Computernetze und Internet

Dozent

Prof. Dr. Torsten Braun

Inhalt

Der Kurs vermittelt grundlegende Konzepte im Bereich der Computernetze und des Internet, welche vor allem für verteilte Geschäfts- und Multimedia-Anwendungen wichtig sind. Dabei wird entsprechend der Architektur heutiger Kommunikationssysteme eine modulare und schichtenorientierte Methodik verfolgt.

Nach der Einführung grundlegender Konzepte und Entwurfsprinzipen von Internet-basierten Kommunikationssystemen werden Hardware-nahe Aspekte auf der physikalischen Ebene behandelt. Dies ist wichtig, um die Entwurfsaspekte für Kommunikationsprotokolle auf höheren Schichten und der Anwendungsebene zu verstehen. Danach werden Anforderungen und Ansätze zur Realisierung zuverlässiger und effizienter Kommunikation zwischen benachbarten Systemen, welche über eine gemeinsame physikalische Verbindung miteinander verbunden sind, diskutiert. Der Zugriff auf drahtgebundene (z.B. Ethernet) und drahtlose Übertragungsmedien (Wireless LAN) muss dabei fair gestaltet werden.

Das Internet als Netz von Netzen baut auf dem Prinzip der Paketvermittlung auf. Wir behandeln relevante Protokolle wie das Internet Protocol (IP) einschliesslich Adressierungskonzepte, Wegewahlprotokolle sowie Steuerungsprotokolle. Fortgeschrittene Verfahren für die Gruppenkommunikation (Multicast) sowie Verkehrssteuerung (Traffic Engineering) werden ebenfalls angesprochen.

Das Internet dient als Netz, um Daten "Ende-zu-Ende" zwischen Endsystemen zu übertragen. Weil das Internet keinen zuverlässigen Dienst anbietet, müssen Zuverlässigkeitsfunktionen in den Endsystemen, z.B. auf der Transportschicht, realisiert werden. UDP und TCP sind die beiden Transportprotokolle, welche heute im Internet hauptsächlich verwendet werden. Staus und daraus resultierende Pufferüberläufe sind die häufigsten Ursachen für Paketverlust im Internet. Geeignete Staukontrollverfahren in den Transportprotokollen sind daher sehr wichtig. Des Weiteren sind Ende-zu-Ende-Protokolle erforderlich, um Realzeitdatenverkehr (Video, Audio) sowie entfernte Prozeduraufrufe (Verwendung in verteilten Dateisystemen) zu implementieren. 

Anwendungen benutzen die Ende-zu-Ende-Protokolle und sind daher in der Schichtenarchitektur über diesen angesiedelt. Während Email und Dateitransfer in den Anfängen des Internet entwickelt wurden, entstanden das World Wide Web, Web Services, Peer-to-Peer-Anwendungen, IP-Telefonie oder IP-TV im letzten Jahrzehnt. Auch können Protokolle zur Auflösung von Rechnernamen oder zum Management von Endsystemen und Netzgeräten als Anwendungsprotokolle angesehen werden. Diese Protokolle benutzen bestimmte Darstellungsformate und Kodierungen. Sicherheitsfunktionen werden zunehmend auf allen Ebenen benötigt, besonders aber in den Anwendungsprotokollen.

Gliederung

Teil I: Grundlagen
1. Grundlagen (Kapitel 1 des empfohlenen Buchs)

Teil II: Direktverbindungsnetzwerke
2. Physikalische und Sicherungsschicht (2.1-2.5)
3. Medienzugriff (2.6 und 2.7)

Teil III: Internetworking

4. Paketvermittlung (3.1 und 3.4)
5. Internetworking (3.2)
6. Routing (3.3)
7. Globales Internet (4.1)
8. Multicast und MPLS (4.2 und 4.3)

Teil IV: Ende-zu-Ende-Protokolle
9. Transportprotokolle (5.1 und 5.2)
10. Remote Procedure Call und Transport für Echtzeitanwendungen (5.3 und 5.4)
11. Staukontrolle (6.1-6.4)

Part V: Datendarstellung und Anwendungen
12. Ende-zu-Ende-Daten (7)
13. Netzsicherheit (8)
14. Anwendungen (9)

Lernziele

Die erfolgreiche Teilnahme am Kurs befähigt Studierende,

• die grundlegenden Konzepte, Mechanismen und die Terminologie von Computernetzen und des Internets, welche in verteilten Geschäftsanwendungen und Informationssystemen angewendet werden, zu verstehen,
• Mechanismen, Protokolle und Algorithmen, die zur sicheren multimedialen Kommunikation über drahtgebundene und drahtlose Netze sowie zum Management von Endsystemen und Netzgeräten erforderlich sind, zu beschreiben, zu erklären und zu bewerten,
• das erworbene Wissen, welches auf längerfristig gültigen Konzepten basiert, in einer sich dynamisch ändernden Umgebung anzuwenden und zu erweitern.

Lehrmethode

Der Kurs basiert auf dem o.g. Lehrbuch, welches die Studierenden vor dem Absolvieren des Kurses erwerben müssen. Die Studierenden lesen das Buch selbständig. Fragen, Diskussionsthemen, Übungen, Fallstudien sowie praktische Übungen werden über die Kurs-Web-Seite wöchentlich verfügbar gemacht. Antworten zu den Aufgaben werden elektronisch eingereicht und bewertet. Ein Diskussionsforum wird durch das Lehrpersonal moderiert.

Literatur

Der Kurs basiert auf dem folgenden Buch:

Larry L. Peterson and Bruce S. Davie: Computer Networks - A Systems Approach, 5th Edition, The Morgan Kaufmann Series in Networking, ISBN:
978-0-12-385059-1

http://www.elsevierdirect.com/ISBN/9780123850591/Computer-Networks

Anforderungen

Studierende sollten mit grundlegenden Programmierkenntnissen, -methoden und -umgebungen vertraut sein.

ECTS

7.0 Punkte