X-Git-Url: https://hackdaworld.org/gitweb/?p=lectures%2Flatex.git;a=blobdiff_plain;f=modem%2Fmodem_talk.tex;h=bb4f0471079ceded676378dd9a0de6a5815fc3f3;hp=84a392a663b70e963c7acc6c56bc7ddefbd416b7;hb=2dd676baf28a447b1d05d545244de5ce5f8cdc9e;hpb=d2f8112749c54606564d8496d9726b03253f81ce diff --git a/modem/modem_talk.tex b/modem/modem_talk.tex index 84a392a..bb4f047 100644 --- a/modem/modem_talk.tex +++ b/modem/modem_talk.tex @@ -22,9 +22,9 @@ \begin{document} \title{Das Modem - die Schnittstelle ins Internet} -\subtitle{Vom kalten Krieg bis zum Internet} +\subtitle{Vom kalten Krieg bis zur digitalen Revolution} \author[M. Lenk]{Melanie Lenk \\ \texttt{mali@malinet.org}} -\date{25. April 2006} +\date{9. Mai 2006} \AtBeginSection[] { @@ -51,11 +51,34 @@ \section{Das Modem} - \subsection{Begriffserkl"arung} + \subsection{Motivation und Begriffserkl"arung} \begin{frame} \frametitle{Das Modem} - \framesubtitle{Begriffserkl"arung} + \framesubtitle{Motivation und Begriffserkl"arung} + Motivation + \begin{itemize} + \item Notwendigkeit des {\bf schnellen} Informationsaustauschs + \item Verarbeitung {\bf gro"ser} Datenmengen \\ + $\Rightarrow$ Daten"ubertragung zwischen (zwei) Computern + \item Telefonnetz (Ursprung 1880) weit verbreitet + \end{itemize} + \pause + $\Rightarrow$ Idee: Kommunikation der Computer "uber das Telefonnetz\\ + \vspace{0.5cm} + \pause + {\color{red} Problem:} Telefonnetz konzipiert zur "Ubertragung von Sprache\\ + \vspace{0.2cm} + \pause + {\color{green} L"osung:} Wandlung digitaler Information in T"one und zur"uck + \begin{center} + $\rightarrow$ {\bf Modem} $\leftarrow$ + \end{center} +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Motivation und Begriffserkl"arung} \begin{center} {\bf Modem} $\Rightarrow$ {\bf Mo}dulator/{\bf Dem}odulator \end{center} @@ -312,11 +335,11 @@ \framesubtitle{Modem-Varianten} Das Softmodem bzw. Winmodem \begin{itemize} - \item Modem stark abgespeckter/reduzierter Hardware - \item Fehlende Hardwarefunktionalit"at auf Software ausgelagert + \item Modem mit stark abgespeckter/reduzierter Hardware + \item Fehlende Hardwarefunktionalit"at auf Software (Treiber) ausgelagert \item Onboard Soundhardware ersetzt analoge Koponente des Modems \pause - \item $\Rightarrow$ {\color{blue} billiger als herk"ommliche Modems} + \item $\Rightarrow$ {\color{blue} billiger/flexibler als herk"ommliche Modems} \item $\Rightarrow$ {\color{red} h"ohere CPU Auslastung f"ur nichttriviale Tonerzeugung} (z.B. schlecht f"ur Onlinegaming) \item $\Rightarrow$ {\color{red} stark abh"angig vom Treiber} (Betriebssystem(version)) \end{itemize} @@ -337,7 +360,10 @@ \includegraphics[width=4.0cm]{wlan.eps} \end{columns} \pause + \vspace{0.3cm} Das Stromleitungsmodem + \begin{columns} + \column{12cm} \begin{itemize} \item Modulation digitaler Datensiganle auf die Stromleitung \item Beispiele: @@ -347,6 +373,7 @@ \item Babyfon, Homeplug (st"orungsanf"allig, abh"orbar) \end{itemize} \end{itemize} + \end{columns} \end{frame} \subsection{Bauformen und Anschluss am PC} @@ -393,22 +420,464 @@ \end{columns} \end{frame} - \subsection{Aufbau und Technik} + \subsection{Aufbau und Funktionsweise} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise} + Aufgaben des Modems + \begin{itemize} + \item Schnittstelle zur Telefonleitung + \item Kontrolle "uber die Telefonleitung "ubernehmen (go off-hook) + \item Rufaufbau durch W"ahlen der Telefonnummer + \item Einigung auf gemeinsame Sprache (Protokoll) mit Modem der Gegenstelle + \item Umwandlung digitaler Daten in analoge Signale und umgekehrt + (f"ur Kommunikation "uber die