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Datenkommunikation (Subject) / Datennetze (Lesson)

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• 5.3.1. Bestimmen Sie den Hamming-Abstand zwischen den Zeichen 'a', 'b' und 'c' gemäß ASCII- Code. 'a' = 1100001              D('a','b') = 2 'b' = 1100010              D('b','c') = 1 'c' = 1100011              D('a','c') = 1  
• 5.3.2. Wie groß ist der Hamming-Abstand des 7-Bit-ASCII-Codes? Ist gleich 1
• 5.3.3. Wie groß ist der Hamming-Abstand des um ein Paritätsbit ergänzten 7- Bit- ASCII-Codes? Mit einem Paritätsbit = 2
• 5.4.1. Wie sieht die Repäsentation des ASCII-Zeichens 'E' im Hamming-Code aus? 'E' = 1000101                 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1 1
• 5.5.1. Kodieren Sie die Bitfolge 001101111001 gemäß CRC-Verfahren. Benutzen Sie hierzu das Generatorpolynom G(x) = x4 + x + 1! G(x) = x4 + x + 1 = 10011   00110111100110000 : 10011 = 001100101110 00000   01101   00000     11011     10011       10001       10011         00101         00000           01010           00000             10100             10011               01111               00000                 11110                 10011                   11010                   10011                     10010                     10011                       00010                       00000                         0010               0011011110010000 +                                 0010             0011011110010010 Codepolynom C(x) d b� 2>��>ng:2.75pt 2.75pt 2.75pt 2.75pt'> 7 8 9 10 11 1 0 1 0 0 0 0 0 1 1   1
• Die folgende Nutzdatenzeichensequenz ist mit Hilfe des beschriebenen Zeichenstopfalgorithmus’ zu übertragen: A B DLE STX DLE A DLE A ETX B (Übertragung „von links nach rechts“). 5.6.1. Welches Ergebnis erhält man nach dem Stopfen? A B DLE DLE STX DLE DLE A DLE DLE A ETX B
• 5.7.1. Welche Ausgabefolge ergibt sich, wenn die Bitfolge 01111011111011111110 gestopft wird (Übertragung „von links nach rechts“)? Flag: 01 11 11 10                 0111101111100111110110
• Ein Halbduplex-Kanal hat eine Übertragungsgeschwindigkeit von 4 Kbit/s und eine Signallaufzeit von 20 ms. Zwei Datenstationen sind permanent sendebereit und tauschen dabei jeweils im Wechsel Rahmen der Länge n aus, die zusätzlich auch die Bestätigung siehe Skript. Seite 253
• Gegeben sei eine Satellitenstrecke mit einer Signallaufzeit von 270 ms und einer maximalen Datenrate von 64.000 bit/s. 5.9.1. Berechnen Sie die Auslastung der Satellitenstrecke, wenn permanent Rahmen der Größe g=4.900 bit gemäß Stop-and-Wait-Pro siehe Übung
• 5.9.2. Wie viele Datenrahmen kann der Sender während der doppelten Signallaufzeit in den Übertragungskanal stellen, wenn das Sliding- Window-Protokoll genutzt werden soll? Anzahl der unbestätigten Rahmen ist 2n     siehe Übung
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• 5.10.1. Skizzieren Sie die Schiebefenster von Sender und Empfänger im Weg-Zeit- Diagramm bei einer jeweiligen Fenstergröße w = 3 orientiert an den gepunkteten horizontalen Linien! Die initiale Sequenznummer ist 0. Die Bestätigungen erfolgen kumulat siehe Übung
• Was ist ein Netzwerk und aus welchen Komponenten besteht es? Als Netzwerk bezeichnen wir zwei oder mehrere Knoten bzw. Rechner, die über ein Übertragungsmedium und entsprechende Kommunikationskomponenten miteinander verbunden sind und darüber miteinander kommunizieren.   Ein Netzwerk kann als physikalischer oder logischer Verbund verstanden werden (Unterscheidung z.B. bei Hosts mit mehreren Netzwerkschnittstellen)   Damit ist insbesondere auch der Zusammenschluss mehrerer Netzwerke wieder ein Netzwerk   Rechner bzw. Knoten 􀂄 Übertragungsmedien 􀂆 Verdrillte Kupfer-Kabel, Koaxial-Kabel 􀂆 LWL-Kabel 􀂆 Vakuum 􀂄 Hardware-Kommunikationskomponenten 􀂆 Netzwerkkarten, Repeater, Bridges, Router,... 􀂄 Software-Kommunikationskomponenten bzw. Protokollsoftware zur 􀂆 Datenkodierung 􀂆 Fehlererkennung und -korrektur 􀂆 Pfadermittlung von der Quelle zum Ziel   􀂆 Kommunikation zwischen Anwendungen
• Welche 5 Hardwarekomponenten eines Rechnernetzes können Sie benennen? Netzwerkkarten, Repeater, Bridges, Router, Switches...
