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fixes ...
[lectures/latex.git] / modem / modem_talk.tex
1 \documentclass{beamer}
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21
22 \begin{document}
23
24 \title{Das Modem - die Schnittstelle ins Internet}
25 \subtitle{Vom kalten Krieg bis zur digitalen Revolution}
26 \author[M. Lenk]{Melanie Lenk \\ \texttt{mali@malinet.org}}
27 \date{9. Mai 2006}
28
29 \AtBeginSection[]
30 {
31   \begin{frame}<beamer>
32     \frametitle{"Uberblick}
33     \tableofcontents[currentsection]
34   \end{frame}
35 }
36
37 \begin{frame}
38   \titlepage
39 \end{frame}
40
41 \begin{frame}
42 \begin{center}
43   \includegraphics[width=10cm]{internet-modem.eps}
44 \end{center}
45 \end{frame}
46
47 \begin{frame}
48   \frametitle{"Uberblick}
49   \tableofcontents%[pausesections]
50 \end{frame}
51
52 \section{Das Modem}
53
54   \subsection{Motivation und Begriffserkl"arung}
55
56 \begin{frame}
57   \frametitle{Das Modem}
58   \framesubtitle{Motivation und Begriffserkl"arung}
59   Motivation
60   \begin{itemize}
61     \item Notwendigkeit des {\bf schnellen} Informationsaustauschs
62     \item Verarbeitung {\bf gro"ser} Datenmengen \\
63           $\Rightarrow$ Daten"ubertragung zwischen (zwei) Computern
64     \item Telefonnetz (Ursprung 1880) weit verbreitet
65   \end{itemize}
66   \pause
67   $\Rightarrow$ Idee: Kommunikation der Computer "uber das Telefonnetz\\
68   \vspace{0.5cm}
69   \pause
70   {\color{red} Problem:} Telefonnetz konzipiert zur "Ubertragung von Sprache\\
71   \vspace{0.2cm}
72   \pause
73   {\color{green} L"osung:} Wandlung digitaler Information in T"one und zur"uck
74   \begin{center}
75   $\rightarrow$ {\bf Modem} $\leftarrow$
76   \end{center}
77 \end{frame}
78
79 \begin{frame}
80   \frametitle{Das Modem}
81   \framesubtitle{Motivation und Begriffserkl"arung}
82   \begin{center}
83   {\bf Modem} $\Rightarrow$ {\bf Mo}dulator/{\bf Dem}odulator
84   \end{center}
85   \begin{itemize}
86     \item Modulator: Modulation eines analogen Tr"agersignals zur Kodierung digitaler Information
87     \item Demodulator: Dekodierung der digitalen Information durch Demodulation des analogen modulierten Tr"agersignals
88   \end{itemize}
89   \vspace{0.15cm}
90   \begin{center}
91   \includegraphics[width=8cm]{modulation.eps}
92   \end{center}
93 \end{frame}
94
95   \subsection{Geschichtliche Entwicklung des Modems}
96
97 \begin{frame}
98   \frametitle{Das Modem}
99   \framesubtitle{Geschichtliche Entwicklung des Modems}
100   1950: {\bf SAGE} - {\bf S}emi {\bf A}utomatic {\bf G}round {\bf E}nvironment
101   \begin{columns}
102   \column{9.0cm}
103   \begin{itemize}
104     \item Automatisches Kontrollsystem zum Aufsp"uren/Verfolgen und Abfangen gegnerischer Bomber
105     \item 1958: IBM AN/FSQ-7 (Whirlwind II) R"ohrenrechner, $55.000$ Elektronenr"ohren, Ferrit-Kernspeicher, 275 Tonnen, $2.000 \, m^2$, $3 \, MW$
106   \end{itemize}
107   \column{4.0cm}
108   \includegraphics[width=2.3cm]{sage.eps}
109   \end{columns}
110   \vspace{0.3cm}
111   \begin{center}
112   \includegraphics[height=2.7cm]{sage_computer.eps}
113   \includegraphics[height=2.7cm]{sage_building.eps}
114   \includegraphics[height=2.7cm]{sage_terminal.eps}
115   \end{center}
116 \end{frame}
117
118 \begin{frame}
119   \frametitle{Das Modem}
120   \framesubtitle{Geschichtliche Entwicklung des Modems}
121   1950: {\bf SAGE} - {\bf S}emi {\bf A}utomatic {\bf G}round {\bf E}nvironment
122   \begin{columns}
123   \column{8.0cm}
124   \begin{itemize}
125     \item Zeitpunkt der Einsetzbarkeit: Bedrohung durch sowjetische Bomber ersetzt durch sowjetische Raketen\\
126           $\Rightarrow$ SAGE g"anzlich ungeeignet
127     \item wesentlicher {\color{red} Einfluss} auf {\color{red} Entwicklung} von Computersystemen, Echtzeitverarbeitung von Informationen und der {\color{red} Vernetzung durch Modems}
128     \item 1957: IBM / American Airlines mini-SAGE, zentralisierter Vertrieb von Flugtickets
129           \begin{center}
130           Terminals $\leftarrow$ Modem $\rightarrow$ Zentralrechner
131           \end{center}
132   \end{itemize}
133   \column{4.0cm}
