Dordal Rechnernetze

Das umfassende Lehrbuch
1. Auflage 2022
ISBN: 978-3-8362-9096-8
Verlag: Rheinwerk
Format: EPUB
Kopierschutz: 0 - No protection

E-Book, Deutsch, 1045 Seiten

Reihe: Rheinwerk Computing

Wie Daten zwischen Rechnern ausgetauscht werden, ist absolutes Grundlagenwissen im Informatikstudium: Das OSI-Modell und die Grundlagen der paketbasierten Kommunikation müssen Sie kennen, wenn Sie professionell mit Computern arbeiten. Dazu finden Sie in diesem umfassenden Lehrbuch den vollständigen Überblick über moderne Netzwerkthemen: Von der technischen Umsetzung über Algorithmen und Protokolle bis zur Planung und Konzeption von Netzwerkarchitekturen.

Aus dem Inhalt:

• Netzwerke im Überblick
• Ethernet und WLAN
• Packete, Verbindungen und Routing
• Routing-Algorithmen und Large Scale IP-Routing
• Border Gateway Protocol (BGP)
• IPv4 und IPv6 und Ihre Begleiter: DNS, ARP, DHCP, SLAAC
• Transportprotokolle: UDP und TCP
• Queuing und Scheduling
• Quality of Service
• Netzwerkmanagement mit SNMP
• Sicherheit und praktische Anwendung

Autoren/Hrsg.

Dordal, Peter

Inhaltsverzeichnis

Materialien zum Buch ... 25  Geleitwort des Fachgutachters ... 27  1.  Netzwerke im Überblick ... 29  1.1 ... Schichten ... 29  1.2 ... Datenrate, Durchsatz und Bandbreite ... 30  1.3 ... Pakete ... 31  1.4 ... Datagrammweiterleitung ... 33  1.5 ... Topologie ... 37  1.6 ... Routing-Schleifen ... 38  1.7 ... Überlast ... 40  1.8 ... Mehr über Pakete ... 41  1.9 ... LANs und Ethernet ... 42  1.10 ... IP -- Internet Protocol ... 45  1.11 ... DNS ... 54  1.12 ... Transport ... 55  1.13 ... Firewalls ... 61  1.14 ... Einige nützliche Dienstprogramme ... 63  1.15 ... IETF und OSI ... 65  1.16 ... Berkeley Unix ... 69  1.17 ... Epilog ... 70  1.18 ... Übungen ... 70  2.  Ethernet-Grundlagen ... 75  2.1 ... Klassisches 10-Mbit/s-Ethernet ... 76  2.2 ... 100 Mbit/s (Fast) Ethernet ... 93  2.3 ... Gigabit-Ethernet ... 95  2.4 ... Ethernet-Switches ... 96  2.5 ... Epilog ... 101  2.6 ... Übungen ... 102  3.  Weiterführende Ethernet-Themen ... 107  3.1 ... Spanning-Tree-Algorithmus und Redundanz ... 108  3.2 ... Virtuelles LAN (VLAN) ... 114  3.3 ... TRILL und SPB ... 119  3.4 ... Software-Defined Networking ... 122  3.5 ... Epilog ... 132  3.6 ... Übungen ... 132  4.  Drahtlose LANs ... 137  4.1 ... Abenteuer im Funkland ... 137  4.2 ... Wi-Fi ... 143  4.3 ... WiMAX und LTE ... 182  4.4 ... Ortsfeste Drahtlosnetzwerke ... 188  4.5 ... Epilog ... 190  4.6 ... Übungen ... 191  5.  Sonstige LAN-Technologien ... 195  5.1 ... Virtuelle private Netzwerke ... 195  5.2 ... Carrier-Ethernet ... 197  5.3 ... Token Ring ... 198  5.4 ... Virtuelle Verbindungen ... 200  5.5 ... Asynchronous Transfer Mode: ATM ... 204  5.6 ... Epilog ... 208  5.7 ... Übungen ... 208  6.  Verbindungen ... 213  6.1 ... Kodierung und Frames ... 213  6.2 ... Zeitmultiplexverfahren ... 220  6.3 ... Epilog ... 227  6.4 ... Übungen ... 227  7.  Pakete ... 229  7.1 ... Paketverzögerung ... 229  7.2 ... Schwankungen der Paketverzögerung ... 233  7.3 ... Paketgröße ... 234  7.4 ... Fehlererkennung ... 237  7.5 ... Epilog ... 245  7.6 ... Übungen ... 245  8.  Sliding Windows ... 251  8.1 ... Zuverlässige Datenübertragung: Stop-and-Wait ... 251  8.2 ... Die Sliding-Windows-Strategie ... 256  8.3 ... Lineare Flaschenhälse ... 261  8.4 ... Epilog ... 271  8.5 ... Übungen ... 271  9.  IP Version 4 ... 277  9.1 ... Der IPv4-Header ... 279  9.2 ... Schnittstellen ... 282  9.3 ... Spezielle Adressen ... 284  9.4 ... Fragmentierung ... 287  9.5 ... Der klassenlose IP-Delivery-Algorithmus ... 290  9.6 ... IPv4-Subnetze ... 294  9.7 ... Netzwerkadressübersetzung ... 302  9.8 ... Unnummerierte Schnittstellen ... 309  9.9 ... Mobile IP ... 311  9.10 ... Epilog ... 313  9.11 ... Übungen ... 313

