Muirauqa's Brain

• Verteiltes System
  Kommunzierende Komponenten die als eins erscheinen.

• Vermitteltes Netz
  „simples“ Netz mit Vermittlern (z.B. Switchen) zwischen Hosts
• Verbundnetz
  „komplexes“ Netz mit Vermittlern (z.B. Routern) zwischen Netzen

• Fehler mit Nachrichten
  • Komponenten
    • ausfallen
  • Nachrichten
    • verändert
    • dupliziert
    • verloren
    • vertauscht (reihenfolge)
    • fehlzustellung (unerwartete Nachricht)
  • Leitungen
    • Durchsatz gering
    • Latenz hoch

• Asymetrische Kommunikation: Master/Slave
• Symetrische Kommunikation: Konkurrenzbetrieb (Konfliktlösung nötig, z.B. Medienzugriff)

• Flusssteuerung: Empfänger
  • Pufferreservierung (Explizite Reservierung druch Sender)
  • Credits (Implizite Reservierung durch Empfänger)
  • Fenster
  • Stop and Go: Eins nach dem anderen (Doof bei großem RTD)
• Staukontrolle: Netz
  • Drosselung
  • Abnahmegarantie
  • Verwerfen
  • Konstante Last

(für ↑ und ↓)

med = Medium/Leiter

• Im medium
  • Signalverzögerung
    $t_S = \frac{l_{\text{med}}}{v_\text{med}} = \frac{\text{Leitungslänge}}{\text{Ausbreitungsgeschwinigkeit}}$
  • Nachrichtenverzögerung
    $t_N = \frac{\text{Nachrichtenlänge}}{\text{Uebertragungsrate}}$
• Im Knoten
  • Verarbeitungsverzögerung
    Last unahängig
  • Warteschlangenverzögerung
    Last abhängig

• DHCP: Application Layer
• DNS: Application Layer
• ICMP: Network Layer (über IP)
• IGMP: Network Layer (über IP)
• ARP: Link Layer
• NDP: Link Layer

• Systemschnitt
  • Auf unterster Schicht
  • Zwischen Systemkomponenzen (z.B. Host und Netz, Netz und Netz)
  • Schachtel- / Verfeinerbar
• Dienstschnitt
  • Zwischen Schichten
• Protokollschnitt
  • „Virtuell“
  • Zwischen zwei Protokollinstanzen (z.B. IP und IP, TCP und TCP)

• Diensterbringer hat einen SAP pro Verbindung (Multiplexing)
• Dienstnutzer nutzt SAP

• Request
• Indication
• Response
• Confirmation

Nach unten (↓)

Nach oben (↑)

Qt. = Quantity
Sub = Subject

Concentration/Separation???

SDU

• 1 Bit (seriell)
• n Bit (parallel)

• Bitrate
  Bit / Sekunde
• Baud
  Symbole / Sekunde (Ohne „rate“; Bei Parallel aufpassen)

Übertragung

• synchron
  Immer fixes Raster
• asynchron
  Nur für eine Nachricht fixes Raster (UART Start/Stop Bit)

Frequenzbereich

• Endpunkt: Spektrum
  • Δ min/max Fourierfrequenz
• Medium: Bandbreite
  • Übertragung ohne (50%) Verzerrung
  • Breite des bereichs mit >50% Leistung

Abtasttheorem: Abtastrate ≥ 2 ⋅ Bandbreite

Nyquist (rauschfrei): $C_\text{Ny} = 2 \cdot B \cdot \log_2(M)$

Shannon (Mit rauschen): $C_\text{Sh} = B \cdot \log_2\left(1 + \frac{2}{N}\right)$

Bandbreite ⋅ Zeit = const

Bandbreite ⋅ Länge = const

Dämpfung wächst exponentiell mit Länge

• D/A
  • Codierung (Darstellung)
• A/D
  • Diskretisierung (Zeitachse)
  • Quantisierung (Wertachse)

Digital ⇒ Diskrete Signale

$s(t) = A_0 \cdot \sin(2\pi \cdot f \cdot t + \Theta)$

Störungen (Kupfer)

• Nebensprechen
• Einstrahlung
• Ausstrahlung
• Reflexion
• Erdschleife
• Skin-Effekt

Störeinflüsse

• Modendispersion
• Materialdispersion

Arten

• Gradientenindex 50μm
• Stufenindex
  • Multimode: 100μm - 400μm
  • Monomode: 5μm