134   \includegraphics[width=4.0cm]{sabre.eps}
135   \end{columns}
136 \end{frame}
137
138 \begin{frame}
139   \frametitle{Das Modem}
140   \framesubtitle{Geschichtliche Entwicklung des Modems}
141   AT\&T - {\bf A}merican {\bf T}elephone \& {\bf T}elegraph Corporation
142   \begin{columns}
143   \column{8.0cm}
144   \begin{itemize}
145     \item nordamerikanischer Telekommunikationskonzern
146     \item Monopolstellung in USA und Kanada
147     \item Nur AT\&T Ger"ate durften elektrisch mit dem Netzwerk verbunden werden
148           \begin{itemize}
149             \item 1958: 2 {\bf digital subset} Ger"ate
150             \item 1960: {\bf 202 Data-Phone}:\\
151                   halbduplex, asynchron
152             \item 1962: {\bf 201A/B Data-Phone}:\\
153                   halbduplex, synchron, PSK, 2000 bps \\
154                   (std. Telefonleitung) / \\
155                   vollduplex, synchron, PSK, 2400 bps\\
156                   (4 Adern)
157             \item 1962: {\bf 103A Data-Phone}:\\
158                   vollduplex, FSK, 300 bps \\
159                   (std. Telefonleitung)
160           \end{itemize}
161   \end{itemize}
162   \column{4.0cm}
163   \includegraphics[width=4cm]{bell_systems_dataphone.eps}
164   \end{columns}
165 \end{frame}
166
167 \begin{frame}
168   \frametitle{Das Modem}
169   \framesubtitle{Geschichtliche Entwicklung des Modems}
170   Der Akustikkoppler und Ger"ate anderer Hersteller
171   \begin{columns}
172   \column{8.0cm}
173   \begin{itemize}
174     \item AT\&T Monopol $\Rightarrow$ Akustikkoppler\\
175           \begin{itemize}
176           \item Kopplung elektrischer Signale durch akustische Signale
177           \item Lautsprecher am Mikrofon des Telefonh"orers
178           \item Mikrofon am Lautsprecher des Telefonh"orers
179           \item $\Rightarrow$ "Ubertragung von Signalen in beiden Richtungen
180           \end{itemize}
181   \end{itemize}
182   \column{4.0cm}
183   \includegraphics[width=4cm]{akustikkoppler.eps}
184   \end{columns}
185   \begin{columns}
186   \column{12.0cm}
187   \begin{itemize}
188     \item 1968: Gerichtsurteil, Erlaubnis f"ur nicht-AT\&T Ger"ate\\
189           (komplexe/teure Tests) \\
190           $\Rightarrow$ Akustikkoppler bis 1980 weit verbreitet
191     \item 1972: {\em Vadic VA3400}\\
192           vollduplex, 1200 bps, std. Telefonleitung
193   \end{itemize}
194   \end{columns}
195 \end{frame}
196
197 \begin{frame}
198   \frametitle{Das Modem}
199   \framesubtitle{Geschichtliche Entwicklung des Modems}
200   Das Smartmodem
201   \begin{columns}
202   \column{8.0cm}
203   \begin{itemize}
204     \item 1981: Hayes Communications\\
205           \begin{itemize}
206             \item Std. Modemchip + Befehls-Controller
207             \item Modem im {\bf data} oder {\bf command} mode
208             \item {\bf data mode}:\\
209                   Daten werden zum Modem der Gegenstelle gesendet
210             \item {\bf command mode}:\\
211                   Daten werden als Befehle (AT-Befehlssatz) interpretiert und ausgef"uhrt
212           \end{itemize}
213   \end{itemize}
214   \column{4.0cm}
215   \includegraphics[width=4.0cm]{hayesmodem.eps}
216   \end{columns}
217   \begin{columns}
218   \column{12.0cm}
219   \begin{itemize}
220     \item $\Rightarrow$ Modem kann selbstst"andig w"ahlen bzw. abheben
221     \item Hayes command set (AT-Befehlssatz) bis heute Basis computergesteuerter Modems
222   \end{itemize}
223   \end{columns}
224 \end{frame}
225
226 \begin{frame}
227   \frametitle{Das Modem}
228   \framesubtitle{Geschichtliche Entwicklung des Modems}
229   Zunahme der "Ubertragungsraten
230   \begin{itemize}
231     \item bis Mitte 80er:\\
232           300 und 1200 bps, Akustikkoppler weicht dem Smartmodem
233     \item Sp"ate 80er:\\
234           2400 bps, Modems unterst"utzen alle Standards
235     \item {\bf Minitel}: Franz"osischer Vidiotext Online Service \\
236           hohe/niedrige Geschwindigkeit f"ur Empfang/Versand von Daten
237     \item 1984: {\bf Trailblazer Modems} bis zu 19.000 bps \\
238           Dynamische Geschwindigkeit f"ur Empfang/Versand \\
