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Wirtschaftsinformatik (Subject) / Systemsoftware und Rechnerkommunikation (Lesson)

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• NAT =Network Adress Translation.  Dient der Übersetzung von Netzwerkadressen zu klassenlosen Adressen. Die Grundidee von NAT besteht darin, einer Gruppe von Benutzern einen privaten Adressbereich zuzuordnen, der im internen Netz verwendet wird aber beim Zugang zum öffentlichen Netz in andere Adressen übersetzt wird. Dadurch werden private und öffentlich Adressen getrennt und können ggf. mehrfach vergeben werden.
• Basic NAT Bei einem Basic NAT werden zur Verfügung stehende globale, externe IP-Adressen 1:1 dynamisch den internen Hosts zugewiesen. Diese Zuweisung ist temporär/ dynamisch, kann aber auch permanent erfolgen. Nur wenn ausreichend globale IP-Adressen verfügbar sind, kann allen Hosts gleichzeitig Zugriff ins Internet gewährt werden. 
• NAPT =Network address/port translation. Flexibler als NAT. NAPT-Server (Ggstück NAT-Box) unterscheiden verschiedene Verbindungen anhand der IP-Adressen und Port-Nummern in einem privaten Netz. Dadurch können jedoch nur TCP- und UDP-Verbindungen aufgebaut werden. Der NAPT-Server verwaltet öffentliche IP-Adressen und zu jeder ein Kontingent an Port-Nummern. Pro IPv6-Adresse können also mehr als 64.000 Berbindungen aufgebaut werden. Der Verbindungsaufbau startet von einem Rechner in einem privaten Netz. Durch NAPT ist es möglich, mit einer gegebenen Anzahl IPv4-Adressen gelcihzeitig ein vielfaches an Verbindungen ins öffentliche Netz zu erreichen. Pakete werden in der Form IPa,Pa,IPb,Pb verschickt (IP=IP-Adresse, P= Portnummer). Empfängt der NAAPT-Server ein Paket mit dem Tupel IPa,Pa sucht der NAPT-Server eine derzeit freie, von ihm verwaltete IPv4-Adresse und eine Willkürliche Port-Nummer IPc,Pc und schickt es ab. Antwortet B mit dem Paket IPb,Pb,IPc,Pc, ersetzt der NAPT-Server IPcPc mit IPaPa und schickt es zurück an A im privaten Netz.  Der Server muss den Zustand der übertragung erkennen sowie das Ende, damit er die Adresse wieder freigeben kann. 
• Vorteile NAPT -wenige gloabale IP-Adressen benötigt-IP-Adressen anonymisiert-Vergabe findet unabhängig von Povider statt-sehr guter Support für große Subnetze-Schutzfunktionen, da jeder Verbindungsaufbau überwacht wird-keine direkte Verbindung von außerhalb ins private Netz
• Nachteile NAPT -manche Anwendungen müssen zusätzliche Maßnahmen ergreifen, um verwendbar zu sein (z.B. FTP: es werden 2 Verbindungen benötigt, die nacheinander aufgebaut werden)-Anwendungen, die nicht auf TCP oder UDP aufsetzen, werden nicht unterstützt-keine EINDEUTIGEN IP-Adresesn mehrkein Verbindungsloser Austausch von IP-Paketen möglich-NAPT-Server kann versehentlich eine Verbindung trennen und anders vergeben-Vermittlungsrechner sollte keine Veränderung an vermittelten Paketen vornehmen
• IPv6 Adress-Typen Unicast-Adressen (einzelne Netzschnittstelle)Anycast-Adressen (an das am besten geeignete Interface)Multicast-Adressen (Paket wird an alle Adressen der Menge ausgeliefert)
• Domainnamen werden vergeben nach dem Prinzip subdomain.domain.TopLeveldomain, z.B. informatik.uni-marburg.de
• Wofür steht und was ist DNS? =Domain Name Service. Vorstellung, dass jedes Teilnetz im Internet seinen eigenen Bereich von Namen verwaltet und selbst einen Bereichsnamen hat (domain name).
• Name Server ist einer der wichtigsten Dienste. Zu jeder Domain gehört ein Name Server. Ihre Aufgabe ist (im Rahmen des DNS), die IP-Adresse zu einem Hostnamen bzw. den Hostnamen zu einer IP-Adresse zu ermitteln.  