1. Quellenkodierung (komprimierung)
   • verlustfrei
     • Run Length Encoding (RLE)
     • Huffmann
   • verlustbehaftert
2. Kanalkodierung (Fehlererkennung)
   • Parität
   • Block Check Character (BCC)
   • Cyclic Redundancy Check (CRC)
   • Selbstkorrigierende codes
3. Leitungskodierung (Bit → Signal)
   • Non Return to Zero (NRZ)
     „Normal“
   • Return to Zero (RZ)
     Impulse
   • AMI-Code
     0 ⇒ 0V
     1 ⇒ abwechselnd +/- (11 = +-)
   • Manchaster Code
     0 ⇔ Steigende Flanke (in der Mitte)
     1 ⇔ Fallende Flanke (in der Mitte)
   • Differenzieller Manchaster Code
     0 ⇔ Kein Flankenwechsel (am Übergang)
     1 ⇔ Flankenwechsel (am Übergang)

1. Tabelle mit abs. Zeichenhäuigkeit
2. Loop
   1. sort(Abs. Häufigkeit)
   2. zwei kleinsten zusammenführen
3. Binärbaumäste mit 0/1 beschriften
4. Web von Wurzel zu Zeichen = Codewort

• even: Ist die Zahl an 1en gerade?
• odd: Ist die Zahl an 1en undgerade?

1. Segmente mit Parität am Ende
2. Parität über jedes nte Segment-Bit + deren Parität

• |Prüfsumme| = |Polynom| - 1
• Grad = |Polynom| - 1

• Hamming Abstand/Distanz: Anzahl unterschiedlicher Bits zweier Wörter
• Hamming Gweicht: Kleinster Hamming Abstand aller Wörter

• Um Fehler zu erkennen: Anzahl falscher Bits < Hamming Gweicht
• Um Fehler zu korrigieren: Anzahl korrigierbarer Bits < 1/2 Hamming Gweicht

• network
• data link
  • LLC (Logical Link Control)
  • MAC (Multiple Access Control)
• physical

• Random Access Verfahren
  • Pure ALOHA
  • Slotted ALOHA
  • Reservation ALOHA
• Zuteilungsverfahren
  • zental
    • Polling
  • dezentral
    • Token Ring
• Reservierungsverfahren
  • Fest
    • CDMA
  • Dynamisch

Konfliktparameter \[ K = \frac{\text{max. Signallaufzeit}}{\text{Nachrichtenübertragungszeit}} \]

Kollision ⇒ Zufällige wartezeit

• Pure
  Senden wann will
• Slotted
  Senden zu Tack (an Slot grenze)
• Reservation
  Steuerungs/Reservierungs Slot (Wie GSM)

Carries Sense Multiple Access

K « 1

• unslotted
  Theoretischer Sendebeginn wann will & frei
• slotted
  Theoretischer Sendebeginn zu Takt & frei

• nonpersistent
  Tatsächlicher Sendebeginn = Theoretischer Sendebeginn (1-persistent)
• p-persistent
  Tatsächlicher Sendebeginn verschiebt sich mit 1-p Warscheinlichkeit (RTD/2 oder 1 Slot)

• nonpersistent
• Truncated Binary Exponention Backoff
• Jam: 4-6 Byte

1. 64 Bit Preamble
2. 48 Bit Ziel Adresse
3. 48 Bit Quell Adresse
4. Typ
5. Daten (64 - 1500 Byte)
   1. Nutzdaten
   2. Padding
6. 4 Byte CRC

„Multiple Access with Collision Avoidance“

Verhindert hidden station problem

1. Sendewilliger: CS
2. Sendewilliger: Sendet RTS (Request To Send)
3. Alle RTS Empfänger: Reserverieren für RTS Sender
4. Alle RTS Empfänger: Senden CTS (Clear To Send)
5. Alle CTS Empfänger: Reserverieren für CTS Sender
6. Sendewilliger Sendet

Für WLAN: MACAW (Multiple Access with Collision Avoidance for Wireless)

LLC ⊆ HDLC (genauer gesagt des Asynchronus Balanced Mode also symetrische Verbindung (alle gleichberechtigt))

HDLC-Flag: 01111110 (6x die 1)

Bit stuffing

• Sender
  • Nach 5x 1, 1x 0 einfügen
• Empfänger

1111100 ⇒ 111110

  ''1111101'' => ''111111''
  ''1111110'' => Flag
  ''1111111'' => Error

• link-layer protocols
  • LCP (Link Control Protocol)
  • Authentification
• NCP (Network Control Protocol)
  • IPCP
• network-layer protocols (Daten)
  • IP

Protokollklasse ≙ Range an Type Nummern. Alles drunter ist PPP payload.

