Rechnernetze

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.

Ihr Begleiter für Vorlesung, Tutorium und Praxis

Materialien zum Buch ... 25Geleitwort des Fachgutachters ... 271. Netzwerke im Überblick ... 291.1 ... Schichten ... 291.2 ... Datenrate, Durchsatz und Bandbreite ... 301.3 ... Pakete ... 311.4 ... Datagrammweiterleitung ... 331.5 ... Topologie ... 371.6 ... Routing-Schleifen ... 381.7 ... Überlast ... 401.8 ... Mehr über Pakete ... 411.9 ... LANs und Ethernet ... 421.10 ... IP -- Internet Protocol ... 451.11 ... DNS ... 541.12 ... Transport ... 551.13 ... Firewalls ... 611.14 ... Einige nützliche Dienstprogramme ... 631.15 ... IETF und OSI ... 651.16 ... Berkeley Unix ... 691.17 ... Epilog ... 701.18 ... Übungen ... 702. Ethernet-Grundlagen ... 752.1 ... Klassisches 10-Mbit/s-Ethernet ... 762.2 ... 100 Mbit/s (Fast) Ethernet ... 932.3 ... Gigabit-Ethernet ... 952.4 ... Ethernet-Switches ... 962.5 ... Epilog ... 1012.6 ... Übungen ... 1023. Weiterführende Ethernet-Themen ... 1073.1 ... Spanning-Tree-Algorithmus und Redundanz ... 1083.2 ... Virtuelles LAN (VLAN) ... 1143.3 ... TRILL und SPB ... 1193.4 ... Software-Defined Networking ... 1223.5 ... Epilog ... 1323.6 ... Übungen ... 1324. Drahtlose LANs ... 1374.1 ... Abenteuer im Funkland ... 1374.2 ... Wi-Fi ... 1434.3 ... WiMAX und LTE ... 1824.4 ... Ortsfeste Drahtlosnetzwerke ... 1884.5 ... Epilog ... 1904.6 ... Übungen ... 1915. Sonstige LAN-Technologien ... 1955.1 ... Virtuelle private Netzwerke ... 1955.2 ... Carrier-Ethernet ... 1975.3 ... Token Ring ... 1985.4 ... Virtuelle Verbindungen ... 2005.5 ... Asynchronous Transfer Mode: ATM ... 2045.6 ... Epilog ... 2085.7 ... Übungen ... 2086. Verbindungen ... 2136.1 ... Kodierung und Frames ... 2136.2 ... Zeitmultiplexverfahren ... 2206.3 ... Epilog ... 2276.4 ... Übungen ... 2277. Pakete ... 2297.1 ... Paketverzögerung ... 2297.2 ... Schwankungen der Paketverzögerung ... 2337.3 ... Paketgröße ... 2347.4 ... Fehlererkennung ... 2377.5 ... Epilog ... 2457.6 ... Übungen ... 2458. Sliding Windows ... 2518.1 ... Zuverlässige Datenübertragung: Stop-and-Wait ... 2518.2 ... Die Sliding-Windows-Strategie ... 2568.3 ... Lineare Flaschenhälse ... 2618.4 ... Epilog ... 2718.5 ... Übungen ... 2719. IP Version 4 ... 2779.1 ... Der IPv4-Header ... 2799.2 ... Schnittstellen ... 2829.3 ... Spezielle Adressen ... 2849.4 ... Fragmentierung ... 2879.5 ... Der klassenlose IP-Delivery-Algorithmus ... 2909.6 ... IPv4-Subnetze ... 2949.7 ... Netzwerkadressübersetzung ... 3029.8 ... Unnummerierte Schnittstellen ... 3099.9 ... Mobile IP ... 3119.10 ... Epilog ... 3139.11 ... Übungen ... 31310. IPv4-Begleitprotokolle ... 31710.1 ... DNS ... 31710.2 ... Address Resolution Protocol: ARP ... 33610.3 ... Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) ... 34110.4 ... Internet Control Message Protocol ... 34310.5 ... Epilog ... 34910.6 ... Übungen ... 34911. IPv6 ... 35111.1 ... Der IPv6-Header ... 35211.2 ... IPv6-Adressen ... 35311.3 ... Netzwerkpräfixe ... 35811.4 ... IPv6-Multicast ... 35911.5 ... IPv6-Erweiterungsheader ... 36011.6 ... Nachbarschaftserkennung (Neighbor Discovery) ... 36411.7 ... Zuweisung von IPv6-Hostadressen ... 37111.8 ... Epilog ... 37811.9 ... Übungen ... 37812. Weitere IPv6-Funktionen ... 38112.1 ... Weltweit sichtbare Adressen ... 38112.2 ... ICMPv6 ... 38212.3 ... IPv6-Subnetze ... 38412.4 ... IPv6 und IPv4 gemeinsam benutzen ... 38612.5 ... IPv6-Beispiele ohne Router ... 