239           (Aushandlung durch einen extra Kanal je nach Bedarf)
240   \end{itemize}
241 \end{frame}
242
243 \begin{frame}
244   \frametitle{Das Modem}
245   \framesubtitle{Geschichtliche Entwicklung des Modems}
246   Zunahme der "Ubertragungsraten
247   \begin{itemize}
248     \item Ende 80er: 9600 bps v.32 Standard ({\bf Echounterdr"uckung})
249     \item 1994: 28.800 bps v.34 Standard \\
250           Modemchip ersetzt durch \dq flexiblere\dq{} DSP und Microcontroller L"osungen (Kompatibilit"at zu anderen Standards)
251     \item 1996: 56k v.90 Standard \\
252           \begin{itemize}
253             \item Einf"uhrung des digitalen Telefonnetzes seit 1990 \\
254                   $\Rightarrow$ 16 bit Sprachsample, Samplingrate 4 kHz \\
255                   $\Rightarrow$ Datendurchsatz von 64 kbps
256             \item Ein Bit Kommando pro Byte \\
257                   $\Rightarrow$ realer Datendurchsatz von 56 kbps
258             \item digitale Leitung $\Rightarrow$ AD/DA-Wandlung wenig sinnvoll \\
259                   $\Rightarrow$ v.91 Standard, vollst"andig digital \\
260                   (Entwicklung ausgestorben auf Grund von ADSL und Kabelmodems)
261           \end{itemize}
262   \end{itemize}
263 \end{frame}
264
265 \begin{frame}
266   \frametitle{Das Modem}
267   \framesubtitle{Geschichtliche Entwicklung des Modems}
268   Deutsche Post - Modems in Deutschland
269   \begin{itemize}
270     \item 1983: BTX, Bildschirmtext
271     \item Bis Mitte 1980 nur posteigene Modems erlaubt
272     \item Modem als Netzabschluss \\
273           $\Rightarrow$ Hoheitsbereich der staatlichen Deutschen Bundespost
274     \item Zunahme privater Modems (schneller, billiger) \\
275           $\Rightarrow$ Modem-Monopol nicht l"anger aufrechterhaltbar
276   \end{itemize}
277   \vspace{0.2cm}
278   \begin{center}
279   \includegraphics[height=3.7cm]{btx-modem.eps}
280   \includegraphics[height=3.7cm]{btx-terminal.eps}
281   \end{center}
282 \end{frame}
283
284 \begin{frame}
285   \frametitle{Das Modem}
286   \framesubtitle{Geschichtliche Entwicklung des Modems}
287   Standleitungsmodems (Anfang 1990)
288   \begin{itemize}
289     \item x{\bf DSL}-Modem: {\bf D}igital {\bf S}ubscriber {\bf L}ine\\
290           {\bf NTBBA}: {\bf N}etwork {\bf T}ermination {\bf B}road{\bf b}and {\bf A}ccess\\
291           (Netzabschluss f"ur Breitbandzugang)
292           \begin{itemize}
293             \item Daten"ubertragung "uber digitale Teilnehmeranschlussleitung
294             \item hochfrequentes Signal $\Rightarrow$ starke D"ampfung $\Rightarrow$ Reichweite begrenzt (3 km)
295           \end{itemize}
296           \begin{center}
297           \includegraphics[width=6.0cm]{dsl.eps}
298           \end{center}
299     \item Kabelmodem \\
300           Daten"ubertragung "uber das TV-Kabelnetz
301   \end{itemize}
302 \end{frame}
303
304   \subsection{Modem-Varianten}
305
306 \begin{frame}
307   \frametitle{Das Modem}
308   \framesubtitle{Modem-Varianten}
309   Man unterscheidet folgende Modemtypen:
310   \begin{itemize}
311     \item Telefonmodems\\
312           Angepasst an die Besonderheiten des Telefonnetzes
313           \begin{itemize}
314             \item Akustikkoppler
315             \item Smartmodem
316             \item Faxmodem
317             \item Voicemodem
318             \item Soft/Winmodem
319           \end{itemize}
320     \item Standleitungsmodems \\
321           Punkt-zu-Punkt-Verbindung zu fester Vermittlungsstelle
322           \begin{itemize}
323             \item xDSL-Modem
324             \item Kabelnetz-Modem
325           \end{itemize}
326     \item Funkmodems \\
327           selbes Prinzip: digitale Information $\rightarrow$ analoges Radiosignal
328     \item Stromleitungsmodem \\
329           Modulation von Datensignalen auf die Stromleitung
330   \end{itemize}
331 \end{frame}
332
333 \begin{frame}
334   \frametitle{Das Modem}
335   \framesubtitle{Modem-Varianten}
336   Das Softmodem bzw. Winmodem
337   \begin{itemize}
338     \item Modem mit stark abgespeckter/reduzierter Hardware
339     \item Fehlende Hardwarefunktionalit"at auf Software (Treiber) ausgelagert