                                           Authentification
                        LCP                      (LCP)
   +------+ UP     +-----------+           +--------------+
   |      |------->|           | OPENED    |              | SUCCESS/NONE
   | Dead |        | Establish |---------->| Authenticate |--+
   |      |<-------|           |           |              |  |
   +------+   FAIL +-----------+           +--------------+  |
      ^                                   FAIL |             |
      |                  +---------------------+             |
      |                  |                                   |
      |                  V                                   |
      |            +-----------+                +---------+  |
      |       DOWN |           |        CLOSING |         |  |
      +------------| Terminate |<---------------| Network |<-+
                   |           |                |         |
                   +-----------+                +---------+
                        LCP                         NCP
                                          network-layer protocols

Netzwerk verbindungen können während einer PPP session belibig auf und zu gemacht werden.

Potenzielle möglichkeiten Hosts zusammen zu schalten auf basis von …

• Ports
• MAC-Adressen
• Adressen der Vermittlungsschicht

Lösung: tagging durch erste VLAN fähige Komponente

Aufgaben

• Vermittlung (Pfadschaltung)
• Wegewahl (Routing)

Vermittlungsverfahren

• Circuit Switching (Leitungsvermittlung)
  • ISDN
• Message Switching / Store and Forward (Nachrichtenvermittlung / Speichervermittlung)
  • IP
  • E-Mail
• Packet Switching (Paketvermittlung)
  • ATM

Socket = (IP-Adresse, Port-Nummer)

• Version
• IHL (Internet Header Length)
• ToS (Type of Service)
• Paketlänge
• Fragment Offset
• TTL (Time To Live)
• Prüfsumme (Nur für header)
• Quelladresse
• Zieladresse

• 40 Byte (fix)
• Keine Prüfsumme
• Fragmentierung wie IPv4 mit extra Fragment HEader

• 128 Bit
• 8 Blöcke
• 64 Bit Interface ID
• Link Local address: FF80::<64 Bit Interface ID>

• QSB (Quell-Senken-Baum)
  Eine definierte Wurzel, alles andere sind Senken
  • SDF-Algorithmus (Shortest Delay First Algorithmus) ≙ Dijkstra
    Iterativ: Wähle Knoten/Kante, mit dem günstigsten Pfad zur Wurzel

Verfahren

• Flooding
• Hot-Potato
• Statisch
• Adaptiv
  • zentral
  • verteilt
    • link state (Dijkstra)
      • OSPF
    • distance vektor
      • RIP
      • BGP

Einmal erstellt / fix

Port mit kürzerster Warteschlange

Link Status zu Nachbarn, per Flooding undverändert an alle senden. Die machen dan Dijkstra.

Kosten zu allen Zielen, unverändert nur an Nachbar senden

Wenn der Weg zum Nachbar + dessen Distanz zu deinem Ziel kürzer ist als was ich habe ⇒ übernehmen

• Zählen bis unendlich
• Langsamme Ausbreitung ⇒ Inkonsistenzen

Kosten sind finanzieller/organisatorischer Natur.

• 224.0.0.0 - 239.255.255.255
• 224.0.0.0 - 224.0.0.255 Local Scoped
• 224.0.0.1 Alle Mulicast Hosts (MAC Multicast)
• 224.0.0.2 Alle Mulicast Router (MAC Multicast)
• Sender muss nicht in Gruppe sein
• Gruppenmitgliedschaft per IGMP (Internet Group Management Protocol)

Router

• Regelmäsige Query
• IP: 224.0.0.1
• HW: ff:ff:ff:ff:ff:ff
• TTL: 1

Host

• Routers Query ⇒ Membership Report
• Möchten Gruppe beitreten ⇒ Membership Report

• Source Distribution Tree (Quellenbasierte Bäume)
  • Shortest Path Tree
  • Reverse Path Forwarding
• Shared Distribution Tree (Gemeinsamer Gruppenbaum)
  • Minimal Spanning Tree
  • Centered Spanning Tree (CBT)

Shortest Path Tree
Dijkstra

Reverse Path Forwarding

1. Multicast Nachricht an Port mit schnellstem Pfad zum Absender eingegangen ⇒ Flooding
2. Keine Empfänger ⇒ Zurückmelden: Keine Empfänger