• Nennen Sie 4 typische Aufgaben von Netzwerksoftware! Datenkodierung Fehlererkennung und -korrektur Pfadermittlung von der Quelle zum Ziel   Kommunikation zwischen Anwendungen
• Welche 5 Anforderungen lassen sich an Netzwerke stellen? Netzwerke stellen die Infrastruktur zum Datenaustausch bereit. Dieser Datenaustausch vollzieht sich: 􀂆 von einer Applikation zur anderen 􀂆 ressourcenschonend (Anwendungen teilen sich teure Kommunikationskomponenten und gehen sorgsam damit um) 􀂆 effizient (so wenig Protokolloverhead wie nötig) 􀂆 verlässlich (stabile, hohe Verfügbarkeit) 􀂆 fehlerfrei (keine Datenverfälschungen bzw. kein Datenverlust) 􀂆 sicher, vertraulich, authentisch (Verschlüsselung) 􀂆 so benutzerfreundlich und kostengünstig wie möglich 􀂆 Qualitative Kriterien sind also: 􀂆 Scalability, Availability, Usability, Compatibility, Security, Manageability
• Was sind 3 Beweggründe für den Aufbau von Netzwerken, welche 5 Verbundtypen kennen Sie? Datenverbund: um den Zugriff auf räumlich getrennte Daten zu gestatten und diese in nur einer Kopie vorhalten zu können 􀂆 Lastverbund: um zur Senkung von Antwortzeiten die Rechenlast auf mehrere Knoten zu verteilen 􀂆 Funktionsverbund: um Anwendungen nur einmal auf einem Rechner vorhalten zu müssen (und nicht in n-Kopien auf n-Knoten) 􀂆 Verfügbarkeitsverbund: um eine Mindestleistung bei Ausfall einzelner Knoten zur Verfügung zu stellen 􀂆 Betriebsmittelverbund: um teure Betriebsmittel (Software oder Hardware) nur einmal zur Verfügung stellen zu müssen   Geschäftprozessautomatisierung, die Nutzung von Groupware oder Internet-Diensten
• Nennen Sie 2 Eigenschaften des OSI-Referenzmodells? Ziele des Modells 􀂆 Pro Schicht 􀂆 Beschreibung des Was (soll zur Verfügung gestellt werden) und nicht des Wie. 􀂆 Komplexität durch Zerlegung reduzieren 􀂆 Schnittstellenstandards etablieren - so lange Schnittstellen eingehalten werden, können Realisierungen getauscht werden. 􀂆 Fehlersuche vereinfachen (Fehler kann schrittweise - Schicht für Schicht - eingegrenzt werden) 􀂆 Eine neue Schicht wird da eingeführt, wo ein neuer Abstraktionsgrad entsteht; jede Schicht soll im Wesentlichen eine genau definierte Funktion erfüllen
• Was ist eine Schicht, was ist ein Dienst, was ist ein Protokoll, was ist ein offenes System im OSI-Modell? n-Schicht Zusammenfassung aller Einheiten der n-ten Hierarchiestufe aller offenen Systeme („Bauplan“) Dienst-Schnittstelle (zur Verfügung gestellte Basis-Dienste) 􀂆 vertikale, direkte Kommunikation zwischen Instanzen der Schicht n und der Schicht n-1 (Basis-Dienst) Protokoll Innerhalb jeder Schicht findet die Kommunikation nach einem definierten, genormten Ablauf bzw. Regelsatz – Kommunikationsprotokoll genannt - statt, den bzw. das beide Kommunikationspartner einhalten. (PDU) Protokolldateneinheit Offenes System 􀂆 System, das sich bei der Kommunikation an die OSI-Standards hält