340     \item Onboard Soundhardware ersetzt analoge Koponente des Modems
341 \pause
342     \item $\Rightarrow$ {\color{blue} billiger/flexibler als herk"ommliche Modems}
343     \item $\Rightarrow$ {\color{red} h"ohere CPU Auslastung f"ur nichttriviale Tonerzeugung} (z.B. schlecht f"ur Onlinegaming)
344     \item $\Rightarrow$ {\color{red} stark abh"angig vom Treiber} (Betriebssystem(version))
345   \end{itemize}
346 \end{frame}
347
348 \begin{frame}
349   \frametitle{Das Modem}
350   \framesubtitle{Modem-Varianten}
351   Das Funkmodem
352   \begin{columns}
353   \column{8.0cm}
354   \begin{itemize}
355     \item Funkmodems notwendig f"ur digitale Daten"ubertragung durch die Luft
356     \item Modulation digitaler Signale auf analoges Radiosignal
357     \item Beispiele: WiFi Standard (IEEE 802.11, WLAN), Mobilfunk (GSM), GPS, DVB-S/T
358   \end{itemize}
359   \column{4.0cm}
360   \includegraphics[width=4.0cm]{wlan.eps}
361   \end{columns}
362 \pause
363   \vspace{0.3cm}
364   Das Stromleitungsmodem
365   \begin{columns}
366   \column{12cm}
367   \begin{itemize}
368     \item Modulation digitaler Datensiganle auf die Stromleitung
369     \item Beispiele:
370           \begin{itemize}
371             \item Rundsteuertechnik der Energieversorgungsunternehmen \\
372                   (Umschaltung der Stromz"ahler auf Tag/Nacht)
373             \item Babyfon, Homeplug (st"orungsanf"allig, abh"orbar)
374           \end{itemize}
375   \end{itemize}
376   \end{columns}
377 \end{frame}
378
379   \subsection{Bauformen und Anschluss am PC}
380
381 \begin{frame}
382   \frametitle{Das Modem}
383   \framesubtitle{Bauformen und Anschluss am PC}
384   Unterschiedliche Bauformen und Schnittstellen zum Computer
385   \begin{columns}
386   \column{7.0cm}
387   \begin{itemize}
388 \pause
389     \item Externe Modems
390           \begin{itemize}
391 \pause
392             \item Smart/Fax/Voicemodem: \\
393                   RS232 (serielle Schnittstelle), USB
394 \pause
395             \item xDSL/Kabel: Ethernet, USB
396           \end{itemize}
397 \pause
398     \item Steckkartenmodem\\
399           PCI, ISA, PCMCIA, propriet"are Sockel
400 \pause
401     \item Onboard Modem
402   \end{itemize}
403   \column{5.0cm}
404   \only<1-2>{
405     \includegraphics[height=5.0cm]{blankv.eps}
406   }
407   \only<3>{
408     \includegraphics[height=5.0cm]{smartmodem.eps}
409   }
410   \only<4>{
411     \includegraphics[height=5.0cm]{dslmodem.eps}
412   }
413   \only<5>{
414     \includegraphics[height=2.5cm]{isamodem.eps}
415     \includegraphics[height=2.5cm]{pcimodem.eps}
416   }
417   \only<6>{
418     \includegraphics[height=5.0cm]{blankv.eps}
419   }
420   \end{columns}
421 \end{frame}
422
423   \subsection{Aufbau und Funktionsweise}
424
425 \begin{frame}
426   \frametitle{Das Modem}
427   \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise}
428   Aufgaben des Modems
429   \begin{itemize}
430     \item Schnittstelle zur Telefonleitung
431     \item Kontrolle "uber die Telefonleitung "ubernehmen (go off-hook)
432     \item Rufaufbau durch W"ahlen der Telefonnummer
433     \item Einigung auf gemeinsame Sprache (Protokoll) mit Modem der Gegenstelle
434     \item Umwandlung digitaler Daten in analoge Signale und umgekehrt
435           (f"ur Kommunikation "uber die Telefonleitung)
436     \item "Ubertragen und Empfangen von Daten
437     \item Terminieren der Verbindung (go on-hook)
438   \end{itemize}
439 \pause
440   $\Rightarrow$ Ziel: {\color{red} exakte} "Ubertragung von Daten in {\color{red} angemessener Zeit}
441 \end{frame}
442
443
444 \begin{frame}
445   \frametitle{Das Modem}
446   \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise}
447   Einschub: technische Grundlagen des Telefonnetzes
448   \begin{itemize}
449     \item entworfen f"ur Sprach"ubertragung
450     \item analoges Signal (300 Hz - 3.4 kHz) "uber zweiadriges Kupferkabel
451     \item Teilnehmeranschlussleitung durch Vermittlungsstelle mit Telefonnetzwerk verbunden
452     \item Speisung durch 60 Volt Batterie
453   \end{itemize}
454   \vspace{0.3cm}
455 \pause
456   $\Rightarrow$ {\color{red} Probleme} im Telefonnetz