• Root Server speichern die Verweise auf alle Top-Level-Domain (TLD) Server, die wiederum ein oder mehrere Name Server betreiben müssen, die alle registrierten Subdomains kennt.  Es gibt insgesamt 13 Root Server auf der ganzen Welt, die meist aus mehreren gespiegelten Rechenzentren bestehen. Eine Anfrage an einen solcehn wird als Anycast-Übertragung an den nächsten bzw. am wenigsten ausgelasteten Server geleitet. Die Zuordnung eines beliebigen Domainnamens zu einer IP-Adresse erfolgt aus einem Cache mit bereits gespeicherten Zuordnungen. 
• Advertisement
• IP / UDP / TCP IP: definiert Dienst zum Übertragen von TCP und UDP Paketen. Standartprotokoll im Internet. Keine Zustandsinformationen, Pakete können verloren gehen.  TCP: (=Transmission Control Protocol) Verbindungsorientiert, unterstützt bei Übertragung eines vollduplexen byteorientierten Datenstrom. UDP: (=User Datagram Protocol) ermöglicht verbindungslose Kommunikation mit dem Internet. Nicht zuverlässig (wird nicht quittiert).
• IPv4 Pakete Jedes Paket wird nach besten Kräften unabhängig zum Empfänger befördert. Der wesentliche Inhalt des Headers sind daher Absender- und Zieladresse. DIe Länge des Pakets (inklusive des Headers) muss ein vielfaches eines Wortes (4 Byte) sein. Insgesamt darf ein Paket nicht größer als 65536 Bytes sein (64 kB). 
• IPv6 Pakete sind auch aufgebaut aus Header und Daten. Sie haben eine deutlich größere Adressbreite für 
• IPv6 Pakete sind auch aufgebaut aus Header und Daten. Sie haben eine deutlich größere Adressbreite für Source und Destination Addresses, da IPv6 Adressen deutlich größer sind. Es ist möglich, Pakete mit Zugehörigkeiten zueinander zu markieren. Dadurch können schon auf IP-Ebene Verbindungen gezeigt werden (z.B. bei Echtzeit-Übertragung von Videos).  Der Header hat eine feste Länge und keine Optionsfelder. Es können jedoch zusätzliche Header eingeschoben werden.   
• IP-Routing Wer? Jeder Rechner, der IP versteht, kann ein Router sein. Ist bei Workstations ggf aus, bei Servern an. Wann? Wenn eine Station vom Link-Level-Protokoll ein IP-Datagramm erhält, dessen IP-Adresse nicht die eigene ist, versucht sich der Rechenr als Router zu bestätigen. Wird ein Datagramm versendet, wird geprüft, ob die Zieladresse im eigenen Netzwerk liegt, und wenn ja, direkt verschickt. Sonst wird die Routing-Tabelle getestet, aus der die Information hervorgeht, wohin das Datagramm weitergeleitet werden soll. Falls das nicht klappt, wird eine Fehlermeldung an die nächsthöheren Protokolle weitergeleitet bzw. an den Vorgänger via Link Protokoll.
• Routing Tabelle besteht aus Zieladresse, Next Hop Adresse, Flags und Interface. Flags können sein: U: Up, Route benutzbarG: Route führt zu einem Gateway. Ohne G ist das Ziel direkt verbundenH: Das Ziel ist eine volle IP-Adresse, also ein HostD: created by Redirect  M: modified by Redirect Alle Nicht-lokalen Pakete werden nach außen geschickt. Routing-Informationen werden auf ICMP-Paketen ausgetauscht. 
• Redirect Routing Falls ein Empfänger eines weiterzuleitenden Pakets in seiner Routing-Tabelle stehen hat, das Paket an einen anderen Rechner im selben Netz zu senden, schickt er an den ursprünglichen Sender Das Paket mit einer ICMP-Redirect-Routing-Botschaft zurück. Der Empfänger dieser Nachricht ändert daraufhin seine Routing-Tabelle, um Pakete an diesen Empfänger zukünftig gleich an die bessere Adresse zu schicken. 
• Autonome Netze sind Sammlungen vieler IP-Netze, verwaltet als logische Einheit. In diesem Netz sind alle IP-Adressen und Locations bekannt, sodass Pakete immer auf optimalem Weg verschicket werden können. Autonome Netze selbst haben auch eine Hierarchie.  Wird ein Paket über ein AS verschickt und festgestellt, zu welchem AS es gehört, wird es dorthin weitergeleitet. Wenn nicht, wird es in der Hierarchie hochgegeben, bis ein AS weiß, wo das Paket hingeschickt werden muss. 