• Unterscheiden Sie die Partnerschnittstelle von der Dienstschnittstelle! Partner-Schnittstelle: horizontale Kommunikation zwischen den Partnern einer Schicht n (in der Regel indirekt) Dienst-Schnittstelle (zur Verfügung gestellte Basis-Dienste): vertikale, direkte Kommunikation zwischen Instanzen der Schicht n und der Schicht n-1 (Basis-Dienst) Bild auf: Seite 14
• Benennen Sie die einzelnen Schichten des OSI-Referenzmodells und beschreiben Sie kurz entsprechende Aufgaben! Anwendungsschicht Umsetzung anwendungsspezifischer Aufgaben: Protokolle für File-Transfer (FTP), Mailing (SMTP), Web-Browsing (HTTP), Remote Login (Telnet) etc. Darstellungsschicht Zeichensatzanpassungen, Verschlüsselung (Kryptographie), Komprimierung Sitzungsschicht Bereitstellung von Synchronisationspunkten, auf die nach Abbruch zurückgesetzt werden kann, ohne von vorne anfangen zu müssen; Auf- und Abbau von Verbindungen zwischen Anwendungen (z.Bsp. Datenbankverbindungen) Transportschicht Kontrolle des Datenstroms zwischen Sender und Empfänger (Verbindungsauf -und abbau, Lastausgleich), Datenstrom in Pakete zerlegen und in korrekter Folge wieder zusammensetzen; ggfs. verlorene Pakete erneut versenden Vermittlungsschicht Festlegung von Routen für die Übermittlung von Datenpaketen vom Quell- zum Zielrechner Sicherungsschicht Entdeckung und ggfs. Korrektur von Übertragungsfehlern; Steuerung des Zugriffs auf das Übertragungsmedium Bitübertragungsschicht Bitübertragung von einer Netzwerkkomponente zur nächsten; Kabel und Stecker sowie elektrische bzw. optische Signale festlegen
• Wie sieht der Internet-Protokollstack im Vergleich zum OSI-Protokollstack aus? Anwendung Anwendung Darstellung Sitzung Transport Transport Vermittlung Internet Sicherung Netzzugang Bitübertragung
• Nennen Sie auf jeder Schicht im Internet-Protokollstack die Kommunikationspartner. OSI-Modell Internet Anwendung; Darstellung, Sitzung HTTP, SMTP, FTP Transport TCP, UDP Vermittlung IP Sicherung PPP, TR, FDDI Bitübertragung Bitübertragung
• Was ist eine Client-Server-Anwendung? Die Anwendung A, die Dienste (Ressourcen, Daten) für eine andere Anwendung B verfügbar macht, heißt Server 􀂆 Die Anwendung B heißt zugleich Client 􀂆 Das Anwendungsbündel (A,B) heißt Client-Server-Anwendung
• Was ist ein Port? Der Teil einer Netzwerkadresse.