457   \begin{itemize}
458     \item Signalverz"ogerungen
459     \item Echosignale
460     \item unterschiedliche Signalpegel (Rauschen)
461   \end{itemize}
462 \end{frame}
463
464 \begin{frame}
465   \frametitle{Das Modem}
466   \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise}
467   Funktioneller Aufbau des Modems
468   \begin{center}
469   \includegraphics[width=10cm]{aufbau.eps}
470   \end{center}
471   \begin{itemize}
472 \pause
473     \item {\bf D}ata {\bf A}ccess {\bf A}rrangement \\
474           Schnittstelle: Modem $\leftrightarrow$ Telefonnetz
475           \begin{itemize}
476             \item galvanische Entkopplung vom Telefonnetz
477             \item Erkennung des Klingeltons
478             \item Erkennung des CallerID Signals
479             \item Ausf"uhrung des Abhebe- und Auflegevorganges
480           \end{itemize}
481 \pause
482     \item {\bf A}nalog {\bf F}ront {\bf E}nd \\
483           Modem Coder/Decoder (modem codec)
484           \begin{itemize}
485             \item Analog-Digital-Wandlung (ADC)
486             \item Digital-Analog-Wandlung (DAC)
487           \end{itemize}
488   \end{itemize}
489 \end{frame}
490
491 \begin{frame}
492   \frametitle{Das Modem}
493   \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise}
494   Funktioneller Aufbau des Modems
495   \begin{center}
496   \includegraphics[width=10cm]{aufbau.eps}
497   \end{center}
498   \begin{itemize}
499     \item {\bf D}igital {\bf S}ignal {\bf P}rocessor \\
500           Spezieller Mikroprozessor optimiert f"ur mathematische Operationen
501           (FFT: Zeit $\rightarrow$ Frequenzdarstellung)
502           \begin{itemize}
503             \item Rauschunterdr"uckung
504             \item Modulation/Demodulation (Daten $\leftrightarrow$ Tr"agersignal)
505           \end{itemize}
506 \pause
507     \item Modem Control \\
508           Schnittstelle zum Terminal
509           \begin{itemize}
510             \item Steuerung des DSP
511             \item Interpretation der AT-Kommandos
512             \item Fehlerkorrektur
513             \item Datenkompression
514           \end{itemize}
515   \end{itemize}
516 \end{frame}
517
518 \begin{frame}
519   \frametitle{Das Modem}
520   \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise}
521   Speziell xDSL:
522   \begin{itemize}
523     \item Frequenzbereich Telefonnetz (analog/ISDN): 300 Hz - 3.4 kHz
524     \item Frequenzbereich xDSL: 138 kHz - 1.04 MHz (VDSL 30 Mhz)
525     \item Beide Frequenzbereiche teilen sich den Kupferdraht
526   \end{itemize}
527   \vspace{0.2cm}
528 \pause
529   $\Rightarrow$ {\color{red} ben"otigte Hardware}:\\
530   \begin{itemize}
531     \item BBAE, Breitbandanschlusseinheit (Splitter)
532     \item Trennung bzw. Zusammenf"ugen der Frequenzbereiche (Tiefpassfilter)
533   \end{itemize}
534   \only<1>{
535   \includegraphics[height=3cm]{blankv.eps}
536   }
537   \only<2>{
538   \begin{center}
539   \includegraphics[height=3cm]{splitter.eps}
540   \includegraphics[height=3cm]{splitter-offen.eps}
541   \end{center}
542   }
543 \end{frame}
544
545   \subsection{Anschaffungskriterien}
546
547 \begin{frame}
548   \frametitle{Das Modem}
549   \framesubtitle{Anschaffungskriterien}
550   Vorgehensweise
551   \begin{enumerate}
552     \item Verf"ugbarkeit von xDSL pr"ufen (x=A)\\
553           \begin{itemize}
554             \item Modem/Splitter meist kostenlos vom Anbieter zur Verf"ugung gestellt
555             \item Anschlussgeb"uhr 10 - 15 Euro, Flatrate: 10 - 20 Euro
556           \end{itemize}
557     \item Alternative 1: skyDSL
558           \begin{itemize}
559             \item Empfang via Satelitenreceiver
560             \item R"uckkanal "uber 56k/ISDN (evtl. versteckte Kosten)
561             \item teure Hardware n"otig (Sch"ussel, LNB, DVB-S Karte)
562           \end{itemize}
563     \item Alternative 2: 56k/ISDN
564           \begin{itemize}
565             \item sehr langsam 
566             \item kein Flatrate-Angebot vorhanden \\
567                   (Achtung: Telefonflat darf daf"ur nicht genutzt werden)
568           \end{itemize}
569   \end{enumerate}
570 \end{frame}
