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Datenkommunikation (Subject) / Datennetze (Lesson)

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• 1.1.1. Definieren Sie den Begriff Rechnernetz! Mehrere Rechner die miteinander kommunizieren, über bestimmte Medien (Switch, Router, Hub,...)
• 1.1.2. Welche Anforderungen lassen sich an Rechnernetze stellen? –        Sie sollen sicher sein –        verfügbar sein –        erweiterbar –        soll günstig sein   Abkürzung: FCAPS
• 1.1.3. Welche Verbundtypen kennen Sie im Kontext der Rechnernetze? –        Datenverbund –        Lastverbund –        Funktionsverbund –        Verfügbarkeitsverbund   –        Betriebsmittelverbund
• 1.1.4. Aus welchen Komponenten bestehen Rechnernetze typischerweise? Netzwerkkarte, Switch, Hub, Gateway, Brigde, Router
• 1.1.5. Welche Komponenten werden in WANs nicht aber in LANs benötigt? Modem, Router (normal nicht in einem LAN)
• 1.1.6. Gibt es Aufgaben, deren Lösung leistungsfähige Netzwerkbetriebssysteme über die reine Datenkommunikation hinaus anbieten müssen? Wenn ja, welche sind das? –        Protokolltyp, Art der Verbindung, Adressierung (Namenvergabe), Prüfen ob ein Rechner Ansprechbar ist
• 1.2.1. Beschreiben Sie das Philosophenmodell in eigenen Worten! Zur Kommunikation zweier sich fremdsprachiger Philosophen werden Übersetzer zur Kommunikation eingesetzt.     Es wird in eine Sprache übersetzt, die von allen Komponenten verstanden wird. Dadurch wird die technische Komplexität verringert.
• 1.2.2. Welche Ziele werden mit dem OSI-Modell verfolgt? –        Standardisierung (direkte Gerätekommunikation) –        freie Wahl des Herstellers (von Software) [second source] –        technische Kommunikation wird vereinfacht   –        Geld sparen
• 1.2.3. Welche Aufgaben kommen den einzelnen Schichten des OSI-Modells zu?   1.                  Bitübertragungsschicht (physical layer):   Dateneinheit:              Bit   2.                  Sicherungsschicht (link layer):   Dateneinheit:              Rahmen   3.                  Vermittlungsschicht (network layer):   Dateneinheit:              Paket   4.                  Tansportschicht (transport layer):   Dateneinheit:              Segment   5.                  Sitzungsschicht (session layer):   Dateneinheit:              Nachricht   6.                  Darstellungsschicht (presentation layer):   Dateneinheit:              Nachricht   7.                  Anwendungsschicht (application layer):     Dateneinheit:              Nachricht
• 1.2.4. Unterscheiden Sie zwischen Dienst und Protokoll! Dienst:                       Anwendung die man im Netzwerk benutzen möchte.     Protokoll:                    Datenformat und -ablauf der Versendung
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• 1.2.5. Definieren Sie die Begriffe "Offenes System", n-Schicht, n-Instanz, Partnerinstanz! Offenes System:         Ein System, welches sich bei der Kommunikation an die OSI-Standards hält.   N-Schicht:                  Zusammenfassung aller Einheiten der n-ten OSI-Hierachiestufe aller offenen Systeme („Bauplan“).   N-Instanz:                  Ist die Realisierung der n-ten OSI-Hierachiestufe auf einem Rechner.   Partnerinstanz:    Eine Instanz derselben Schicht an einem anderen Ort
• 1.2.6. Zwischen welchen Schichten im OSI-Modell wird direkt bzw. indirekt kommuniziert? Direkt:                        physical layer, direkt über-/untergeordnete Schicht     Indirekt:                     alle anderen layer
• 1.2.7. Wozu dienen die schichtenspezifischen Nachrichtenheader? Der Nachrichtenheader enthält die zwischen den Partnerinstanzen auszutauschenden Daten zur Einhaltung des jeweiligen Protokolls.
• 2.1.1. Was ist ein Port? –        Es ist eine Adresse auf dem sich ein Rechnerprozess befindet
• 2.1.2. Wie lässt sich eine Netzwerkapplikation im Netz eindeutig adressieren? Durch IP-Adresse und Portnummer
• 2.1.3. Ist der Begriff des Clients bzw. des Servers hardwaregebunden oder wird damit allein eine Softwareeigenschaft charakterisiert? –        häufig nur Software gebunden   –        Ein Rechner, der nur als Server arbeitet wird auch als Server bezeichnet, hierbei ist die Bezeichnung jedoch hardwaregebunden
• 2.1.4. Wie findet ein Clientprozess den zugeordneten Serverprozess? Der Client muss IP-Adresse und Portnummer kennen.