• Wie lässt sich eine Netzwerkanwendung adressieren? (Rechneradresse, Portnummer
• Skizzieren Sie das Client-Server-Kommunikationsprinzip! Welches sind die hierzu nötigen elementaren Funktionen? Seite 40 / 41
• Wodurch kennt der Client den Server und umgekehrt? KEINE LÖSUNG KEINE LÖSUNG
• Beschreiben Sie die Echo-Anwendung: Was macht der Client und was der Server? Client 1. Benutzer zur Eingabe auffordern 2. Eingabe an Server senden 3. Anzeigen, was der Server zurückgesendet hat 4. weiter mit 1. Server 1. Entgegennehmen der Clientdaten 2. Daten an Client zurücksenden 3. weiter mit 1. Netzwerkprogrammierung
• Beschreiben Sie das Zusammenspiel zwischen einem rudimentären Web-Client und einem rudimentären Web-Server! Seite 63
• Unterscheiden Sie DEE und DÜE! Datenendeinrichtung (DEE) 􀂆 Systemkomponente, die Datenquelle oder Datensenke oder beides sein kann (Beispiel: Rechner, PC) 􀂄 Datenübertragungseinrichtung (DÜE) 􀂆 Systemkomponente, welche von der DEE gesendete Daten- und Steuerinformation an den Übertragungsweg (Leitungen + Vermittlungseinrichtungen) anpasst bzw. vom Netz empfangene Datensignale und Steuerinformation in die für die DEE erkennbare Form wandelt (Beispiel: Modem)
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• Welche Aufgaben hat die Bitübertragungsschicht? ISO-Festlegung 􀂆 Die Bitübertragungsschicht definiert die mechanischen, elektrischen, funktionalen und prozeduralen Eigenschaften, um physikalische Verbindungen zwischen Datenendeinrichtungen (DEE) und Datenübertragungseinrichtungen (DÜE) aufzubauen, aufrecht zu erhalten und abzubauen 􀂄 Mechanisch: z.B. Steckerabmessungen, Anzahl und Anordnung der Pins 􀂄 Elektrisch: z.B. Spannungspegel auf den Leitungen 􀂄 Funktional: z.B. Klassifikation von Leitungsfunktionen (welcher Pin hat welche Funktion: control, data, ground,...) 􀂄 Prozedural: z.B. Regeln für die Benutzung der Leitungen
• Was ist ein Signal und was sind mögliche Signalparameter? Signal   􀂆 Verlauf einer physikalischen Größe s als Funktion der Zeit: s(t)
• Unterscheiden Sie analoge von digitalen Signalen und isochrone Signale von anisochronen Signale! Kann sich der Signalwert s(t) zu jedem Zeitpunkt verändern (ja: anisochron; nein: isochron) ? 􀂆 Kann s(t) beliebig viele Werte annehmen (ja: analog; nein: digital)? Seite 85 1.3.5. Was ist die Schrittgeschwindigkeit und welche Einheit hat diese? Schrittgeschwindigkeit 􀂆 vS gibt die Anzahl möglicher Signaländerungen pro Sekunde an 􀂆 Die Schrittgeschwindigkeit vS von s ist dann: vS = 1/T 􀂆 Einheit: baud (1/s)
• Was ist die Übertragungsgeschwindigkeit und welche Einheit hat diese? Definition 􀂆 Für ein isochrones k-wertiges Signal s mit Schrittgeschwindigkeit vS heißt vÜ Übertragungsgeschwindigkeit 􀂆 vÜ = vS log2k   􀂆 Einheit: bit/s
• Wann ist die Übertragungsgeschwindigkeit eines Signals höher als seine Schrittgeschwindigkeit? Ist für ein k-wertiges Signal k > 2, so hat die Übertragungsgeschwindigkeit einen höheren Wert als die Schrittgeschwindigkeit. In nur einem Schritt   lässt sich so mehr als ein 1 bit Information übermitteln.