571
572 \begin{frame}
573 \begin{center}
574   \includegraphics[width=10cm]{internet-modem_n.eps}
575 \end{center}
576 \end{frame}
577
578 \section{Das Internet}
579
580   \subsection{Begriffserkl"arung}
581
582 \begin{frame}
583   \frametitle{Das Internet}
584   \framesubtitle{Begriffserkl"arung}
585   \begin{center}
586   {\bf Inter}connected {\bf Net}works
587   \end{center}
588   \begin{itemize}
589     \item "offentlich zug"angliches weltweites Netzwerk
590     \item Verbund vieler voneinander unabh"angiger Netzwerke (Router)
591     \item standardisierte Kommunikation, {\bf I}nternet{\bf p}rotokoll (IP)
592   \end{itemize}
593 \pause
594   \vspace{0.4cm}
595   \begin{center}
596   {\color{red} Nicht} zu verwechseln mit dem {\bf W}orld {\bf W}ide {\bf W}eb (WWW)
597   \end{center}
598 \end{frame}
599
600   \subsection{Entstehung des Internets}
601
602 \begin{frame}
603   \frametitle{Das Internet}
604   \framesubtitle{Entstehung des Internet}
605   Folgen des kalten Krieges (~1950/60)
606   \begin{itemize}
607     \item UdSSR: Sputnik, erste unbemannte Weltraummission \\
608     \item US: {\bf D}efense {\bf A}dvanced {\bf R}esearch {\bf P}rojects {\bf A}gency (DARPA) \\
609           \begin{itemize}
610             \item Weiterentwicklung von SAGE\\
611                   (erstes vernetztes landesweites Radar System)
612             \item verteiltes Kommunikationssystem\\
613                   (Sicherstellung st"orungsfreier Kommunikation im Falle eines Atomkrieges)
614           \end{itemize}
615     \item J.C.R. Licklider (1960):\\
616           Notwendigkeit eines globalen universellen Netzwerkes\\
617           $\rightarrow$ L. Roberts, P. Baran (MIT): {\color{red} packet switching}
618   \end{itemize}
619   \vspace{0.2cm}
620   packet switching: (Verfahren zur Speichevermittlung im Netzwerk)\\
621   Unterteilung langer Nachrichten in kleine Datenpakete (Datagramm)
622 \end{frame}
623
624 \begin{frame}
625   \frametitle{Das Internet}
626   \framesubtitle{Entstehung des Internet}
627   Vom Milit"arprojekt zur zivilen Nutzung
628   \begin{itemize}
629     \item 1969: ARPANET, 4 Forschungseinrichtungen vernetzt
630     \item Entwicklung von C und Unix \\
631           $\rightarrow$ neue Kommunikationsanwendungen und Protokolle (RFC)
632     \item 1984: Zweitelung des ARPANET:\\
633           $\rightarrow$ milit"arisches {\bf Mil}itary {\bf Net}work (MILNET) \\
634           $\rightarrow$ wissenschaftliches ARPANET
635     \item Europa:\\
636           $\rightarrow$ Eunet (Niederlande, D"anemark, Schweden England)\\
637           $\rightarrow$ Datex-P (Deutsche Bundespost)
638   \end{itemize}
639   \vspace{0.2cm}
640   {\color{red} Buchtipp}: Clifford Stoll, Das Kuckuksei.
641 \end{frame}
642
643   \subsection{Struktur des Internet}
644
645 \begin{frame}
646   \frametitle{Das Internet}
647   \framesubtitle{Struktur des Internet}
648   Klassifizierung von Netzwerken
649   \begin{itemize}
650 \pause
651     \item LAN ({\bf L}ocal {\bf A}rea {\bf N}etwork):\\
652           \begin{itemize}
653             \item geographisch auf ein Gel"ande begrenztes Netzwerk
654             \item meist keine Nutzung von Leitungen "offentlicher Anbieter
655             \item Netz unterliegt selbstst"andiger Aufsicht
656           \end{itemize}
657 \pause
658     \item MAN ({\bf M}etropolitan {\bf A}rea {\bf N}etwork):\\
659           regionale Ausdehnung auf ein Ballungszentrum
660 \pause
661     \item WAN ({\bf W}ide {\bf A}rea {\bf N}etwork):
662           \begin{itemize}
663             \item Weitverkehrsnetz
664             \item unbegrenzte geographische Ausdehnung
665             \item "offentliche Leitungen zur "Ubertragung
666           \end{itemize}
667   \end{itemize}
668 \pause
669   \vspace{0.2cm}
670   {\color{red} Internet}: Zusammenschluss der verschiedenen Netzwerke "uber leistungsstarke Verbindungen (Backbones) an sogenannten Internetknoten
671   (Bsp: DE-CIX, Frankfurt am Main)
672 \end{frame}
673
674 \begin{frame}
675   \frametitle{Das Internet}
676   \framesubtitle{Struktur des Internet}
677   \begin{columns}
678   \column{7cm}
679   resultierende Eigenschaften des dezentralen Netzwerks:\\
