  Die mit der Methode PUT übertragenen Daten sollen unter der angegeben URL gespeichert werden. Das soll ermöglichen, daß WWW-Seiten auch ohne direkten Zugriff auf den anbietenden Rechner erstellt und angeboten werden können. Wird ein Dokument mit der Methode PUT übertragen, dann wird unter dieser Adresse ein Dokument mit dem übertragenen Inhalt angelegt. War die Aktion erfolgreich, wird die Meldung '200 created' zurückgegeben. Existiert unter dieser Adresse schon ein Dokument, dann wird dieses überschrieben. War auch diese Aktion erfolgreich, dann wird nur '200 OK' zurückgemeldet.
  Der Hauptunterschied zwischen POST und PUT besteht darin, daß bei POST die URL eine Adresse eines Programmes referenziert, das mit den Daten umgehen kann. Bei PUT hingegen wird die URL als neue Adresse des Dokumentes gesehen, das gerade übertragen wurde. Meist jedoch ist die Methode PUT ausgeschaltet, weil Server-Betreiber befürchten, daß die Sicherheit, des Systems dadurch nicht mehr gewährleistet ist.

• DELETE
  Mit dieser Methode kann der Inhalt einer URI gelöscht werden. Diese Methode ist neben der Methode PUT eine der gefährlichsten. Wenn Server nicht richtig konfiguriert wurden, dann kann es mitunter vorkommen, daß alle Welt die Berechtigung zum Löschen von Ressourcen hat.

• LINK
  Mit dieser Methode können eine oder mehrere Verbindungen zwischen verschiedenen Dokumenten erzeugt werden. Es werden dabei keine Dokumente erstellt, sondern nur schon bestehende miteinander verbunden.

• UNLINK
  entfernt Verbindungen zwischen verschieden Ressourcen. Dabei wird nur die Verbindung gelöscht. Die Dokumente existieren trotzdem weiter. Mit diesen Methoden kann man alle möglichen Ressourcen erreichen, welche die verschiedenen Server zur Verfügung stellen. Die folgenden Felder beschreiben nun die Fragen etwas genauer. Es kann zum Beispiel verhindert werden, daß ungewollt umfangreiche Bilder übermittelt werden, wenn dies nicht gewünscht wird.

Beispiel einer Konversation

 
   telnet www.fitug.de 80
   Trying 129.187.206.221...
   Connected to fitug.fitug.de.
   Escape character is '^]'.
   GET index.html HTTP/1.0
   Accept: text/html

   HTTP/1.0 403 Forbidden - by rule
   MIME-Version: 1.0
   Server: CERN/3.0
   Date: Wednesday, 08-Oct-97 08:32:47 GMT
   Content-Type: text/html
   Content-Length: 193

   <HTML>
   <HEAD>
   <TITLE>Error</TITLE>
   </HEAD>
   <BODY>
   <H1>Error 403</H1>

   Forbidden - by rule

   <P><HR><ADDRESS><A HREF="http://info.cern.ch/httpd_3.0/">CERN httpd 3.0</A></ADDRESS>
   </BODY>
   </HTML>
Connection closed by foreign host.

Übertragungsmedien für Weitverkehrsnetze

Datex-Netz

DATEX-L

DATEX-P

Frame Relay

Während das Datex-Netz bis zur Schicht 3 hinauf definiert ist, umfaßt der Standard von Frame-Relay nur noch die Schichten 1 und 2. Die Eigenschaften in Stichpunkten:

• Paketorientiertes Protokoll mit variabler Paketlänge
• Frames werden in derselben Reihenfolge Empfangen wie sie abgeschickt wurden, es ist also keine Zwischenspeicherung und Sortierung nötig.
• Keine Empfangsbestätigung, keine Flußkontrolle (bleibt höheren Protokollen vorbehalten).
• Fehlererkennung, aber keine Fehlerkorrektur.
• Nur fehlerfreie Frames werden weitergeleitet.
• Transparente Verbindung