• Welche Bedeutungen des Begriffes „Bandbreite“ kennen Sie? Als Bandbreite B eines Übertragungskanals bezeichnet man die Differenz zwischen der größten und der kleinsten Signalfrequenz, die der Kanal übertragen kann:   B = fmax – fmin
• Wie wirkt sich die begrenzte Bandbreite realer Übertragungskanäle auf zu übertragende Signale aus? Reale Übertragungskanäle haben (z.Bsp. wegen ihrer ohmschen, induktiven und kapazitiven Eigenschaften) immer endliche Bandbreite. Auf realen Übertragungskanälen kommt es zu Signalverzerrungen durch begrenzte Bandbreiten, Dämpfung, unterschiedliche Signallaufzeiten,   thermisches Rauschen oder Einstrahlung.
• Was bezeichnet man als Dämpfung? Dämpfung: Energieverluste auf dem Übertragungskanal sorgen dafür, daß das Eingangssignal am Kanalausgang lediglich in gedämpfter Form - d.h. mit kleinerer Amplitude erscheint. Diese Dämpfung ist zudem frequenzabhängig: je höher die Frequenz einer Signalkomponente, desto höher die Dämpfung für   diese Komponente:
• Was bezeichnet man als Intersymbol-Interferenz? Frequenzabhängige Laufzeiten können bei der Übertragung isochroner, binärer Signale dazu führen, daß sich hoch-frequente Anteile eines Impulses mit den niederfrequenten Anteilen des danach übertragenen Impulses   überlagern (Intersymbol-Interferenz).
• Beschreiben Sie das Nyquist-Theorem (mit Formel)! Die theoretische Obergrenze für die mögliche Übertragungsgeschwindigkeit vÜmax bzw. Datenrate DÜmax auf einem ungestörten Übertragungskanal mit Bandbreite B ist gemäß Nyquist-Theorem (1924) gegeben durch DÜmax = vÜmax = 2 B log2k,   wobei k gleich der Anzahl möglicher Signalwerte ist. Seite 103
• Beschreiben Sie Shannons Formel zur Kanalkapazität (mit Formel)! Die gemäß Shannon erzielbare maximale Übertragungsgeschwindigkeit vÜmax bzw. Datenrate DÜmax auf einem gestörten Kanal mit Bandbreite B wird auch als Kanalkapazität C bezeichnet und beträgt: Dabei bezeichnet S die mittlere Signalleistung und N die mittlere   Störleistung (für thermisches Rauschen). Seite 104
• Was versteht man unter der Latenz eines Datenblockes definierter Größe, wovon ist diese abhängig? Als Latenz tL bzw. Verzögerung eines Datenpaketes Pn der Größe n bezeichnen wir die Zeit, die es braucht, um Pn vollständig von Sender zum Empfänger zu übertragen; die Latenz wird definiert durch: 􀂆 die Signalausbreitungsgeschwindigkeit vÜ, 􀂆 die Datenrate DÜ des Kanals, 􀂆 die Länge l des Übertragungsweges 􀂆 sowie eine variable Gesamtwartezeit tW, die sich aus Warteschlangenverarbeitung in Vermittlungsknoten („Store and Forward“), Routenermittlung, Error-Recovery, Initialisierung u.ä. zusammensetzt. Seite 106
• Was versteht man unter der Round-Trip-Time eines Datenblockes? Round-Trip-Time (RTT)   􀂆 Zeit für „Hin-und-Her“ des Datenpaketes
• Unterscheiden Sie Breitband- und Basisbandübertragungsverfahren! Basisbandübertragungsverfahren Signale werden in ihrer ursprünglichen Form übertragen; den Signalen steht jeweils die gesamte Kanalbandbreite zur Verfügung. Modulation auf ein Trägersignal findet nicht statt.   Breitbandübertragungsverfahren Signale werden auf ein Trägersignal (z.B. sinusförmige Wechselspannung) moduliert; dabei ergibt sich die gegebenenfalls Möglichkeit der gleichzeitigen Übertragung mehrerer Signale über den Übertragungskanal.