680   $\Rightarrow$ mehrere m"ogliche Verbindungswege \\
681   $\Rightarrow$ Ausfallsicher
682   \column{5cm}
683   \includegraphics[width=5cm]{xan.eps}
684   \end{columns}
685   \vspace{0.2cm}
686   beteiligte Netzwerke:
687   \begin{itemize}
688     \item kommerzielle Firmennetzwerke
689     \item wissenschaftliche Netzwerke:\\
690           Universit"aten, Forschungseinrichtungen
691     \item Providernetzwerke
692     \item Regierungsnetzwerke
693   \end{itemize}
694 \end{frame}
695
696   \subsection{Internetprotokolle und Dienste}
697
698 \begin{frame}
699   \frametitle{Das Internet}
700   \framesubtitle{Internetprotokolle und Dienste}
701   Das ISO/OSI Referenzmodell -\\
702   {\tiny Schichtenmodell f"ur die Kommunikation offener, informationsverarbeitender Systeme}
703   \vspace{0.5cm}
704   \begin{columns}
705   \column{12.5cm}
706   \includegraphics[width=12.5cm]{osi.eps}
707   \end{columns}
708 \end{frame}
709
710 \begin{frame}
711   \frametitle{Das Internet}
712   \framesubtitle{Internetprotokolle und Dienste}
713   Das Ethernet
714   \begin{itemize}
715     \item Bit"ubertragungsschicht:\\
716          Bewerkstelligung digitaler Bit"ubertragung auf leitungsgebundene/leitungslose "Ubertragungsstrecke
717     \item Sicherungsschicht:\\
718           Aufteilen des Bitdatenstromes in Bl"ocke mit Folgenummer und Pr"ufsumme\\
719           $\Rightarrow$ fehlerfreie "Ubertragung + Zugriff auf "Ubertragungsmedium
720     \item global eindeutige MAC-Adresse (6x8 Bit Schl"ussel)
721     \item CSMA/CD\\
722           (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection):\\
723           Regelung des gemeinsamen Zugriffs vieler Systeme auf ein "Ubertragungsmedium
724   \end{itemize}
725 \end{frame}
726
727 \begin{frame}
728   \frametitle{Das Internet}
729   \framesubtitle{Internetprotokolle und Dienste}
730   {\bf I}nternet {\bf P}rotocol (IP)
731   \begin{itemize}
732     \item Vermittlungsschicht des OSI-Modells
733     \item unabhh"angig vom "Ubertragungsmedium\\
734           (Bsp: eingekapselt in Ethernet Frame)
735     \item global eindeutige IP-Adresse (IPv4: 4x8 Bit, IPv6: 8x16 Bit)
736     \item Vergabe der Adressen durch die {\bf I}nternet {\bf C}orporation
737           for {\bf A}ssigned {\bf N}ames and {\bf N}umbers (ICANN)
738     \item logische Gruppierung durch Subnetzmasken
739     \item Wegewahl/Weiterleitung von Datenpaketen (Routing/Forwarding) zwischen Netzknoten 
740     \item Grundlage des Internet
741   \end{itemize}
742 \end{frame}
743
744 \begin{frame}
745   \frametitle{Das Internet}
746   \framesubtitle{Internetprotokolle und Dienste}
747   IP basierende Dienste:
748   \begin{itemize}
749     \item RIP ({\bf R}outing {\bf I}nternet {\bf P}rotocol):\\
750           Distanzvektor-Algorithmus zur dynamischen Erstellung der Routingtabelle\\
751           (Netzwerk-Router Kombination $+$ Kosten)\\
752     \item ARP ({\bf A}dress {\bf R}esolution {\bf P}rotocol):\\
753           Aufl"osung von MAC in IP-Adressen
754     \item DNS ({\bf D}omain {\bf N}ame {\bf S}ystem):\\
755           \begin{itemize}
756             \item Umsetzung von Domainnamen in IP-Adressen (lookup)\\
757             \item und umgekehrt (reverse lookup)\\
758             \item Namensaufl"osung fr"uher: 'hosts'-Datei
759           \end{itemize}
760   \end{itemize}
761 \end{frame}
762
763 \begin{frame}
764   \frametitle{Das Internet}
765   \framesubtitle{Internetprotokolle und Dienste}
766   {\bf T}ransmission {\bf C}ontrol {\bf P}rotocol
767   \begin{itemize}
768     \item Transpotschicht des OSI-Modells
769     \item setzt auf IP auf
770     \item zuverl"assiges, verbindungsorientiertes Transportprotokoll
771     \item Bereitstellung eines virtuellen Kanals zwischen zwei Endpunkten (Socket)
772     \item Segmentierung von Datenpaketen und Stauvermeidung
773   \end{itemize}
774   {\bf U}ser {\bf D}atagram {\bf P}rotocol
775   \begin{itemize}
776     \item einfaches, minimales, verbindungsloses Netzprotokoll
777     \item keine Sicherung der Daten"ubertragung
778     \item Entstanden aus Entwicklung der Sprach"ubertragung
779   \end{itemize}