FPS

ATM

Im Kontrollfeld (Header) werden auch keine expliziten Quell- und Zieladressen angegeben, sondern ein virtueller Pfad und ein virtueller Kanal.
Ein virtueller Pfad (virtual path, VP) ist eine für kurze Zeit geschaltete Verbindung, die während ihrer Existenz so aussieht wie eine richtige Festverbindung (Standleitung). Dieser geschaltete Weg durch das Netz wird als virtuell bezeichnet, weil er nicht permanent fest geschaltet ist, sondern nur für die kurze Zeit der Datenübertragung.
Zur Kennzeichnung wird ihr ein VPI (virtual path identifier) als Bezeichnung zugeordnet. Ein virtueller Kanal (virtual channel, VC) ist ein Übertragungskanal, der genau wie der virtuelle Pfad nur während der Datenübertragung existiert. Zur Kennzeichnung wird ihm ein VCI (virtual channel identifier) als Bezeichnung zugeordnet.
Ein virtueller Pfad besteht aus mehreren virtuellen Kanälen, komplexe Anwendungen können mehrere virtuelle Kanäle gleichzeitig belegen. Die klassischen Standleitungen enthalten ebenfalls mehrere Übertragungskanäle, doch können die virtuellen Kanäle bei ATM die virtuellen Pfade (Leitungen) wechseln. Wenn beispielsweise zwei virtuelle Kanäle auf Pfad 1 ankommen, kann Kanal 1 durchaus auf Pfad 2 und Kanal 2 auf Pfad 1 zum selben Zielnetz geschaltet werden.

• Bei VP-Switches bleiben die Kanäle den virtuellen Pfaden fest zugeordnet, die Pfade werden durch das Netz geschaltet.
• Bei VC-Switches werden die Kanäle über verschiedene Pfade geschaltet. Bei den geschalteten Verbindungen gibt es zwei wichtige Arten:
  • Eine PVC (permanent virtual circuit = permanente virtuelle Verbindung) bleibt auch im unbenutzten Fall so lange geschaltet, bis sie wieder gewollt abgebaut wird.
  • Eine SVC (switched virtual circuit = geschaltete vinuelle Verbindung) bleibt nur für die Dauer der Übertragung geschaltet und wird nach Übertragungsende automatisch wieder abgebaut.

Bei der Wegewahl wird eine einfache Art des Routings verwendet, um die Datenpakete durch das Netz zu senden. Der Weg, den das Datenpaket durch das ATM-Netz zurücklegt, besteht dabei aus drei Hauptabschnitten:

1. Vom Absender zum Switch, an dem der Absender angeschlossen ist.
2. Vermittlung innerhalb des ATM-Netzes von Switch zu Switch.
3. Vom Switch, an dem der Empfänger angeschlossen ist, zum Empfbnger.

• Die UNI-Zellen (user network interface) werden an der Schnittstelle zwischen Anwender und ATM-Netz verwendet und besitzen im Header 8 Bit für die Angabe des virtuellen Pfades und 4 Bit für die Flußkontrolle.
• Die NNI-Zellen (network node interface) werden zwischen den Netzwerkknoten (ATM-Switches) verwendet und besitzen 12 Bit für die Angabe des virtuellen Pfades, jedoch keine Flußkontrolle.

ATM kann Datenströme unterschiedlicher Bitraten flexibel übertragen und vermitteln. Die Übertragungsrate ist skalierbar, d. h. Übertragungsbandbreite wird flexibel bereitgestellt. Jedem Endgerät kann statisch (also vorab) oder dynamisch (also bei konkretem Bedarf) Bandbreite zugewiesen werden, die Netzleistung wächst also mit. Durch die transparente Übertragung in den Zellen werden bei den Netzübergängen keine Gateways benötigt, um von LAN- auf WAN-Protokolle umzusetzen. ATM ist gleichermaßen für LANs, schnelle Backbones und WANs geeignet.

ATM ist verbindungsorientiert und baut immer eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung auf. Für eine Übertragung muß also immer eine Verbindung zwischen zwei Stationen geschaltet werden (ATM basiert auf der Vermittlungstechnik). Klassische LANS sind verbindungslos, jede Station ist zu jeder Zeit mit allen anderen Stationen fest verbunden, alle teilen sich dasselbe Übertragungsmedium. ATM als LAN (lokales ATM, L-ATM) benötigt eine LAN-Emulation. So entsteht ein virtuelles Netz, bei dem das ATM-Netz mehreren TeiInehmern (Geräte/Software) ein nichtexistierendes LAN vorspiegeln muß. Dabei sind verschiedene Ansätze allerdings noch in Diskussion. Diese LAN-Emulationen arbeiten alle auf Schicht 2 des ISO-Schichtenmodells, dadurch eignen sie sich für routebare und nicht routebare Protokolle gleichermaßen. Aufgrund der Punkt-zu-Punkt-Orientierung gibt es auch Schwierigkeiten bei Broadcasts. Abhilfe könnte hier dadurch geschaffen werden, daß Switches die Broadcasts kopieren und an angeschlossene Endgeräte leiten.

