Informatik (Subject) / Rechnernetze (Lesson)

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• Was passiert mit physikalischer Verbindung Information (Abstrakt) werden representiert durch Daten. Diese durch Signale Daten in Binärdarstellung (Will man übertragen) (kann man übertragen) Signal: Charakteristischer Wechsel physikalischer Variablen   --> Bits in Signale umwandeln (Stromfluß Ja/Nein)
• Basiseigenschaften Kommunikation Übertragungsgesch: Wie schnell Signal in Übertragungsmedium Verzögerung: Wie lange benötigt Signal um Empfänger zu erreichen Datenrate: Welche Senderate Fehlerrate
• Zwei Wege Kommunikation Simplex: nur eine Partie überträgt (Radio) Halbduplex Parteien senden alternierend (Gespräch Walkie Talkie) Zeitduplex Vollduplex: Beide Parteien senden gleichzeitig Ausnutzung Eigenschaften des Mediums (Frequenzduplex= Verwendung unterschiedlicher Frequenzen zur Übertragung in unterschiedliche Richtungen Daten zwischenspeichern während eine Seite sendet, Danach mit hoher Geschw. gepufferte Dateien senden (Zeitduplex ermöglicht Vollduplex wenn Übertragung mind. Doppelt so schnell wie SEnderate)
• Wie verbindet man mehrere Rechner Endsysteme/Terminals/Nutzsysteme und Intermediäre Systeme/Router   keine direkte physikalische Verbindung zwischen Endgeräten   --> circuit switching, packet switching
• Leitungsvermittlung Vermittlungselement zwischen Endsysteme Schalten. Leitung besteht für Dauer Verbindung einfach Ressourcen garantiert zur Verfügung (wenn Geschaltet) Daten fließen entlang Leitungsweg   Ressource fest zugewiesen (Pausen) Leitung muss geschaltet werden (Verzögerung)
• Paketvermittlung Daten in Pakete zerteilen Nutzdaten Daten zur Wegleitung (empfängerdaten) Vermittlungsknoten empfangen paket Speichern P im Puffer Entscheiden wohin P im nächsten Schritt (Netzgraph) Leiten Paket weiter store and forward
• Multiplexen Reguliert den Zugriff zu einer Ressurce, die von mehreren Nutzern geteilt wird koordinierte Weiterleitung von Paketen über eine einzelne gleichzeitig genutze Verbindung Zeitmultiplex: Paket nacheinander Frequenzmultiplex --> Abstraktion versteckt Tatsache, dass eine physikalische Leitung geteilt vorstellung exklusiv Virtualisierung physikalischer Verbindung (Jedes Paket denkt, es hat die Leitung für sich)
• Rundfunk Medium Charakteristika: Nur ein Sender kann zu einem Zeitpunkt senden (exklusiver Zugriff) --> Realisierung durch Multiplexer Mehrfachzugriffsproblem=Medienzugriff --> Ist Multiplexer nicht verfügbar müssen Regeln gefunden werden (zentrale Instanz verwaltet ZUgriff)
• Wie entscheidet der Router wohin das Paket im nächsten Schrit gesendet wird Fluten(sende an alle Nachbarn) Hot Potato Routing: sende an einen zufälligen Nachbarn Optimiertere Ansätze: Suche kurzen Weg (wenig Sprünge) lerne Struktur des Netzes und interpretiere diese als Graph Erstellen der Routingtabellen Jeder Router seperat Jedes Ziel ein Eintrag Informationen über den vermuteten kürzesten Pfad (Anzahl der Hops)  
• Routing Tabellen Bei System start leer Passiv: Beobachte Netzverkehr(hot potato routing) versuche Informationen zu extrahieren --> nach und nach besser   Aktiv: Tausche Informationen zwischen Routern aus um Netzstruktur zu erlernen (Routing Protokolle)   Problem: In großen Netzen nicht sinnvoll für alle möglichen Ziele Einträge in Routingtabelle vorzuhalten --> Hierarchie: Unterteile Netz und verbinde einzelne Teile (Internetworking) devide and qonquer
• Abstraktion bei Programmiersprachen Binärer Maschinencode Assembler Systemnahe Sprache (C) Hochsprache
• Protokoll Format und Reihenfolge ausgetauschter Nachrichten zwischen zwei oder mehreren Einheiten, sowie Aktionen, die bei Senden/Empfangen einer Nachricht ausgeführt werden
• Schichtenarchitektur Protokolle stellen sicher, dass Peer Entitäten korrekt funktionieren Inhalt einer Schicht kann jederzeit unabhängig vom Rest ausgetauscht werden Abwägung: Overhead vs. Klarheit Einfachheit   Schicht N stellt dienst für Schicht N+1 zur verfügung N Einheiten KOmmunizieren über N Protokolle und nutzen Dienste der N-1 Schicht Unterste Schicht führt Aktion direkt aus