Telefonleitung) + \item "Ubertragen und Empfangen von Daten + \item Terminieren der Verbindung (go on-hook) + \end{itemize} +\pause + $\Rightarrow$ Ziel: {\color{red} exakte} "Ubertragung von Daten in {\color{red} angemessener Zeit} +\end{frame} + + +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise} + Einschub: technische Grundlagen des Telefonnetzes + \begin{itemize} + \item entworfen f"ur Sprach"ubertragung + \item analoges Signal (300 Hz - 3.4 kHz) "uber zweiadriges Kupferkabel + \item Teilnehmeranschlussleitung durch Vermittlungsstelle mit Telefonnetzwerk verbunden + \item Speisung durch 60 Volt Batterie + \end{itemize} + \vspace{0.3cm} +\pause + $\Rightarrow$ {\color{red} Probleme} im Telefonnetz + \begin{itemize} + \item Signalverz"ogerungen + \item Echosignale + \item unterschiedliche Signalpegel (Rauschen) + \end{itemize} +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise} + Funktioneller Aufbau des Modems + \begin{center} + \includegraphics[width=10cm]{aufbau.eps} + \end{center} + \begin{itemize} +\pause + \item {\bf D}ata {\bf A}ccess {\bf A}rrangement \\ + Schnittstelle: Modem $\leftrightarrow$ Telefonnetz + \begin{itemize} + \item galvanische Entkopplung vom Telefonnetz + \item Erkennung des Klingeltons + \item Erkennung des CallerID Signals + \item Ausf"uhrung des Abhebe- und Auflegevorganges + \end{itemize} +\pause + \item {\bf A}nalog {\bf F}ront {\bf E}nd \\ + Modem Coder/Decoder (modem codec) + \begin{itemize} + \item Analog-Digital-Wandlung (ADC) + \item Digital-Analog-Wandlung (DAC) + \end{itemize} + \end{itemize} +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise} + Funktioneller Aufbau des Modems + \begin{center} + \includegraphics[width=10cm]{aufbau.eps} + \end{center} + \begin{itemize} + \item {\bf D}igital {\bf S}ignal {\bf P}rocessor \\ + Spezieller Mikroprozessor optimiert f"ur mathematische Operationen + (FFT: Zeit $\rightarrow$ Frequenzdarstellung) + \begin{itemize} + \item Rauschunterdr"uckung + \item Modulation/Demodulation (Daten $\leftrightarrow$ Tr"agersignal) + \end{itemize} +\pause + \item Modem Control \\ + Schnittstelle zum Terminal + \begin{itemize} + \item Steuerung des DSP + \item Interpretation der AT-Kommandos + \item Fehlerkorrektur + \item Datenkompression + \end{itemize} + \end{itemize} +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Aufbau und Funktionsweise} + Speziell xDSL: + \begin{itemize} + \item Frequenzbereich Telefonnetz (analog/ISDN): 300 Hz - 3.4 kHz + \item Frequenzbereich xDSL: 138 kHz - 1.04 MHz (VDSL 30 Mhz) + \item Beide Frequenzbereiche teilen sich den Kupferdraht + \end{itemize} + \vspace{0.2cm} +\pause + $\Rightarrow$ {\color{red} ben"otigte Hardware}:\\ + \begin{itemize} + \item BBAE, Breitbandanschlusseinheit (Splitter) + \item Trennung bzw. Zusammenf"ugen der Frequenzbereiche (Tiefpassfilter) + \end{itemize} + \only<1>{ + \includegraphics[height=3cm]{blankv.eps} + } + \only<2>{ + \begin{center} + \includegraphics[height=3cm]{splitter.eps} + \includegraphics[height=3cm]{splitter-offen.eps} + \end{center} + } +\end{frame} \subsection{Anschaffungskriterien} +\begin{frame} + \frametitle{Das Modem} + \framesubtitle{Anschaffungskriterien} + Vorgehensweise + \begin{enumerate} + \item Verf"ugbarkeit von xDSL pr"ufen (x=A)\\ + \begin{itemize} + \item Modem/Splitter meist kostenlos vom Anbieter zur Verf"ugung gestellt + \item Anschlussgeb"uhr 10 - 15 Euro, Flatrate: 10 - 20 Euro + \end{itemize} + \item Alternative 1: skyDSL + \begin{itemize} + \item Empfang via Satelitenreceiver + \item R"uckkanal "uber 56k/ISDN (evtl. versteckte