• 2.1.6. Skizzieren Sie das prinzipielle client- und serverseitige Vorgehen beim Durchlauf durch eine Client-Server-Applikation! siehe Übungsaufgaben
• 2.1.7. Was passiert, wenn Sie versuchen einen Serverprozess auf einem Port zu starten, der bereits von einem anderen laufenden Serverprozess verwendet wird? –        Fehlermeldung (Belegt!)   –        1 Port kann nur einen Prozess führen
• 2.1.8. Welche wesentlichen Funktionen muss ein Netzwerk-API zur Verfügung stellen? –        connect() –        accept() –        send() –        sendto() –        recv()   –        recvfrom()
• 2.1.10. Warum kann der Client in der Echo-Applikation nicht davon ausgehen, dass er die gesendeten Daten in den Einheiten wieder zurückbekommt, in denen er sie verschickt hat? –        Nicht jedes Teilnetz benutzt die gleichen Technologie –        Heterogenes Teilnetz mit unterschiedlichen Technologien und Blockgrößen –        „Fragmentierung“ → Aufteilung in Blöcken
• 3.1.1. Was ist Aufgabe der Bitübertragungsschicht? Die Umwandlung einer Bit-Folge in eine Folge von Signalen
• 3.1.2. Unterscheiden Sie DÜE und DEE! DÜE:              Datenübertragungseinrichtung DEE:               Datenendeinrichtung
• 3.1.3. Was ist ein Signal? Ein physikalisches Signal, welches Daten enthält
• 3.1.4. Unterscheiden Sie analoge, digitale, isochrone und anisochrone Signale! Analog:           Wert- und Zeitkontinuierlich Digital:            Wert- und Zeitdiskret isochron:         gleichzeitiges Signal   anisochron:     nicht gleichzeitiges Signal
• 3.1.5. Beschreiben Sie in eigenen Worten, womit sich die Fourieranalyse beschäftigt und was die wesentlichen Zusammenhänge sind! –        Bestimmung der Bandbreite   –        Amplituden- und Phasenspektren
• 3.1.6. Definieren Sie die Begriffe Schritt- und Übertragungsgeschwindigkeit! Schrittgeschwindigkeit:                     Häufigkeit der erlaubten Signalwechsel (Baud Bd)   Übertragungsgeschwindigkeit:          Übertragene Datenmenge pro Zeit (Bit/s)
• 3.1.7. Welche Bedeutungen des Begriffs Bandbreite kennen Sie? B = fmax – fmin Menge der Signalenergie
• 3.1.8. Mit welchen Schwierigkeiten hat man es zu tun, wenn Signale über reale Übertragungskanäle zu übertragen sind? –        lineare Verzerrungen: Dämpfung, Phasenverzerrung   –        nicht linear: Impulsrauschen
• 3.1.9. Beschreiben Sie die Theoreme von Nyquist und Shannon! Nyquist:                      In diese Formel geht die Wertigkeit des Signals mit ein. Wird bei idealen Kanälen ohne Störungen verwendet. Shannon:                      In dieser Formel wird das Signal zu Rausch Verhältnis einbezogen. Wird bei gestörten Kanälen verwendet.
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• 3.1.10. Definieren Sie die Begriffe Latenz, Signallaufzeit, Übertragungszeit und Round-Trip-Time! Latenz:                       tL = tS + tÜ + tW   Signallaufzeit:              Übertragungszeit:           Round-Trip-Time:      
• Gegeben sei ein Übertragungskanal, der, abgesehen von seiner Bandbreitenbeschränkung, ideal ist. Seine Bandbreite betrage B Hz (fmin = 0 Hz, fmax = B Hz). 3.2.1. Wie muss ein Signal aussehen, das vom Kanal unverzerrt übertragen werden kann? –        keine Frequenzen oberhalb von B!