Beispiel zum ATM-Routing

Für die Vermittlungstechnik sind zwei Listen nötig:

• Das Teilnehmerverzeichnis, das für jeden Teilnehmer folgende Daten enthält:
  • Teilnehmername (Donald, ...)
  • Kennung des Switches, an dem der Teilnehmer angeschlossen ist (A, B, ...)
  • Nummer der Datenleitung (Portnummer) zum Switch (1, 2, ...)
  Das Verzeichnis für unser Modell sieht dann so aus:

  Name	Switch	Port
  Dagobert	B	3
  Daisy	A	2
  Donald	A	1
  Gustav	C	4

• Die Routing-Tabelle. Dies ist ein Verzeichnis der Switches und deren Verbindung untereinander. Bei einer direkten Verbindung wird die Verbindungsleitung angegeben (I, II, III, ...). Besteht keine direkte Verbindung zwischen zwei Switches, wird ein passender Switch zur Weiterverbindung angegeben. Die Routingtabelle zu diesem Beispiel sei:

  	A	B	C	D	E	F
  A	*	D	D	I	D	D
  B	E	*	E	E	III	E
  C	D	D	*	IV	D	V
  D	I	E	IV	*	II	VI
  E	D	III	D	II	*	D
  F	D	D	V	IV	D	*

Fall 1: Donald will Verbindung zu Dagobert

Donald findet im Verzeichnis: Dagobert B 3. Der Verbindungsaufbau geht folgendermaßen vonstatten:

1. Verbindung Donald - Switch A aufbauen
2. Donald wählt 'B 3' an (womit für ihn der Fall erledigt ist)
3. ATM-Netz baut Verbindung von Switch A zu Switch B auf:
   • Routingtabelle Zeile A, Spalte B liefert Switch D --> Aufbau Verbindung A - D
   • Routingtabelle Zeile D, Spalte B liefert Switch E --> Aufbau Verbindung D - E
   • Routingtabelle Zeile E, Spalte B liefert Leitung II --> Aufbau Verbindung E - B
4. Switch B schaltet Port 3 zu Dagobert

Fall 2: Nun kommt Gustav auf die Idee, mit Donald Verbindung aufzunehmen.

Bei ATM können die Endgeräte mehrerer Kanäle nutzen und mehrere Verbindungen haben. Gustav findet im Verzeichnis: Donald A 1. Verbindungsaufbau:

1. Verbindung Gustav - Switch C aufbauen
2. Gustav wählt 'A 1' an
3. ATM-Netz baut Verbindung von Switch C zu Switch A auf:
   • Routingtabelle Zeile C, Spalte A liefert Switch D --> Aufbau Verbindung C - D
   • Routingtabelle Zeile D, Spalte A liefert Leitung I --> Aufbau Verbindung D - A
4. Switch A schaltet Port 1 zu Donald

Übungen:

1. Wie sähe die Verbindung Gustav - Donald aus, wenn die Leitung IV unterbrochen wäre?
2. Welches Szenario ergibt sich, wenn nun noch Daisy mit Dagobert Verbindung aufnimmt?

Powerline Communications

die Stromleitung ist das Netzwerk

Schneller mobiler Netzzugang in GSM: GPRS

GPRS steht für "General Packet Radio Services" und hat die paketvermittelte Datenübertragung über die GSM-Luftschnittstelle zum Inhalt. GPRS unterstützt beinahe alle Datenübertragungsprotokolle, inklusive X.25 und IP. Damit kann der Benutzer mit jeder Datenquelle, wie z. B. dem Internet oder dem Intranet seines Unternehmens, verbunden sein. Der Benutzer zahlt bei GPRS das übertragene Datenvolumen und kann mit der Datenquelle ständig verbunden sein! E-Mails erreichen somit sofort seinen Empfänger und nicht erst nach Einwahl und Abfrage des Kontos beim ISP. Weiterhin sind bei GPRS höhere Datenübertragungsraten als bei "normalem" GSM möglich.