Kosten) + \item teure Hardware n"otig (Sch"ussel, LNB, DVB-S Karte) + \end{itemize} + \item Alternative 2: 56k/ISDN + \begin{itemize} + \item sehr langsam + \item kein Flatrate-Angebot vorhanden \\ + (Achtung: Telefonflat darf daf"ur nicht genutzt werden) + \end{itemize} + \end{enumerate} +\end{frame} + +\begin{frame} +\begin{center} + \includegraphics[width=10cm]{internet-modem_n.eps} +\end{center} +\end{frame} + \section{Das Internet} \subsection{Begriffserkl"arung} +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Begriffserkl"arung} + \begin{center} + {\bf Inter}connected {\bf Net}works + \end{center} + \begin{itemize} + \item "offentlich zug"angliches weltweites Netzwerk + \item Verbund vieler voneinander unabh"angiger Netzwerke (Router) + \item standardisierte Kommunikation, {\bf I}nternet{\bf p}rotokoll (IP) + \end{itemize} +\pause + \vspace{0.4cm} + \begin{center} + {\color{red} Nicht} zu verwechseln mit dem {\bf W}orld {\bf W}ide {\bf W}eb (WWW) + \end{center} +\end{frame} + \subsection{Entstehung des Internets} - \subsection{Aufbau und Struktur} +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Entstehung des Internet} + Folgen des kalten Krieges (~1950/60) + \begin{itemize} + \item UdSSR: Sputnik, erste unbemannte Weltraummission \\ + \item US: {\bf D}efense {\bf A}dvanced {\bf R}esearch {\bf P}rojects {\bf A}gency (DARPA) \\ + \begin{itemize} + \item Weiterentwicklung von SAGE\\ + (erstes vernetztes landesweites Radar System) + \item verteiltes Kommunikationssystem\\ + (Sicherstellung st"orungsfreier Kommunikation im Falle eines Atomkrieges) + \end{itemize} + \item J.C.R. Licklider (1960):\\ + Notwendigkeit eines globalen universellen Netzwerkes\\ + $\rightarrow$ L. Roberts, P. Baran (MIT): {\color{red} packet switching} + \end{itemize} + \vspace{0.2cm} + packet switching: (Verfahren zur Speichevermittlung im Netzwerk)\\ + Unterteilung langer Nachrichten in kleine Datenpakete (Datagramm) +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Entstehung des Internet} + Vom Milit"arprojekt zur zivilen Nutzung + \begin{itemize} + \item 1969: ARPANET, 4 Forschungseinrichtungen vernetzt + \item Entwicklung von C und Unix \\ + $\rightarrow$ neue Kommunikationsanwendungen und Protokolle (RFC) + \item 1984: Zweitelung des ARPANET:\\ + $\rightarrow$ milit"arisches {\bf Mil}itary {\bf Net}work (MILNET) \\ + $\rightarrow$ wissenschaftliches ARPANET + \item Europa:\\ + $\rightarrow$ Eunet (Niederlande, D"anemark, Schweden England)\\ + $\rightarrow$ Datex-P (Deutsche Bundespost) + \end{itemize} + \vspace{0.2cm} + {\color{red} Buchtipp}: Clifford Stoll, Das Kuckuksei. +\end{frame} + + \subsection{Struktur des Internet} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Struktur des Internet} + Klassifizierung von Netzwerken + \begin{itemize} +\pause + \item LAN ({\bf L}ocal {\bf A}rea {\bf N}etwork):\\ + \begin{itemize} + \item geographisch auf ein Gel"ande begrenztes Netzwerk + \item meist keine Nutzung von Leitungen "offentlicher Anbieter + \item Netz unterliegt selbstst"andiger Aufsicht + \end{itemize} +\pause + \item MAN ({\bf M}etropolitan {\bf A}rea {\bf N}etwork):\\ + regionale Ausdehnung auf ein Ballungszentrum +\pause + \item WAN ({\bf W}ide {\bf A}rea {\bf N}etwork): + \begin{itemize} + \item Weitverkehrsnetz + \item unbegrenzte geographische Audehnung + \item "offentliche Leitungen zur "Ubertragung + \end{itemize} + \end{itemize} +\pause + \vspace{0.2cm} + {\color{red} Internet}: Zusammenschluss der verschiedenen Netzwerke "uber leistungsstarke Verbindungen (Backbones) an sogenannten Internetknoten + (Bsp: DE-CIX, Frankfurt am Main) +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Struktur des Internet} + \begin{columns} + \column{7cm} + resultierende Eigenschaften des dezentralen Netzwerks:\\ + $\Rightarrow$ mehrere m"ogliche Verbindungswege \\ + $\Rightarrow$ Ausfallsicher + \column{5cm} + \includegraphics[width=5cm]{xan.eps} + \end{columns} + \vspace{0.2cm} + beteiligte Netzwerke: + \begin{itemize} + \item kommerzielle Firmennetzwerke + \item wissenschaftliche Netzwerke:\\ + Universit"aten, Forschungseinrichtungen + \item Providernetzwerke + \item Regierungsnetzwerke + \end{itemize} +\end{frame} + + \subsection{Internetprotokolle und Dienste} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Internetprotokolle und Dienste} + Das ISO/OSI Referenzmodell -\\ + {\tiny Schichtenmodell f"ur die Kommunikation offener, informationsverarbeitender Systeme} + \vspace{0.5cm} + \begin{columns} + \column{12.5cm} + \includegraphics[width=12.5cm]{osi.eps} + \end{columns} +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Internetprotokolle und Dienste} + Das Ethernet + \begin{itemize} + \item Bit"ubertragungsschicht:\\ + Bewerkstelligung digitaler Bit"ubertragung auf leitungsgebundene/leitungslose "Ubertragungsstrecke + \item Sicherungsschicht:\\ + Aufteilen des Bitdatenstromes in Bl"ocke mit Folgenummer und Pr"ufsumme\\ + $\Rightarrow$ fehlerfreie "Ubertragung + Zugriff auf "Ubertragungsmedium + \item global eindeutige MAC-Adresse (6x8 Bit Schl"ussel) + \item CSMA/CD\\ + (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection):\\ + Regelung des gemeinsamen Zugriffs vieler Syteme auf ein "Ubertragungsmedium + \end{itemize} +\end{frame} - \subsection{Internetprotokolle} +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Internetprotokolle und Dienste} + {\bf I}nternet {\bf P}rotocol (IP) + \begin{itemize} + \item Vermittlungsschicht des OSI-Modells + \item unabhh"angig vom "Ubertragungsmedium\\ + (Bsp: eingekapselt in Ethernet Frame) + \item global eindeutige IP-Adresse (IPv4: 4x8 Bit, IPv6: 8x16 Bit) + \item Vergabe der Dressen durch die {\bf I}nternet {\bf C}orporation + for {\bf A}ssigned {\bf N}ames and {\bf N}umbers (ICANN) + \item logische Gruppierung durch Subnetzmasken + \item Wegewahl/Weiterleitung von Datenpaketen (Routing/Forwarding) zwischen Netzknoten + \item Grundlage des Internet + \end{itemize} +\end{frame} - \subsection{Wichtige Dienste im Internet} +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Internetprotokolle und Dienste} + IP basierende Dienste: + \begin{itemize} + \item RIP (Routing Internet Protocol):\\ + Distanzvektor-Algorithmus zur dynamischen Erstellung der Routingtabelle\\ + (Netzwerk-Router Kombination $+$ Kosten)\\ + \item ARP (Adress Resolution Protocol):\\ + Aufl"osung von MAC in IP-Adressen + \item DNS (Domain Name System):\\ + \begin{itemize} + \item Umsetzung von Domainnamen in IP-Adressen (lookup)\\ + \item und umgekehrt (reverse lookup)\\ + \item Namensaufl"osung fr"uher: 'hosts'-Datei + \end{itemize} + \end{itemize} +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Internetprotokolle und Dienste} + {\bf T}ransmission {\bf C}ontrol {\bf P}rotocol + \begin{itemize} + \item Transpotschicht des OSI-Modells + \item setzt auf IP auf + \item zuverl"assiges, verbindungsorientiertes Transportprotokoll + \item Bereitstellung eines virtuellen Kanals zwischen zwei Endpunkten (Socket) + \item Segmentierung von Datenpaketen und Stauvermeidung + \end{itemize} + {\bf U}ser {\bf D}atagram {\bf P}rotocol + \begin{itemize} + \item einfaches, minimales, verbindungsloses Netzprotokoll + \item