• 3.3.1. Welche Datenrate können Sie mit einem 256-wertigen Signal auf einem idealen Kanal der Bandbreite von 3000 Hz theoretisch erreichen? siehe Übung
• 3.3.2. Wie ändert sich die zuvor bestimmte Datenrate, wenn Sie statt des idealen Kanals einen gestörten Kanal betrachten, der ein Signal-Rausch- Verhältnis von 45 dB besitzt? siehe Übung
• 3.3.3. Wie lange benötigt die Übertragung eines 100 Byte großen Datenblockes über eine 8000 km lange Glasfaserstrecke, wenn die max. Datenrate des Kanals bei 2Mbit/s liegt und Sie Wartezeiten vernachlässigen können? Wie lange benötigt bei sonst gl siehe Übung
• 4.1.1. 4.1.1. Geben Sie für die Bitfolge 101100001001 die resultierenden Wellendiagramme gemäß der digitalen Leitungscodierungen NRZ, NRZI, Manchester, 4B/5B und AMI an! Für AMI unterstellen Sie, dass nach drei 0- Bits ein die Wechselregel verletz siehe Übung
• 4.1.2. Wo liegen die Vorteile der Manchester-Codierung im Vergleich zur NRZI- Codierung? –        Taktrückgewinnung –        Gleichanteilsfrei –        Fehlererkennung
• 4.1.3. Wie viele Zeitschritte n benötigen Sie zur Übertragung einer m Bit langen Bitfolge, wenn Sie eine k-wertige digitale Leitungscodierung benutzen? Welcher Wert ergibt sich für n, wenn m = 1024 und k = 8 ist? siehe Übung
• 4.2.1. Erklären Sie den Unterschied zwischen synchronem und asynchronem Zeitmultiplexing! Synchron:                   feste Zeitschlitze (einfacher zu implementieren)   Asynchron:                 z.B. Start/Stop-Bits, Adressierung (keine Zeitverschwendung)
• 4.2.2. 4.2.2. Wie viel Bit benötigen Sie beim asynchronen Zeitmultiplexing für die im Paket unterzubringende Information zu Absender und Empfänger eines Datenpaketes, wenn Sie einen Übertragungskanal benutzen, an dem n Rechner angeschlossen sind, Zieladresse hat log2(n) Bit. → Quelladresse: n Möglichkeiten             → Quelladresse hat log2(n) Bit   Ziel + Quelle:             2 * log2(n) Bit, somit log2(n²) Bit
• 4.2.3. Wie viele logische Kanäle benötigen Sie beim synchronen Zeitmultiplexing, wenn n Rechner am Übertragungsweg angeschlossen sind, die sowohl Sender als auch Empfänger sein können? Hinweis: Eine Station darf auch sich selbst senden. Bsp.:               3 Rechner, somit:                         Rechner A sendet an Rechner B, C und sich selbst                         Rechner B sendet an Rechner A, C und sich selbst                         Rechner C sendet an Rechner A, B und sich selbst                             somit 9 logische Kanäle, daraus folgt:          log. Kanäle = n²
• 4.3.1. Unterscheiden Sie die unterschiedlichen Glasertypen! Monomode-Faser, Gradientenprofil-Faser, Singlemode-Faser
• 4.3.2. Welche Bandbreite wird für eine Übertragungsrate von 1 Gbit/s auf einer LWL-Strecke benötigt? Welche Fragen sind zuvor zu klären? Rechnung siehe Übung Frage vorab:    Wertigkeit des Signals? –        Definiert vom Sender: Leitungscodierung   Bsp.:    2-wertige NRZ-Leitungscodierung    
• 4.3.3. Sie müssen einen Übertragungsweg der Länge 2 km überbrücken und dabei eine Übertragungsrate von 0,5 Gbit/s realisieren. Auf welchen Glasfasertyp würden Sie in einem solchen Fall zurückgreifen? Kenntahl der Glasfaser: Bandbreiten-Längen-Produkt  Rechnung siehe Übung Annahme:       NRZ-Codierung     ; aus Tabelle ergibt sich: –        Multimode-Gradientenfaser   –        Monomodefaser
• 4.4.1. Sie wollen 10.000 7-Bit-Zeichen über eine RS-232-Schnittstelle übertragen, die mit 9.600 bit/s arbeitet. Wie lange dauert die Übertragung? Start- & Stopbits zwingend (Optional: Paritätsbits, hier nicht verwendet) Rechnung siehe Übung
• 4.4.2. Skizzieren Sie die Spannung auf der Datenleitung einer RS-232- Schnittstelle, wenn das Zeichen 'a' übertragen wird! siehe Übung
• 4.4.3. Zwei Rechner seien über eine RS-232-Schnittstelle miteinander verbunden. Der Sender sei dabei so eingestellt, dass zwei Stopp-Bits verwendet werden, der Empfänger sei so eingestellt, dass lediglich eines erwartet wird. Lassen sich Daten bei Die Wahrscheinlichkeit, dass ein Zeichen hierbei falsch erkannt wird ist eher gering, da die Stopbits dem Idele-Mode entsprechen, somit würde der Empfänger erst wieder Daten empfangen wollen, wenn ein Startbit (log. 1) erkannt wurde. Optimal ist diese Einstellung nicht, da eine Zeiteinheit verschwendet wird.
• 5.1.1. Skizzieren Sie qualitativ, wie der Zusammenhang zwischen der Nutzdatenrate und der Rahmengröße aussieht, wenn zum einen ein Übertragungskanal eingesetzt wird, dessen Bitfehlerrate a. bei Null liegt b. klein ist c. groß ist siehe Übung
• 5.2.1. Wie groß ist die Wahrscheinlichkeit dafür, dass bei gegebener Bitfehlerwahrscheinlichkeit p eines Übertragungskanals ein zu übertragender Rahmen mit n Bits a. keinen Übertragungsfehler erfährt b. genau einen Übertragungsfehler er siehe Übung
• 5.2.2. Ein Übertragungskanal habe eine Bitfehlerwahrscheinlichkeit von 10-6. Für welche Rahmengröße n sinkt die Wahrscheinlichkeit einer fehlerfreien Rahmenübertragung erstmals unter 10%? siehe Übung

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