Bei einem GSM-Telefonat wird die Sprache in digitaler Form in Zeitschlitzen im System des Netzbetreibers übertragen. Hierbei teilen sich bis zu 7 Teilnehmer eine Sende-/Empfangsfrequenz. Ein weiterer Zeitschlitz wird zusätzlich für die Signallisierung benötigt. Die Wiederholrate dieser Zeitschlitze ist so hoch, das wir beim Telefonieren gar nicht merken, das die Sprache nicht kontinuierlich übertragen wird. Bei einer herkömmlichen Datenübertragung über das Handy wird also eine Leitung permanent für die Dauer der Verbindung aufrecht erhalten. Dies ist auch dann der Fall, wenn auf seiten des Anwenders gar keine Daten übertragen werden sollen, da er mit der Aufnahme von Informationen beschäftigt ist. Das ist für beide Seiten nachteilig: Der Netzbetreiber kann sein Netz nicht effizient ausnutzen, der Anwender muß ein teures Verbindungsentgelt bezahlen, obwohl er effektiv seine Verbindung nur einige wenige Minuten genutzt hat. Anders die Datenübertragung in lokalen Netzwerken (LAN) oder dem Internet. Diese Medien sind paketorientiert, das heißt die zu übertragenen Daten werden in kleine Pakete unterteilt und auf die Reise geschickt. Ist die Übertragung abgeschlossen, steht das Netz wieder für andere Anfragen zur Verfügung. Netzwerkkapazität wird also nur dann in Anspruch genommen, wenn sie benötigt wird, ist aber sofort wieder freigegeben, wenn keine Daten mehr übertragen werden müssen. GPRS basiert genau auf dieser paketvermittelten Technologie.

Bei paketvermittelten Diensten kann generell zwischen verbindungsorientierten und verbindungslosen Diensten unterschieden werden. Bei verbindungslosen Diensten (Datagrammdiensten) wird in jedem Paket die vollständige Adresse des Empfängers und Absenders abgelegt und unabhängig von den anderen Paketen durch das Netz geschleust. Pakete zwischen zwei Kommunikationspartnern im Netz gehen möglicherweise unterschiedliche Wege und können sich sogar überholen. Bei verbindungsorientierten Diensten ist der Übertragungsweg für die Dauer der logischen Verbindung fest vorgegeben. Verbindungsorientierung hat den Nachteil, daß für den Auf- und Abbau einer logischen Verbindung ein gewisser Verwaltungsaufwand entsteht und die Verbindung Ressourcen in den Vermittlungsstellen belegt. Sie bietet allerdings den Vorteil, daß die Reihenfolge der übertragenen Pakete gesichert ist und dem Anwender die Möglichkeit geboten wird, die Dienstqualität (quality of service, QOS) beim Verbindungsaufbau zu bestimmen. Die zur Verfügung stehende Übertragungskapazität wird bei GPRS von allen Teilnehmern in einer Funkzelle geteilt, d. h. ein Teilnehmer belegt die Funkstrecke nur, wenn wirklich Pakete übertragen werden. Es existieren Protokolle, die den fairen Zugriff auf die Funkstrecke gewährleisten. Desweiteren unterstützt GPRS den Übergang in öffentliche Paketnetze. Durch die Paketvermittlung kann einiger Overhead vermieden werden, wie er bei Leitungsvermittlung entsteht.So ergibt sich eine höhere Nettobitrate pro Zeitschlitz von 14 Kbit/s. Bei der maximalen Nutzung von acht Zeitschlitzen ergibt sich somit eine maximal erreichbare Nettobitrate von 110 Kbit/s. In GSM-Phase 2+ ist für GPRS eine Datenübertragungsrate bis knapp unter 100 Kbit/s vorgesehen.