10.  IPv4-Begleitprotokolle ... 317  10.1 ... DNS ... 317  10.2 ... Address Resolution Protocol: ARP ... 336  10.3 ... Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) ... 341  10.4 ... Internet Control Message Protocol ... 343  10.5 ... Epilog ... 349  10.6 ... Übungen ... 349

11.  IPv6 ... 351  11.1 ... Der IPv6-Header ... 352  11.2 ... IPv6-Adressen ... 353  11.3 ... Netzwerkpräfixe ... 358  11.4 ... IPv6-Multicast ... 359  11.5 ... IPv6-Erweiterungsheader ... 360  11.6 ... Nachbarschaftserkennung (Neighbor Discovery) ... 364  11.7 ... Zuweisung von IPv6-Hostadressen ... 371  11.8 ... Epilog ... 378  11.9 ... Übungen ... 378

12.  Weitere IPv6-Funktionen ... 381  12.1 ... Weltweit sichtbare Adressen ... 381  12.2 ... ICMPv6 ... 382  12.3 ... IPv6-Subnetze ... 384  12.4 ... IPv6 und IPv4 gemeinsam benutzen ... 386  12.5 ... IPv6-Beispiele ohne Router ... 392  12.6 ... IPv6-Konnektivität über Tunneling ... 395  12.7 ... Konnektivität von IPv6 nach IPv4 ... 400  12.8 ... Epilog ... 402  12.9 ... Übungen ... 402

13.  Routing-Update-Algorithmen ... 405  13.1 ... Distanzvektor-Routing-Update-Algorithmus ... 406  13.2 ... Langsames Konvergenzproblem bei Distanzvektoren ... 413  13.3 ... Minimierung der Streckenkosten ... 415  13.4 ... Schleifenfreie Distanzvektor-Algorithmen ... 418  13.5 ... Link-State-Routing-Update-Algorithmus ... 427  13.6 ... Routing nach anderen Attributen ... 432  13.7 ... ECMP ... 434  13.8 ... Epilog ... 435  13.9 ... Übungen ... 436

14.  IP-Routing im großen Maßstab ... 445  14.1 ... Classless Internet Domain Routing: CIDR ... 446  14.2 ... Hierarchisches Routing ... 449  14.3 ... Routing in früherer Zeit ... 450  14.4 ... Providerbasiertes Routing ... 451  14.5 ... Geografisches Routing ... 458  14.6 ... Epilog ... 459  14.7 ... Übungen ... 459

15.  Border Gateway Protocol (BGP) ... 465  15.1 ... AS-Pfade ... 467  15.2 ... AS-Pfade und Routenaggregation ... 469  15.3 ... Transit-Traffic ... 471  15.4 ... BGP-Filterung und Routing-Policies ... 471  15.5 ... BGP-Tabellengröße ... 474  15.6 ... BGP-Pfadattribute ... 475  15.7 ... BGP und Traffic-Engineering ... 480  15.8 ... BGP und Anycast ... 484  15.9 ... BGP für internes Routing ... 485  15.10 ... BGP-Beziehungen ... 486  15.11 ... Beispiele für BGP-Instabilität ... 492  15.12 ... BGP-Sicherheit und Route Registrys ... 494  15.13 ... Epilog ... 500  15.14 ... Übungen ... 500