• Externes Routing Kosten Das unterschiedliche AS ggf. unterschiedliche Provider haben, die ggf. Verträge untereinander haben, können für gewisse Routen Kosten anfallen. Die billigste Route ist oft nicht die optimale. In Verträgen wird geregelt, welche Informationen über welche Routen laufen. Dies wird im Router voreingestellt. Der ganze Prozess nennt sich Poly-Based Routing. 
• MAC-Adressen sind die Kombination aus IP- mit Ethernet-Adressen. Sie werden meistens für Link-Level-Protokolle verwendet. Si sind 6 Byte groß und zufällig, können also nicht für Routing gebraucht werden. Dafür können die Adressen in verschiedenen IP-Netzen mehrfach verteilt werden. Im Frame wird immer die MAC-Adresse des nächsten Knotens auf dem Weg zum Ziel verwendet. 
• ARP =Address Resolution Protocol. Wird verwendet, um die MAC-Adresse eines Empfangsgeräts zu ermitteln. Ist die gesuchte Etehrnet-Adresse einer IP-Adresse nicht bekannt, wird ein Ethernet Broadcast Paket mit der ARP-Anfrage verschickt. Die Rechner, die diese empfangen, prüfen, ob ihre eigene IP-Adresse gefragt ist, und antworten mit einem ARP-Reply. Dadurch erfährt der Sender die Ethernet-Adresse und kann seinen Frame Header vervollständigen und das Paket abschicken. 
• Traceroute Windows Benutzt ICMP "Time exceeded" Datagramme. Diese entstehen, wenn ein Router ein IP-Paket mit einer TTL (Time To Live) von o oder 1 erhält. Ist die TTL größßer als 1, dekrementiert der Router sie um 1 (bzw. um die Zahl Sekunden auf dem Server)
• Traceroute UNIX TR verschickt UDP-Paket mit "unwahrscheinlicher" Port-Nummer an das Ziel. Kommt das Paket an, wird mit hoher Wahrschienlichkeit  eine Fehlermeldung Code=3 port unreachable retourniert. Damit weiß traceroute, dass es fertig ist. 
• Trace Route ICMP Algorithmus 1. Es wird ein Paket mit einer TTL von 1 geschickt, welches mit einer ICMP-Fehlermeldung vom 1. Router zurückkommt. Somit hat tracert den ersten Router kennengelernt.  2. Es wird ein Paket mit einer TTL von 2 geschickt, welches mit einer ICMP-Fehlermeldung vom 2. Router zurückkommt. Somit hat tracert den ersten Router kennengelernt. 3. usw... 
• Ergebnis Traceroute ermittelt die Rundreisezeit in ms durch pings. Es werden alle Router gepingt, die auf dem Weg zum Ziel auf einem Weg liegen. Jeder Router wird 3 Mal gepingt. Wenn er in 5s antwrtet, wird der ping-Wert festgehalten. Wenn nicht, wird ein Stern notiert. Jede Traceroute-Ermittlung kann unterschiedliche Ergebnisse liefern.   
• Aufgabe Transportprotokolle -logische Verbindung zwischen (mindestens) 2 verschiedenen Anwendungen auf verschiedenen Rechnern herstellen-Ende-zu-Ende arbeiten-Anwendungsprozesse kennen nur sich slebst und den je anderen Anwendungsprozess-kein Vermittlungsrechner auf dem Weg
• Anforderungen an Transportprotokolle -möglichst zuverlässige Datenübertragung (ohne Fehler, vollständig, in richtiger Reihenfolge)-möglichst schnelle Übertragung (mit möglichst geringem Overhead und Verzögerung) Diese Forderungen müssen unterschiedlich behandelt werden.
• UDP und TCP werden über IP-Pakete abgewickelt. Die IP-Adresse wird dabei im UDP/TCP-Paket nicht wiederholt. Es wird jedoch die Kennzeichnung der ANwendung auf Quell- und Zielrechner, die das UDP/TCP-Protokoll benutzen wollen. Diese wird Port- oder Socket-Nummer genannt und mit einem : von der IP-Adresse getrennt, z.B. 192.245.121.1:11.  Ein UDP/TCP-Paket ist die Nutzlast in einem IP-Paket. 