• Was versteht man unter Leitungscodierung? Die Zuordnung Digitales Datenelement → Digitales Signalelement heißt Leitungs- oder Signalcodierung (geklärt wird damit, wie das zu übertragende Signal s(t) für eine bestimmte Bitfolge 011010... aussieht). 􀂄 Moderne Leitungscodierungen sind charakterisiert durch 􀂆 Mittelwertfreiheit (kein Gleichstromanteil) 􀂆 Möglichkeit zur Taktgewinnung aus ankommender Signalfolge 􀂆 Möglichkeit zur Erkennung von Übertragungsfehlern auf Signalebene 􀂄 Basisbandübertragungsverfahren werden insbesondere da eingesetzt, wo   hohe Übertragungsgeschwindigkeiten erzielt werden müssen (z.B. in LANs).
• Nennen Sie typische Anforderungen an Leitungscodierungen! (KEINE LÖSUNG) KEINE LÖSUNG
• Beschreiben Sie die NRZ-Leitungscodierung und ihre Eigenschaften! Prinzip 􀂆 Nur selten werden die zu übertragenden Binärdaten direkt über den Übertragungskanal geschickt - etwa gemäß der Leitungscodierung:   Eigenschaften 􀂆 Folgen gleicher Bits werden durch Folgen gleicher Signalwerte übertragen 􀂆 Taktrückgewinnung bzw. Synchronisation zwischen Sender und Empfänger schwierig 􀂆 (relativ hoher) Gleichanteil (auf bestimmten Übertragungsstrecken können nur mittelwertfreie Signale übertragen werden) Seite 121
• Beschreiben Sie die Manchester-Leitungscodierung und ihre Eigenschaften! Prinzip 􀂆 Übergang in der Mitte einer jeden Bitperiode 􀂆 für ein 1-Bit von 1 nach 0 􀂆 für ein 0-Bit von 0 nach 1   Eigenschaften 􀂆 Sichere Taktrückgewinnung 􀂆 Deutlich höhere Signalfrequenz (Schrittgeschwindigkeit) als bei zuvor beschriebenen Verfahren: höhere Anforderungen an Übertragungskanal und Empfänger hat nur noch halb so viel Zeit, um Signalpegel zu erkennen. 􀂆 Signalwerte für 0- bzw. 1-Bit sind so wählbar, dass Gleichstromanteil verschwindet.
• Beschreiben Sie die Manchester-Leitungscodierung und ihre Eigenschaften! Übergang in der Mitte einer jeden Bitperiode 􀂆 für ein 1-Bit von 1 nach 0 􀂆 für ein 0-Bit von 0 nach 1   Eigenschaften 􀂆 Sichere Taktrückgewinnung 􀂆 Deutlich höhere Signalfrequenz (Schrittgeschwindigkeit) als bei zuvor beschriebenen Verfahren: höhere Anforderungen an Übertragungskanal und Empfänger hat nur noch halb so viel Zeit, um Signalpegel zu erkennen. 􀂆 Signalwerte für 0- bzw. 1-Bit sind so wählbar, dass Gleichstromanteil verschwindet.
• Beschreiben Sie die Idee der 4B/5B-Codierung insbesondere im Vergleich zur Manchester- Codierung! Zweck 􀂆 Behebung der Ineffizienz der Manchester-Codierung bei leichter Taktrückgewinnung 􀂄 Prinzip 􀂆 jeweils 4 Bits werden so in eine 5-Bit-Bitfolge umcodiert, dass längere Folgen von 0- bzw. 1-Pegeln vermieden werden 􀂆 wähle Codierung so, dass nicht mehr als eine führende und höchstens zwei abschließende Nullen entstehen: so sind niemals mehr als 3 Nullen am Stück zu übertragen 􀂆 die 5-Bit Bitfolge wird dann gemäß NRZI übertragen 􀂄 Eigenschaften 􀂆 Effizienz: 80%; Taktrückgewinnung leicht, da Pegelwechsel nach höchstens 3 Bitperioden   􀂆 Prinzipiell erweiterbar z.B. auf 8B/10B für Gigabit-Ethernet  Seite 128

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