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}