• UDP =User Datagram Protocol. -unzuverlässige Übertragung (Fehler können auftauchen)-es werden nur Bitfehler erkannt-geringer Overhead (wenig Kontrollinformation, keine Verfahren für Verbindungsauf-/ abbau, Flusskontrolle, Vollständigkeit) Anwendungen: -Datenübertragung in lokalen Umgebungen (geringe Wahrscheinlichkeit von paket loss, geringe Latenz)-periodische Übertragung von Daten (Verlust wird toleriert)-Echtzeitanwendungen
• UDP-Pakete Format:-Source Port SP-Destiantion Port DP-Length L(-Checksum CS) Der IP-Header hat eine Größe von mindestens 20 Byte, der UDP-Header hat eine Gesamtlänge von 8 Byte, sodass 65504 Bytes für UDP-Daten bleiben. 
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• Checksum-Verfahren Wird in IP, TCP und UDP benutzt. Alternative zum Parity-Verfahren.  -betrachtet werden Werte von 16-Bit-Sender bildet Summe aller betrachteten Daten-Checksum ist das 1er-Komplement der Summe-Empfänger addiert alle betrachteten Daten und Checksum-bei fehlerfreier Übertragung ist das Ergebnis das 1er-Komplement von 0 Korrekte Übertragungen ergeben also eine Checksum von 11111111 11111111
• TCP =Transmission Control Protocol. Ziel: zuverlässige Übertragung über ungesicherte Netze. -implementierte Protokoll-Basisfunktionen-zusätzliche Congestion Control-signifikanter Overhead-Verbesserungen bzgl. Performance und Fairness Anwendungen: -Dateitransfer-Übertragung von Daten ohne Toleranz von Verlusten (z.B. Kanal mit Informationen für Signalisiserung und Steuerung)
• Eigenschaften TCP -point to point, end to end: Verbindung mit genau einem Sender/Empfänger ohne Vermittlungsrechner-Verbindungsorientiert: vor der Übertragung erfolgt ein Handshake zum Verbindungsaufbau und dem Austausch von Parametern durchgeführt-Byte-orientiert: es wird ein Byte-Strom übertragen, keine Pakete wie mit UDP-Zuverlässig: Daten werden (wie bei Data-Link-protokollen) gesichert übertragen. Schlagen mehrere Sendeversuche fehl, wird eine Fehlermeldung an die Anwendung gegeben-Full Duplex: Nutzdaten und Kontrollinformationen können gleichzeitig in beide Richtungen ausgetauscht werden-Piggybacking: Nutzdaten und Acknowledges werden kombiniert-Buffer: es werden Sende- und Empfangsbuffer für die Wiederholung bei Fehlern etc. eingeräumt-Flow Control: Empfänger regelt, wie viele Daten er empfangen kann -> keine Datenflut-Congestion Control: Netz kann Datenrate bei steigenden Verzögerungen verringern
• Verbindungsaufbau: Three Way Handshake ConnectionRequest: Client sendet TCP Segment SYN-mit gesetztem SYN-Bit(-mit zufälliger Initial Sequence Number client_isn)ConnectionGrant: Server sendet TCP Segment SYNACK-mit gesetztem SYN-Bit-mit gesetztem ACK-Bit-mit korrekter Acknowledgement Number client_isn+1ACK Connection Grant: Client sendet TCP Segment ACK-ohne gesetztes SYN-Bit-mit gesetztem ACK-Bit-mit korrekter Acknowledgement Number server_isn+1
• Verbindungsabbau: Four Way Close Client erzeugt TCP Segment FIN-mit gesetztem FIN-BitServer bestätigt FIN des Client-mit gesetztem ACK-Bit-ohne gesetztes FIN-BitServer erzeugt TCP Segment FIN-mit gesetztem FIN-BitClient bestätigt FIN des Servers-mit gesetztem ACK-Bit-ohne gesetztes FIN-Bit
• TCP-Sequenznummern Um übertragene Bytes zu sortieren, werden sie abgezählt. Die Zählung der Sequenzen beginnt mit einem zufälligen Wert ISN (Initial Sequence Number). Alle arithmetischen Operationen werden Modulo 2^32 ausgeführt, also nach (2^32)-1 folgt die Sequenznummer 0.  Bei verbindungsaufbau werden ISNs ausgetauscht. Bsp:  -SEQ=41-SEQ=78 ACK=42-SEQ=42 ACK=79-.....