39212.6 ... IPv6-Konnektivität über Tunneling ... 39512.7 ... Konnektivität von IPv6 nach IPv4 ... 40012.8 ... Epilog ... 40212.9 ... Übungen ... 40213. Routing-Update-Algorithmen ... 40513.1 ... Distanzvektor-Routing-Update-Algorithmus ... 40613.2 ... Langsames Konvergenzproblem bei Distanzvektoren ... 41313.3 ... Minimierung der Streckenkosten ... 41513.4 ... Schleifenfreie Distanzvektor-Algorithmen ... 41813.5 ... Link-State-Routing-Update-Algorithmus ... 42713.6 ... Routing nach anderen Attributen ... 43213.7 ... ECMP ... 43413.8 ... Epilog ... 43513.9 ... Übungen ... 43614. IP-Routing im großen Maßstab ... 44514.1 ... Classless Internet Domain Routing: CIDR ... 44614.2 ... Hierarchisches Routing ... 44914.3 ... Routing in früherer Zeit ... 45014.4 ... Providerbasiertes Routing ... 45114.5 ... Geografisches Routing ... 45814.6 ... Epilog ... 45914.7 ... Übungen ... 45915. Border Gateway Protocol (BGP) ... 46515.1 ... AS-Pfade ... 46715.2 ... AS-Pfade und Routenaggregation ... 46915.3 ... Transit-Traffic ... 47115.4 ... BGP-Filterung und Routing-Policies ... 47115.5 ... BGP-Tabellengröße ... 47415.6 ... BGP-Pfadattribute ... 47515.7 ... BGP und Traffic-Engineering ... 48015.8 ... BGP und Anycast ... 48415.9 ... BGP für internes Routing ... 48515.10 ... BGP-Beziehungen ... 48615.11 ... Beispiele für BGP-Instabilität ... 49215.12 ... BGP-Sicherheit und Route Registrys ... 49415.13 ... Epilog ... 50015.14 ... Übungen ... 50016. UDP-Übertragung ... 50316.1 ... User Datagram Protocol -- UDP ... 50316.2 ... Trivial File Transport Protocol, TFTP ... 52016.3 ... Grundlegende Übertragungsprobleme ... 52316.4 ... Weitere Anmerkungen zu TFTP ... 53116.5 ... Remote Procedure Call (RPC) ... 53416.6 ... Epilog ... 53916.7 ... Übungen ... 53917. Grundlagen des TCP-Transports ... 54517.1 ... Das Ende-zu-Ende-Prinzip ... 54717.2 ... TCP-Header ... 54717.3 ... Aufbau einer TCP-Verbindung ... 54917.4 ... TCP und WireShark ... 55517.5 ... TCP-Offloading ... 55717.6 ... TCP-Simplex-Talk ... 55817.7 ... TCP und bind() ... 56317.8 ... TCP-Zustandsdiagramm ... 56517.9 ... Epilog ... 57217.10 ... Übungen ... 57218. TCP -- Probleme und Alternativen ... 57718.1 ... Alte Duplikate bei TCP ... 57718.2 ... TIMEWAIT ... 57818.3 ... Der dreifache Handshake -- erneut betrachtet ... 58018.4 ... Anomale TCP-Szenarien ... 58318.5 ... Schnelleres Öffnen von TCP-Verbindungen ... 58418.6 ... Path MTU Discovery ... 58718.7 ... Sliding Windows bei TCP ... 58718.8 ... Verzögerte ACKs bei TCP ... 58818.9 ... Nagle-Algorithmus ... 58918.10 ... Flusssteuerung bei TCP ... 59018.11 ... Silly-Window-Syndrom ... 59118.12 ... Zeitüberschreitung und Neuübertragung bei TCP ... 59218.13 ... KeepAlive ... 59418.14 ... TCP-Timer ... 59418.15 ... Varianten und Alternativen ... 59518.16 ... Epilog ... 60818.17 ... Übungen ... 60819. TCP Reno und Überlastmanagement ... 61119.1 ... Grundlagen des TCP-Überlastmanagements ... 61219.2 ... Slow Start ... 61819.3 ... TCP Tahoe und Fast-Retransmit ... 62419.4 ... TCP Reno und Fast-Recovery ... 62619.5 ... TCP NewReno ... 63019.6 ... Selektive Bestätigungen (SACK) ... 63219.7 ... TCP und Auslastung der Flaschenhalsverbindung ... 63319.8 ... Verluste einzelner Pakete ... 63819.9 ... Annahmen zu TCP und Skalierbarkeit ... 63919.10 ... TCP-Parameter ... 64019.11 ... Epilog ... 64119.12 ... Übungen ... 64120. TCP-Dynamik ... 64720.1 ... Ein erster Blick auf das Queuing ... 64720.2 ... Flaschenhalsverbindungen mit konkurrierendem Datenverkehr ... 