780 \end{frame}
781
782 \begin{frame}
783   \frametitle{Das Internet}
784   \framesubtitle{Internetprotokolle und Dienste}
785   {\bf H}yper{\bf t}ext {\bf T}ransfer {\bf P}rotocol (HTTP)
786   \begin{itemize}
787     \item Anwedndungsschicht im OSI-Modell
788     \item Kommunikationsschema f"ur Datei"ubertragung zwischen zwei Rechnern
789     \item zustandsloses Protokoll (Anfrage, Antwort, Verbindungsende)
790   \end{itemize}
791   \begin{center}
792   {\bf\color{red} W}orld {\bf\color{red} W}ide {\bf\color{red} W}eb: wichtigster Dienst des HTTP(S)-Protokolls
793   \end{center}
794   {\bf S}imple {\bf M}ail {\bf T}ransfer {\bf P}rotocol
795   \begin{itemize}
796     \item textbasiertes Protokoll
797     \item keine Authentifizierung des Absenders (sp"ater ESMTP)
798     \item haupts"achlich genutzt zur Einspeisung und Weiterleitung von E-Mails
799   \end{itemize}
800   \begin{center}
801   {\color{red} Aber}: spezialisiertere Protokolle zum Abholen von Nachrichten (POP3, IMAP)
802   \end{center}
803 \end{frame}
804
805   \subsection{Gefahren im Internet}
806
807 \begin{frame}
808   \frametitle{Das Internet}
809   \framesubtitle{Gefahren im Internet}
810   Viren und W"urmer
811   \begin{itemize}
812     \item passiver/aktiver, sich selbst weiter verbreitender Programmcode
813     \item Verbreitung vorallem durch E-Mails
814     \item M\$ Administrator Benutzer leben gef"ahrlich
815   \end{itemize}
816   Spoofing
817   \begin{itemize}
818     \item urspr"unglich:\\
819           Verschleierung der eigenen Identit"at
820     \item heute:\\
821           Methoden zur Untergrabung von Authentifizierungsverfahren
822     \item ARP/DNS/IP/Mail/URL - Spoofing
823     \item unter anderem zur Realisierung von Man-In-The-Middle-Angriffen
824   \end{itemize}
825 \end{frame}
826
827 \begin{frame}
828   \frametitle{Das Internet}
829   \framesubtitle{Gefahren im Internet}
830   Angriffe auf Dienste eines Servers (Dienstanbieter)
831   \begin{itemize}
832     \item {\bf D}enial {\bf o}f {\bf S}ervice Attacken (DoS)\\
833           primitiv: "Uberlastung eines Serverdienstes durch hohe Anzahl von Anfragen
834     \item {\bf D}istributed {\bf DoS} (DDoS)\\
835           cleverer: koordiniertes, verteiltes Anfragen des Dienstes (etwa durch W"urmer)
836     \item {\bf D}istributed {\bf R}eflected {\bf DoS} (DRDoS)\\
837           ultimativ: Anfragen mit gef"alschter Absenderadresse eines regul"aren Dienstanbieters\\
838           $\Rightarrow$ Antworten der Anfrage stellen DoS-Attacke dar\\
839           $\Rightarrow$ fast nicht nachvollziehbar f"ur das Opfer
840   \end{itemize}
841 \end{frame}
842
843 \begin{frame}
844   \frametitle{Das Internet}
845   \framesubtitle{Gefahren im Internet}
846   Angriffe auf Dienste eines Servers (Dienstanbieter)\\
847   \vspace{0.3cm}
848   {\bf B}uffer {\bf O}ver{\bf f}low Attacken (BOF)\\
849   \begin{itemize}
850     \item Speicher"uberlauf durch Programmfehler\\
851           (zu gro"se Datenmengen in daf"ur zu kleinen Speicherbereich)
852     \item Ausf"uhren von b"osen Maschinencode:\\
853           "Uberschreiben der R"ucksprungadresse eines Unterprogramms mit Code
854   \end{itemize}
855   \vspace{0.2cm}
856   {\color{red} Abhilfe}:
857   \begin{itemize}
858     \item M\$ Server vermeiden (viele bekannte Exploits)
859     \item Nicht-PC-Hardware als Firewall\\
860           (viele BOF-Implementationen auf x86 Architektur)
861     \item regelm"a"sige Updates der Server Programme
862   \end{itemize}
863 \end{frame}
864
865 \begin{frame}
866   \frametitle{Zusammenfassung}
867   \tableofcontents%[pausesections]
868 \end{frame}
869
870 \begin{frame}
871 \begin{center}
872   \includegraphics[width=10cm]{internet-modem.eps}
873 \end{center}
874 \end{frame}
875
876 \begin{frame}
877   \frametitle{Danke f"ur die Aufmerksamkeit}
878   \begin{center}
879   {\color{red} Folien/Skript/Abbildungen}: {\small http://malinet.org/talks/modem/} \\
880   \vspace{0.2cm}
881   (wie Ihr da hinkommt wisst Ihr ja nun ...)
882   \end{center}
883   \vspace{0.5cm}
884   \begin{center}
885   GET /fragen.txt HTTP/1.1
886   \end{center}
887 \end{frame}
888
889 \end{document}