• Flußkontrolle Übertragungsrate des Senders muss der Verarbeitungsrate des Empfängers entsprechen. Der Empfänger führt einen Receive Buffer, dessen Größe er dem Sender mitteilt. Die Mitteilung erfolgt im Receive Window Feld im TCP-Header. Es muss gelten: RecvWindow = RecvBuffer – (LastByteRecvd – LastByteRead)
• Reaktionen auf Paketverluste -Wiederholung nicht erhaltener Pakete-Explizite Anforderung durch Empfänger-Go-Back-N (Sliding Window; mehrere unbestätigte Segemente können übertragen werden und solange noch im Fenster bestätigt werden)-Selective Repeat (Empfänger speichert Out-Of-Order-Segmenete, bis Vorgänger eintreffen im Puffer, selective ACKs (jedes wird einzeln bestätigt), Retransit nr wenn kein ACK nach Timer) TCP ist hybrid mit vielen Modifikationen
• Congestion Control Bei zu vielen Nutzern bzw. zu vielen Sendungen verstopfen Puffer und es kommt zu Paketverlust. Paketverluste erhöhen die Last noch zusätzlich durch Sendewiederholungen. LösungenEnd to End Congestion Control:-Sender erkenne höhere Verzögerungen und Paket Loss und drosseln Senderate und/oder Paketgröße-TCP unterstütztNetzwerkunterstützte Congestiopn Control:-Netzwerkkomponenten melden dem Sender congestion durch Flags in Headern der Datenpakete-auf verschiedenen Ebenen möglich (IP, Sicherungsschicht)
• Socket Schnittstelle zwischen Netzwerk-Applikationen und Betriebssystem, Apllication Programming Interface (API).-Teil des Kernels-eigensändige Bibliothek-liefern Port Number auf Applikationsebene-ermöglicht lesen und Schreiben von Daten (analog zu Dateizugriff, hier über Netzwerk)-können empfangene Daten puffern-> belegt Ressourcen
• Port Nummern adressieren Sockets extern, eindeutige Zuordnung zwischen Deskriptor und Port Nummern auf einem Host. Bei TCP werden auch Port Nummern des Clients berücksichtigt. 
• Durch welceh Angaben wird eine Netzwerkverbindung eindeutig identifiziert? Quelle: IP Adresse und Port NummerZiel: IP Adresse und Port NummerProtokoll: Transport Protocol (idR UDP/TCP)
• Flußkontrolle Übertragungsrate des Senders muss der Verarbeitungsrate des Empfängers entsprechen. Der Empfänger führt einen Receive Buffer, dessen Größe er dem Sender mitteilt. Die Mitteilung erfolgt im Receive Window Feld im TCP-Header. Es muss gelten: RecvWindow = RecvBuffer – (LastByteRecvd – LastByteRead)
• Telnet nicht verschlüsselt, tauschen ASCII-Strings über eine TCP-Verbindung aus
• FTP Datenübertragung auf lange Distanz, Login auf Server (Email, passwort). Verbindung wird über Port 21 gesteuert und Port 20 überträgt Dateien.
• Postweg Email -Client sendet Mail (SMPT)-Mail Server-SMTP Agent x...-SMTP Agent y-Mail Server mit Postfach des Empfängers (POP3/IMAP)-Mail Client
• POP3/IMAP Lesen elektronischer Post. POP3 (Post Office Protocol) kann nur empfangen, gesendet wird über SMTP. IMAP ist verschlüsselt und erlaubt einem Mail Client, auf die Mail im Server zuzugreifen und diese zu manipulieren. Erfindung Mailbox.
• WWW =World Wide Web. Verteiltes Hypertextsystem (verteilt=auf vielen Rechnern weltweit). Ein Hypertext ist ein Textdokument, in dem sich Links zu weiteren Textdokumenten befinden (Hyperlinks). 
• URL =Uniform Resource Locaotor. Identifiziert Dateien im Web eindeutig. Beispiel: https://www.informatikbuch.de/index.html -> verweist auf ein HTML-Dokument.  
• URI =Uniform Resource Identifier. Werden zur Identifizierung beliebiger Dateien und Websites im Web gebraucht. Unterklassen der URI sind URL (identifiziert Ressource über ihren Zugriff und somit ihrem Ort im Netz (z.B. http)) und URN (Uniform Resource Name; dient dazu eine Ressource für ihre gesamte lebensdauer eindeutig zu identifizieren) 

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