keine Sicherung der Daten"ubertragung + \item Entstanden aus Entwicklung der Sprach"ubertragung + \end{itemize} +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Internetprotokolle und Dienste} + {\bf H}yper{\bf t}ext {\bf T}ransfer {\bf P}rotocol (HTTP) + \begin{itemize} + \item Anwedndungsschicht im OSI-Modell + \item Kommunikationsschema f"ur Datei"ubertragung zwischen zwei Rechnern + \item zustandsloses Protokoll (Anfrage, Antwort, Verbindungsende) + \end{itemize} + \begin{center} + {\bf\color{red} W}orld {\bf\color{red} W}ide {\bf\color{red} W}eb: wichtigster Dienst des HTTP(S)-Protokolls + \end{center} + {\bf S}imple {\bf M}ail {\bf T}ransfer {\bf P}rotocol + \begin{itemize} + \item textbasiertes Protokoll + \item keine Authentifizierung des Absenders (sp"ater ESMTP) + \item haupts"achlich genutzt zur Einspeisung und Weiterleitung von E-Mails + \end{itemize} + \begin{center} + {\color{red} Aber}: spezialisiertere Protokolle zum Abholen von Nachrichten (POP3, IMAP) + \end{center} +\end{frame} \subsection{Gefahren im Internet} +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Gefahren im Internet} + Viren und W"urmer + \begin{itemize} + \item passiver/aktiver, sich selbst weiter verbreitender Programmcode + \item Verbreitung vorallem durch E-Mails + \item M\$ Administrator Benutzer leben gef"ahrlich + \end{itemize} + Spoofing + \begin{itemize} + \item urspr"unglich:\\ + Verschleierung der eigenen Identit"at + \item heute:\\ + Methoden zur Untergrabung von Authentifizierungsverfahren + \item ARP/DNS/IP/Mail/URL - Spoofing + \item unter anderem zur Realisierung von Man-In-The-Middle-Angriffen + \end{itemize} +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Gefahren im Internet} + Angriffe auf Dienste eines Servers (Dienstanbieter) + \begin{itemize} + \item {\bf D}enial {\bf o}f {\bf S}ervice Attacken (DoS)\\ + primitiv: "Uberlastung eines Serverdienstes durch hohe Anzahl von Anfragen + \item {\bf D}istributed {\bf DoS} (DDoS)\\ + cleverer: koordiniertes, verteiltes Anfragen des Dienstes (etwa durch W"urmer) + \item {\bf D}istributed {\bf R}eflected {\bf DoS} (DRDoS)\\ + ultimativ: Anfragen mit gef"alschter Absenderadresse eines regul"aren Dienstanbieters\\ + $\Rightarrow$ Antworten der Anfrage stellen DoS-Attacke dar\\ + $\Rightarrow$ fast nicht nachvollziehbar f"ur das Opfer + \end{itemize} +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Das Internet} + \framesubtitle{Gefahren im Internet} + Angriffe auf Dienste eines Servers (Dienstanbieter)\\ + \vspace{0.3cm} + {\bf B}uffer {\bf O}ver{\bf f}low Attacken (BOF)\\ + \begin{itemize} + \item Speicher"uberlauf durch Programmfehler\\ + (zu gro"se Datenmengen in daf"ur zu kleinen Speicherbereich) + \item Ausf"uhren von b"osen Maschinencode:\\ + "Uberschreiben der R"ucksprungadresse eines Unterprogramms mit Code + \end{itemize} + \vspace{0.2cm} + {\color{red} Abhilfe}: + \begin{itemize} + \item M\$ Server vermeiden (viele bekannte Exploits) + \item Nicht-PC-Hardware als Firewall\\ + (viele BOF-Implementationen auf x86 Architektur) + \item regelm"a"sige Updates der Server Programme + \end{itemize} +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Zusammenfassung} + \tableofcontents%[pausesections] +\end{frame} + +\begin{frame} + \frametitle{Danke f"ur die Aufmerksamkeit} + \begin{center} + {\color{red} Folien/Skript/Abbildungen}: {\small http://malinet.org/talks/modem/} \\ + \vspace{0.2cm} + (wie Ihr da hinkommt wisst Ihr ja nun ...) + \end{center} + \vspace{0.5cm} + \begin{center} + GET /fragen.txt HTTP/1.1 + \end{center} +\end{frame} + \end{document}