16.  UDP-Übertragung ... 503  16.1 ... User Datagram Protocol -- UDP ... 503  16.2 ... Trivial File Transport Protocol, TFTP ... 520  16.3 ... Grundlegende Übertragungsprobleme ... 523  16.4 ... Weitere Anmerkungen zu TFTP ... 531  16.5 ... Remote Procedure Call (RPC) ... 534  16.6 ... Epilog ... 539  16.7 ... Übungen ... 539

17.  Grundlagen des TCP-Transports ... 545  17.1 ... Das Ende-zu-Ende-Prinzip ... 547  17.2 ... TCP-Header ... 547  17.3 ... Aufbau einer TCP-Verbindung ... 549  17.4 ... TCP und WireShark ... 555  17.5 ... TCP-Offloading ... 557  17.6 ... TCP-Simplex-Talk ... 558  17.7 ... TCP und bind() ... 563  17.8 ... TCP-Zustandsdiagramm ... 565  17.9 ... Epilog ... 572  17.10 ... Übungen ... 572

18.  TCP -- Probleme und Alternativen ... 577  18.1 ... Alte Duplikate bei TCP ... 577  18.2 ... TIMEWAIT ... 578  18.3 ... Der dreifache Handshake -- erneut betrachtet ... 580  18.4 ... Anomale TCP-Szenarien ... 583  18.5 ... Schnelleres Öffnen von TCP-Verbindungen ... 584  18.6 ... Path MTU Discovery ... 587  18.7 ... Sliding Windows bei TCP ... 587  18.8 ... Verzögerte ACKs bei TCP ... 588  18.9 ... Nagle-Algorithmus ... 589  18.10 ... Flusssteuerung bei TCP ... 590  18.11 ... Silly-Window-Syndrom ... 591  18.12 ... Zeitüberschreitung und Neuübertragung bei TCP ... 592  18.13 ... KeepAlive ... 594  18.14 ... TCP-Timer ... 594  18.15 ... Varianten und Alternativen ... 595  18.16 ... Epilog ... 608  18.17 ... Übungen ... 608

19.  TCP Reno und Überlastmanagement ... 611  19.1 ... Grundlagen des TCP-Überlastmanagements ... 612  19.2 ... Slow Start ... 618  19.3 ... TCP Tahoe und Fast-Retransmit ... 624  19.4 ... TCP Reno und Fast-Recovery ... 626  19.5 ... TCP NewReno ... 630  19.6 ... Selektive Bestätigungen (SACK) ... 632  19.7 ... TCP und Auslastung der Flaschenhalsverbindung ... 633  19.8 ... Verluste einzelner Pakete ... 638  19.9 ... Annahmen zu TCP und Skalierbarkeit ... 639  19.10 ... TCP-Parameter ... 640  19.11 ... Epilog ... 641  19.12 ... Übungen ... 641

20.  TCP-Dynamik ... 647  20.1 ... Ein erster Blick auf das Queuing ... 647  20.2 ... Flaschenhalsverbindungen mit konkurrierendem Datenverkehr ... 649  20.3 ... TCP Reno -- Fairness mit synchronisierten Verlusten ... 659  20.4 ... Epilog ... 669  20.5 ... Übungen ... 669

21.  Weitere TCP-Dynamiken ... 675  21.1 ... Begriffe der Fairness ... 675  21.2 ... TCP-Reno-Verlustrate und cwnd ... 677  21.3 ... TCP-Freundlichkeit ... 680  21.4 ... Noch einmal AIMD ... 684  21.5 ... Aktives Warteschlangenmanagement ... 686  21.6 ... Das TCP-Problem der hohen Bandbreiten ... 694  21.7 ... Das Problem der verlustbehafteten Verbindungen ... 696  21.8 ... Das Problem der Satelliten-TCP-Verbindungen ... 697  21.9 ... Epilog ... 697  21.10 ... Übungen ... 698