Centered Spanning Tree

• Ein router wird als Zentrum definiert

Beitreten

• Join wird an zentralen Router Geschickt
• Alle Router auf dem weg merken sich das

Konzept: Reverse Path Forwarding

LSA (Link State Advertisment)

Konzept: Minimal Spanning Tree

Socket = (IP-Adresse, Portnummer) TCP-Verbindung = (Socket A, Socket B)

Flags

• ACK
• RST
• SYN
• FIN

Prüfsumme

• Pseudeo Netwerk header
• TCP Header
• Rumpf

16 Bit

• Positiv (Muss so)
• Negativ (Bringt nix)
• Sammel (für aufeinanderfollgende PDUs)
• Selektive (für Teilmenge von PDUs)

• Go-Back-N (Alles ab verlorenengegangener PDU)
• Selektiv (Nur verlorenengegangene PDUs)

Implizite Flussteuerung

• Sendefenster von snq bis snq + w („q“, wie „quittiert“)
• Empfangsfenster von sne bis sne + w* („e“, wie „erwartet“)
• Unterschiedliches w und w* möglich
• Nur sinvoll: w ≥ w*
• Muss gelten: |Sequenznummern| ≥ w + w*
• Gilt immer: $\text{seq} \le \text{sne} \le \text{seq} + w$
• Empfänger ACKt immer
• Für jede gesendete/empfangene bestätigung, die an der Fenster unterkante ist ist, geht es eins weiter.

• Piggybacking: ACK wird mit Daten gesendet
• Sammelquitungen

• Erhöhe meine SeqNr nach dem senden
• Erwarte Quittung, die wie meine SeqNr erhöht wurde/der erhöhten entspricht
• Nur bei SYN und FIN um eins erhöhen

• Aufbau
  • SYN
  • SNY ACK
  • ACK
• Daten
  • ACK
  • ACK
  • ACK
  • …
• Abbau
  • FIN ACK (→)
  • ACK (←)
  • FIN ACK (←)
  • ACK (→)

Nagle Algorithmus
Bischen warten bis genug daten gemeinsam übertragen werden können

• Credit Verfahren
• Fenstergröße ≙ Noch freier Buffer

Effektives Sendefenster = min (cwnd, RecWin)

• Slowstart
  1. cwnd := MSS
  2. ACK empfangen ⇒ cnwd *= 2
• Congestion avoidance Phase (ab threshold)
  1. ACK empfangen ⇒ cnwd += MSS

• 1. und 2. ACK Duplikat in Reihe
  • unset Segment senden
  • threshold unverändert
  • cwnd nicht ändern
• ab 3. ACK Duplikat in Reihe
  • Verlorengegangene Daten senden (AckNr) (fast retransmit)
  • threshold unverändert
  • cwnd := threshold + MSS ⋅ Dupikatsnummer (fast recovery)
• Timeout & früherer retransmit
  • threshold unverändert
  • cwnd := MSS
• Timeout & früherer retransmit
  • threshold := ½ ⋅ cwnd
  • cwnd := MSS

Bischen größer als RTT

RTT wird aus Δ SYN(n) und ACK(n) gemittelt

Verbesserung: Karn Algorithmus

• Wiederholung & kein Timeout: RTT unverändert
• Wiederholung & Timeout: RTT verdoppeln

8 Byte Header

• Verzeichnisdienste
  • X.500
  • LDAP (X.500 lite)
  • DNS

• Authoritative NS für eine Zone
  • Primary NS
  • Secondary NS

Resolver sagt er ist nicht authoritativ

• Iterative Anfrage
• Rekursive Anfrage

Flags

• Query/Reply
• authoritativ
• recursion desired
• recursion available

• MTS (Message Transfer System)
  • MTAs (Message Transfer Agent)
• MHS (Message Handling System)
  • MTS
  • USs (User Agent)

Ablauf

• handshakeing (greeting)
• transfer
• closure

Nachricht wird mit „.“ in eigener Zeile beendet

• URI
  • URL: Lagerort
  • URN: Logischer Name

Problem Zustandslos

• Statusvariablen per GET
• Cookies
• Sessions

Problem Langsam

• Pipelining: GET 1.png, 2.png, 3.png

Befehle sind out-of-bound

• control channel (C → S)
• data connection
  • aktiv (C ← S)
  • passiv (C → S)