• Verbindungsorientiert vs. Verbindungslos Verbindungsorientierte Dienste (Telefondienst) Verbindungsaufbau Datemaustausch Verbindungsabbau Verbindungslos Nur Datenübertragungsphase (Post)
• Osi Schichtenmodell Anwendungsorientierte Schichten Anwendungsschicht Darstellungsschicht Sitzungsschicht Transport orientierte Schichten Transportschicht Vermittlungsschicht Sicherungsschicht Bitübertragungsschicht (Physical Layer)
• Bitübertragungsschicht Sicherrungsschicht Vermittlungsschicht (Network Layer) Transportschicht, Sitzungsschicht, Darstellungsschicht Anwendungsschicht Unsicherer Datenstrom zwischen benachbarten Systemen Darstellung Bits als Signal Fehler korrigierter Strom von Rahmen zwischen benachbarten Systemen: Erkennen und beheben von Übertragungsfehlern Paketstrom zwischen Endsystemen Routing Multiplexen Fehlerkorrektur und Flusskontrolle, Überlastkontrolle zum Schutz des Netzes Trans: Ende zu Ende Nachrichtenstrom zwischen Prozessen Session: Struckturierter Dialog Darstellungsschicht: Austausch Daten (Semantik) Anwendungsschicht kooperierende Einheiten
• Schichten Internet Anwendungsschicht, Darstellungsschicht, Sitzungsschicht zur Anwendungsschicht zusammengefasst --> HTTP Protokoll Transportschicht TCP Vermittlungsschicht: IP Sicherungsschicht: Ethernet Bitübertragungsschicht: Physical Layer Anfrage wird auf Client durch Schichten nach unten gereicht Bitübertragungsschicht ist für das Versenden zum nächsten Hop zuständig Internetprotokoll(IP) auf Vermittlungsschicht leitet Paket zum Zielsystem (möglicherweise über viele Routingschichten) Transport und Anwendungsschicht kommunizieren Ende zu Ende (Abstraktion, vernachlässigen der Details, wie Information über verschiedene Schichten durchgereicht wurden)  
• Kernaufgaben der Schichten im Internet Kontroll Informationen der einzelnen Schichten werden als Paketkopf an Rahmen angehängt 5,6,7 Erstelle HTTP Anfrage Rufe Schicht 4 Funktion auf Bearbeite Antwort  4 Öffne zuverlässige Verbindung zum Server Stelle sicher das Daten in Reihenfolge des Senders ankommen Überlaste das Netz nicht (Stau Kontrolle) 3 (IP) Route Nachricht vom Client zum Webserver von Router zu router Ende zu Ende Dienst mittels Hop für Hop Aktionen 2 Packe Datenpaket von Schicht 3 in Rahmen Schicke Rahmen zum direkten Nachbarn 1 Übertragung des Rahmens als Bitstrom   Schichten nicht immer klar abgrenzbar: Fluss/Staukontrolle TCP IP
• Variablenbezeichnung Datenfelder=Instanzvariablen: Speichern die Werte eines Objektes und definieren so seinen Zustand lokale Variablen: temporäre Speicherung von Werten. Gültigkeit nur in dem Bereich in dem Variable deklariert polymorphe Variablen: Variablen, die mehr als einen Typ von Objekten halten können (den deklarierten Typ und Subtypen des deklarierten Typs) Parameter: Werte die einem Konstruktor oder einer Methode übergeben werden
• Methoden Implementieren Verhalten von Objekten Getter Methoden: liefern Informationen über Ein Objekt (Über Rückgabewert) Setter Methoden: Verändern Zustand eines Objekts Methoden Polymorphie: Der Gleiche Methodenaufruf kann zu unterschiedlichen Zeitpunkten verschiedene Methoden Aufrufen abhängig von dynamischen Typ der Variablen, die den Methodenaufruf durchführt
• Visualisierung Objekt- Klassenbeziehung Objektdiagramm: Dynamische Sicht auf ein Programm welches Objekte und deren Beziehung zueinander zu einem Zeitpunkt in der Ausführung visualisiert ändert sich zur Laufzeit durch Methodenaufrufe, neu erzeugte Objekte   Klassendiagramm: Statische Sicht auf ein Programm, welches Beziehungen zwischen Klassen visualisiert. ändert sich durch Implementierung neuer Klassen, oder wenn sich durch Quelltextmodifikationen die Beziehungen der Klassen zueinander ändern
• Primitive vs. Objekttypen Primitive Typen: Von Java vordefiniert. Speichern Werte direkt Objekttypen: Durch Klassen definiert. Speichern Referenzen auf Objekte
• Eigenschaften Array List Kapazität erhöhbar, flexibel Führt Buch über ihre Größe Beachtet Reihenfolge, in der Elemente hinzugefügt werden  