22.  Queuing und Scheduling ... 705  22.1 ... Queuing und Echtzeitdatenverkehr ... 706  22.2 ... Traffic-Management ... 707  22.3 ... Priority Queuing ... 708  22.4 ... Warteschlangenverfahren ... 708  22.5 ... Fair Queuing ... 710  22.6 ... Anwendungen von Fair Queuing ... 730  22.7 ... Hierarchisches Queuing ... 733  22.8 ... Hierarchical Weighted Fair Queuing ... 737  22.9 ... Epilog ... 744  22.10 ... Übungen ... 745

23.  Token-Bucket ... 749  23.1 ... Token-Bucket -- Definition ... 750  23.2 ... Token-Bucket -- Beispiele ... 753  23.3 ... Mehrere Token-Buckets ... 754  23.4 ... GCRA ... 755  23.5 ... Gewährleistung der VoIP-Bandbreite ... 757  23.6 ... Verzögerung begrenzen ... 758  23.7 ... Token-Bucket durch einen Router ... 760  23.8 ... Token-Bucket durch mehrere Router ... 761  23.9 ... Verzögerungsbedingungen ... 762  23.10 ... CBQ ... 765  23.11 ... Linux HTB ... 765  23.12 ... Parekh-Gallager Theorem ... 767  23.13 ... Epilog ... 768  23.14 ... Übungen ... 768

24.  Quality of Service ... 773  24.1 ... Netzneutralität ... 775  24.2 ... Wo die wilden Warteschlangen wohnen ... 775  24.3 ... Echtzeit-Datenverkehr ... 776  24.4 ... Integrated Services/RSVP ... 780  24.5 ... Globales IP-Multicast ... 781  24.6 ... RSVP ... 788  24.7 ... Differentiated Services ... 794  24.8 ... RED with In and Out ... 801  24.9 ... NSIS ... 801  24.10 ... Comcast-System zu Überlaststeuerung ... 802  24.11 ... Real-time Transport Protocol (RTP) ... 804  24.12 ... Multi-Protocol Label Switching (MPLS) ... 810  24.13 ... Epilog ... 814  24.14 ... Übungen ... 814

25.  Netzwerkverwaltung und SNMP ... 817  25.1 ... Netzwerkarchitektur ... 820  25.2 ... SNMP-Grundlagen ... 820  25.3 ... Namen und OIDs unter SNMP ... 823  25.4 ... MIBs ... 825  25.5 ... SNMPv1-Datentypen ... 827  25.6 ... ASN.1-Syntax und SNMP ... 828  25.7 ... SNMP-Tabellen ... 829  25.8 ... SNMP-Operationen ... 835  25.9 ... MIB-Browsing ... 841  25.10 ... MIB-2 ... 842  25.11 ... SNMPv1-Communitys und -Sicherheit ... 853  25.12 ... SNMP und die ASN.1-Kodierung ... 855  25.13 ... Übungen ... 859

26.  Die SNMP-Versionen 2 und 3 ... 863  26.1 ... SNMPv2 ... 863  26.2 ... Erstellung von Tabellenzeilen ... 879  26.3 ... SNMPv3 ... 890  26.4 ... Übungen ... 905

27.  Sicherheit ... 907  27.1 ... Einbruch mit Ausführung von Code ... 909  27.2 ... Stapelüberlauf ... 911  27.3 ... Heap-Überlauf ... 923  27.4 ... Network Intrusion Detection ... 930  27.5 ... Ziele der Kryptografie ... 932  27.6 ... Sichere Hashes ... 934  27.7 ... Verschlüsselung mit gemeinsamem Schlüssel ... 940  27.8 ... Diffie-Hellman-Merkle-Schlüsselaustausch ... 954  27.9 ... Übungen ... 959

28.  Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel ... 963  28.1 ... RSA ... 963  28.2 ... Vorwärts gerichtete Geheimhaltung ... 967  28.3 ... Vertrauen und der Mann in der Mitte ... 969  28.4 ... Ende-zu-Ende-Verschlüsselung ... 970  28.5 ... SSH und TLS ... 971  28.6 ... IPsec ... 998  28.7 ... DNSSEC ... 1002  28.8 ... Beispiele mit RSA-Schlüssel ... 1016  28.9 ... Übungen ... 1020  Bibliografie ... 1023  Index ... 1033