64920.3 ... TCP Reno -- Fairness mit synchronisierten Verlusten ... 65920.4 ... Epilog ... 66920.5 ... Übungen ... 66921. Weitere TCP-Dynamiken ... 67521.1 ... Begriffe der Fairness ... 67521.2 ... TCP-Reno-Verlustrate und cwnd ... 67721.3 ... TCP-Freundlichkeit ... 68021.4 ... Noch einmal AIMD ... 68421.5 ... Aktives Warteschlangenmanagement ... 68621.6 ... Das TCP-Problem der hohen Bandbreiten ... 69421.7 ... Das Problem der verlustbehafteten Verbindungen ... 69621.8 ... Das Problem der Satelliten-TCP-Verbindungen ... 69721.9 ... Epilog ... 69721.10 ... Übungen ... 69822. Queuing und Scheduling ... 70522.1 ... Queuing und Echtzeitdatenverkehr ... 70622.2 ... Traffic-Management ... 70722.3 ... Priority Queuing ... 70822.4 ... Warteschlangenverfahren ... 70822.5 ... Fair Queuing ... 71022.6 ... Anwendungen von Fair Queuing ... 73022.7 ... Hierarchisches Queuing ... 73322.8 ... Hierarchical Weighted Fair Queuing ... 73722.9 ... Epilog ... 74422.10 ... Übungen ... 74523. Token-Bucket ... 74923.1 ... Token-Bucket -- Definition ... 75023.2 ... Token-Bucket -- Beispiele ... 75323.3 ... Mehrere Token-Buckets ... 75423.4 ... GCRA ... 75523.5 ... Gewährleistung der VoIP-Bandbreite ... 75723.6 ... Verzögerung begrenzen ... 75823.7 ... Token-Bucket durch einen Router ... 76023.8 ... Token-Bucket durch mehrere Router ... 76123.9 ... Verzögerungsbedingungen ... 76223.10 ... CBQ ... 76523.11 ... Linux HTB ... 76523.12 ... Parekh-Gallager Theorem ... 76723.13 ... Epilog ... 76823.14 ... Übungen ... 76824. Quality of Service ... 77324.1 ... Netzneutralität ... 77524.2 ... Wo die wilden Warteschlangen wohnen ... 77524.3 ... Echtzeit-Datenverkehr ... 77624.4 ... Integrated Services/RSVP ... 78024.5 ... Globales IP-Multicast ... 78124.6 ... RSVP ... 78824.7 ... Differentiated Services ... 79424.8 ... RED with In and Out ... 80124.9 ... NSIS ... 80124.10 ... Comcast-System zu Überlaststeuerung ... 80224.11 ... Real-time Transport Protocol (RTP) ... 80424.12 ... Multi-Protocol Label Switching (MPLS) ... 81024.13 ... Epilog ... 81424.14 ... Übungen ... 81425. Netzwerkverwaltung und SNMP ... 81725.1 ... Netzwerkarchitektur ... 82025.2 ... SNMP-Grundlagen ... 82025.3 ... Namen und OIDs unter SNMP ... 82325.4 ... MIBs ... 82525.5 ... SNMPv1-Datentypen ... 82725.6 ... ASN.1-Syntax und SNMP ... 82825.7 ... SNMP-Tabellen ... 82925.8 ... SNMP-Operationen ... 83525.9 ... MIB-Browsing ... 84125.10 ... MIB-2 ... 84225.11 ... SNMPv1-Communitys und -Sicherheit ... 85325.12 ... SNMP und die ASN.1-Kodierung ... 85525.13 ... Übungen ... 85926. Die SNMP-Versionen 2 und 3 ... 86326.1 ... SNMPv2 ... 86326.2 ... Erstellung von Tabellenzeilen ... 87926.3 ... SNMPv3 ... 89026.4 ... Übungen ... 90527. Sicherheit ... 90727.1 ... Einbruch mit Ausführung von Code ... 90927.2 ... Stapelüberlauf ... 91127.3 ... Heap-Überlauf ... 92327.4 ... Network Intrusion Detection ... 93027.5 ... Ziele der Kryptografie ... 93227.6 ... Sichere Hashes ... 93427.7 ... Verschlüsselung mit gemeinsamem Schlüssel ... 94027.8 ... Diffie-Hellman-Merkle-Schlüsselaustausch ... 95427.9 ... Übungen ... 95928. Verschlüsselung mit öffentlichem Schlüssel ... 96328.1 ... RSA ... 96328.2 ... Vorwärts gerichtete Geheimhaltung ... 96728.3 ... Vertrauen und der Mann in der Mitte ... 96928.4 ... Ende-zu-Ende-Verschlüsselung ... 97028.5 ... SSH und TLS ... 97128.6 ... IPsec ... 99828.7 ... DNSSEC ... 100228.8 ... Beispiele mit RSA-Schlüssel ... 101628.9 ... Übungen ... 1020Bibliografie ... 1023Index ... 1033