GPRS unterstützt die Übertragung von Daten zwischen einem Sender und einem oder mehreren Empfängern. Sender bzw. Empfänger können mobile Geräte oder einfache Datenendeinrichtungen sein. Die Datenendeinrichtung ist entweder direkt an das GPRS-Netz oder an externe Datennetze angeschlossen, während mobile Geräte über die Basisstation an das GPRS-Netz angeschlossen sind. Die Realisierung von GPRS erfordert größere Änderungen in der Netzarchitektur von GSM, um die von GPRS unterstützte Paketvermittlung zu ermöglichen. Die wichtigste Änderung ergibt sich aus der Einführung der GPRS Support Nodes (GSN), die die Paketvermittlung übernehmen und als Gateway zu den Paketnetzen dienen. Die GSN sinf auch für das Mobilitätsmanagement (Roaming) der Teilnehmer verantwortlich. Hieraus ergeben sich die zwei Hauptfunktionen des GSN: die Gateway- und die Roamingfunktion. Für die Erfüllung dieser Funktionen sind zwei unterschiedliche Subsysteme vorgesehen. Die Gatewayfunktion wird vom Gateway GPRS Support Node (GGSN) wahrgenommen, während der Serving GPRS Support Node (SGSN) für das Roaming zuständig ist. Durch die Zuordnung einer temporären, dynamischen Adresse zur Mobilstation wird es dem SGSN möglich, beim Roaming eine Identifizierung der Mobilstation vorzunehmen. Aus der Sicht des Teilnehmers erfolgt die Adressierung wie gewohnt über seine IP-Adresse.

Um das reibungslose Nebeneinander von durchschaltevermittelten Kanälen (GSM) und paketvermittelten Kanälen im selben Netz gewährleisten zu können, muß auf der Luftschnittstelle eine dynamische Ressourcenverwaltung vorgenommen werden. Hierbei wird den durchgeschalteten Kanälen eine höhere Priorität zugeordnet, indem in der Aufbauphase einer GSM-Verbindung der betroffene Kanal für GPRS-Pakete gesperrt wird. Innerhalb eines Trägers können die verfügbaren Zeitschlitze nebeneinander von GSM und GPRS genutzt werden. Zu einem bestimmten Zeitpunkt kann so ein Teil der Zeitschlitze durch GSM genutzt werden, während ein anderer Teil der Zeitschlitze von GPRS-Diensten belegt ist.

Bei den von GPRS unterstützten Diensten wird unterschieden zwischen Point-to-Point-Diensten (PTP) und Point-to-Multipoint-Diensten (PTM):

• PTP-Dienste unterstützen die Übertragung eines oder mehrerer Pakete zwischen zwei Benutzern. Die Übertragung kann verbindungslos oder verbindungsorientiert erfolgen. Die verbindungslosen GPRS-Dienste (PTP-CLNS, connection-less network service) sind konsistent zu ISO 8348 (connection-less network layer definition). GPRS unterstützt laut Standard alle Applikationen, die auf dem Internet-Protokoll (IP) der TCP/IP-Protokollfamilie basieren. Verbindungsorientierte GPRS-Dienste (PTP-CONS, connection-oriented network service) stellen eine logische Beziehung zwischen zwei Benutzern her (virtuelle Verbindung), über die die Datenübertragung erfolgt, und sind konsistent zu ISO 8348.
• PTM-Dienste unterstützen die Übertragung von einem Absender zu einer Empfängergruppe, die sich zu einem bestimmten Zeitpunkt in einem vorgegebenen geographischen Gebiet befinden. Jeder GPRS-Teilnehmer hat die Möglichkeit, sich für eine oder mehrere Teilnehmergruppen registrieren zu lassen. Diese Gruppen sind entweder Dienstanbietern oder Applikationen zugeordnet. Es gibt zweierlei PTM-Dienste:
  • PTM-Multicast (PTM-M): Die Daten werden in alle vom Absender angegebenen Gebiete übertragen, entweder an alle Empfänger in diesen Gebieten oder nur an die angegebenen Teilnehmergruppen.
  • PTM-Group Call (PTM-G): Die Daten werden nur an eine spezielle Teilnehmergruppe gesendet, und zwar nur in denjenigen Zellen eines geographischen Gebietes, in denen sich Teilnehmer der Gruppe befinden. Dies bedeutet, daß dem Netz, anders als bei PTM-M, alle Teilnehmer der Gruppe, die sich zum Sendezeitpunkt innerhalb des Gebietes befinden, bekannt sein müssen. Das geographische Gebiet wird bei PTM-G vom Absender des Gruppenrufs für alle Datenübertragungen, die sich auf diesen Ruf beziehen, festgelegt.

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