• Array Sammlung fester Größe, die Objekte oder Werte eines primitiven Typs speichern können! Vorteil: syntaktische Unterstützung int[] test = new int[große]; Array Literal (In Deklaration) private int[] test={1,2,3}
• Empgehlung für Schleifen Wenn alle Elemente einer Sammlung durchlaufen werden sollen for each (klar, knapp, wird immer beendet Nachteil: Kein Schleifenzähler) Außerhalb Sammlung: While, For   While: Formulierung eines Abbruchkriteriums: Solange logischer Ausdruck der Schleifenbedingung wahr ist mache... For: Wenn Anzahl der Durchgänge bekannt ist Iterator: Wenn indizierter zugriff ineffizient bzw. Objekte gelöscht werden (Verwaltet Position in Collection selbstständig mit hasNext(), next())
• Ersetzbarkeit Objekte von Subtypen können verwendet werden, wo Objekte eines Supertyps erwartet werden. Subklassen Objekte können Variablen der Superklasse zugewiesen werden Subklassen Objekte können als Parameter übergeben werden, wo Superklassenobjekte erwartet werden
• String Methoden text.toUpperCase(); Großbuchstaben t.length() char buchstabe=t.charAt(i); t.indexOf(String str, int fromIndex) //liefert den Index zurück, an dem der Substring das erstemal auftaucht t.substring(int beginnIndex, int endIndex);
• Zufallsobjekte import java.util.Random; Random zufallsgenerator = new Random(); int zahl=zufallsgenerator.nextInt(max+1);
• Informationsdarstellung im Computer Darstellung im Computer wenn vollständig binär darstellbar Verarbeitungsschritte auf binärdaten möglich, wenn auf elementare Logik Operationen rückführbar
• Zahlensysteme Binär Oktal Hexadezimal 0-F Umrechnung aus Dezimal durch Restklassenverfahren In Binär durch Blockbildung
• Halbaddierwerk Abbildung Arithmetischer Operation in logische Operationen a+b=cs c=carry= a und b s=sum=(aoderb) und nicht (a und b)
• Darstellung ganzer Zahlen Darstellung mit fester Stellenzahl (links mit Nullen füllen) Unterscheidung +/- 1.Bit speichert Vorzeichen (schlecht, da null zweimal vorhanden und addiert man zur größten Zahl eins landet man bei der kleinsten) Zweierkomponent Darstellung (Untere Schranke eins niederiger als obere) ersetze in pos Zahl alle 0 durch 1 und umgekehrt Addiere +1
• Gleitkommadarstellung Zahlenwert= mantisse * basis hoch Exponent Abgespeichert wird Zahlenpaar aus Mantisse und Exponent   Addition: Angleich der Exponenten(Verschieben der Stellen um Differenz zwischen Exponenten Addition Mantissen Multiplikation Multiplikation Mantisse und Addition Exponent
• Darstellung von Zeichen Jedes Zeichen wird einer natürlichen Zahl zugeordnet (unterschiedliche Zeichen unterschiedlichen Zahlen zuordnen) Kodierung durch Zeichensätze
• ASCII Zeichendarstellung durch Bitfolgen aus 7 Bits Alphabet Zahlen Sonderzeichen Interpunktation Leerzeichen keine Zeichen sondern Funktionen (newline)
• ISO-Latin-1 Zeichencodierung durch 8 Bits standardisierte Auswahl in Mitteleuropa für zusätzliche Zeichen ISO-Latin-1
• Unicode Standardzeichensatz moderner Programmiersprachen, die Zeichen durch mind. 16 Bits Darstellen Jährlich ca. eine neue Release. Inzwischen 17 Ebenen zu je 16 Bits Sonderzeichen verschiedenster Sprachen (z.B.: chinesische Schriftzeichen) technische Piktogramme geometrische Formen
• Kompatibilität verschiedener Zeichenkodierungen E-Mail liegt im versand ein Router, der nur ASCII darstellen kann wird das führende Bit auf 0 gesetzt. Der nächste Router der damit arbeitet behält dies bei so kann aus einem Ä z.B.: ein D werden
• Operation auf Zeichen Umwandlung Kleinbuchstabe in Großbuchstabe x-32 (Unterscheidung in Bit nr 6 Groß 0 klein 1)   ASCII Wert von 0 im Dezimalsystem entspricht im Hexadezimalsystem 0 --> lässt sich leicht rechnen
• Texte Newline Sequenzen von Zeichen die aufeinanderfolgend im Speicher des Rechners abgelegt werden (Ende markiert durch ASCII Wert 0=NULL)   ASCII Wert 10 Anzeige von Zeichenumbrüchen im File Editoren und Programme geben dieses Zeichen nicht aus, sondern springen in nächste Zeile

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