Rechnernetze (RN)

Belegbar Sommersemester, Wintersemester
ECTS-Punkte 10 (ca. 300 Stunden)
Fachgebiet Praktische Informatik

Ziel des Moduls

Für viele Menschen gehört die Benutzung des Internets heute zum Alltag. Sowohl im privaten als auch im beruflichen Umfeld ist die Kommunikation über E-Mail, das Recherchieren nach Informationen im Internet mit Hilfe der Suchmaschine Google, das Nachschlagen von Begriffen im elektronischen Lexikon Wikipedia, das Buchen von Hotels und Fahrkarten und die Abwicklung von Bankgeschäften über das Internet selbstverständlich. Wie bei anderen technischen Errungenschaften, die in den Alltag der Menschen Einzug gehalten haben, wissen aber nur wenige, was sich hinter den Kulissen abspielt.

Das Modul gibt Ihnen einen detaillierten Einblick in die Struktur und Arbeitsweise des Internets. Sie erfahren beispielsweise, wie das Internet aufgebaut ist, wie Rechner adressiert werden, wie Daten ihren Weg durch das Internet über viele Zwischenstationen zum Ziel finden, wie aus einem unzuverlässigen Kommunikationsdienst ein zuverlässiger Dienst wird, wie ein Ethernet-Switch und ein Router funktionieren, wie man im lokalen Bereich drahtlos über WLAN kommunizieren kann, was es mit einem DSL-Anschluss auf sich hat, wie Mobilfunknetze arbeiten, was beim Absenden und Abrufen von E-Mail vor sich geht, wie Web-Seiten aufgebaut sind und übertragen werden, und welche Vorkehrungen im Internet getroffen werden, um Audio und Video mit akzeptabler Qualität zu übertragen.

Im Modul liegt der Schwerpunkt auf den Aspekten, die im Internet durch Software realisiert sind und daher für Informatikerinnen und Informatiker von besonderem Interesse sind. Hardwarenahe Themen werden nur gestreift. Im Gegensatz zu den meisten Lehrbüchern über Rechnernetze nehmen aus diesem Grund Internet-Anwendungen einen weit größeren Teil des Lehrstoffs ein als allgemein üblich. Das Modul bietet aber keine Schulung für die Benutzung des Internets, sondern vermittelt, wie diese Anwendungen funktionieren.

Das Modul richtet sich vor allem an Personen,

  • die umfassendes Grundlagenwissen im Bereich der praktischen Informatik erwerben wollen,
  • die als Netzadministratoren Kenntnisse über Aufbau und Arbeitsweise von Rechnernetzen benötigen,
  • die selbst verteilte Anwendungen entwickeln wollen und dafür grundlegende Kenntnisse über das Internet benötigen.
Inhalt des Moduls
  • TCP/IP: Transport und Vermittlung im Internet
  • Lokale Netze
  • Fest- und Mobilfunknetze im Weitverkehrsbereich
  • Internet-Anwendungen I: Verschiedene Anwendungen
  • Internet-Anwendungen II: Webtechnologien
  • Internet-Anwendungen III: Peer-To-Peer-Systeme und Multimedia-Anwendungen
Inhalt im Detail

RN 1: TCP/IP: Transport und Vermittlung im Internet

  • Das Internet: Struktur; Nutzungsmöglichkeiten; Geschichte; Organisation
  • Die TCP/IP-Protokollfamilie: Unterteilung der Kommunikationsaufgaben in Schichten; TCP/IP-Protokollfamilie
  • Das verbindungslose Vermittlungsprotokoll IP: IP-Adressen; Unterteilung von IP-Netzen in IP-Teilnetze; Prinzip der verbindungslosen Vermittlung von IP; IP-Multicast und IGMP-Protokoll; ICMP-Protokoll; Adressenabbildung und klassenloses Weiterleiten von IP-Paketen; IP Version 6 - ein neues IP-Protokoll
  • Die Transportprotokolle UDP und TCP: Verbindungsloses Transportprotokoll UDP; Verbindungsorientiertes Transportprotokoll TCP; Implementierung von TCP; Adressen- und Portabbildung

RN 2: Lokale Netze

  • Von ALOHA zu High-Speed-Ethernets
  • Das Übertragungsmedium: Netztopologien; Typen von Übertragungsmedien; Normen; Strukturierte Verkabelungssysteme        
  • LAN-Standards und -protokolle: Einordnung lokaler Netze; Medienzugriffsverfahren CSMA/CD; MAC-Adressierung und Aufbau der Ethernet-Rahmen; Ethernet-Bitübertragungsschicht; Geschwindigkeit im LAN
  • Switching-Technologie: Brücken; Aufbau und Funktion der Switches, Virtuelle LANs; Weitere Switching-Konzepte        
  • IP über Ethernet: Adress Resolution Protocol (ARP); Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP)

RN 3: Fest- und Mobilfunknetze im Weitverkehrsbereich

  • Übertragungsmedien für Weitverkehrsnetze: Kupfer, Glas oder Funk; Festnetze und Mobilfunknetze; Dienste und Netze
  • Übersicht über die wichtigsten Festnetze: Vermittlungsprinzipien; Das Fernsprechnetz; ISDN; X.25; Frame-Relay; ATM; Gegenüberstellung wichtiger Netztechnologien
  • Das Fernsprechnetz: Technische Grundlagen; Nutzung des Telefonnetzes zur Datenübertragung; IP über das analoge Telefonnetz mit SLIP und PPP
  • ISDN: Kommunikationsdienste; Realisierung der Zugänge; Signalisierung; Internetzugang; Breitband-ISDN
  • Frame-Relay: Prinzipien; Netzknoten und Zugangstechniken; IP über Frame-Relay
  • ATM: Prinzipien; Dienstekategorien und Dienstegüte; ATM-Adaption
  • MPLS: ATM und Internet; Prinzipien; Adressierung der MPLS-Datenpakete
  • DSL: Weitverkehr und Netzzugang; Überblick über die xDSL-Varianten; ADSL; VDSL
  • Übersicht über die wichtigsten Mobilfunknetze: Funknetze und Mobilfunknetze; Funktechnische Grundlagen; Mobilitätsunterstützung; Wichtige Mobilfunknetze
  • GSM: Technische Aspekte des GSM-Standards; Leitungsvermittelte/Paketorientierte Datenkommunikationsdienste
  • UMTS: Entwicklung; Funkschnittstelle; HSPA
  • WiMAX: Entwicklung und technische Parameter; WiMAX "fixed" im Vergleich zu WLAN; WiMAX "mobile" im Vergleich zu UMTS
  • Mobile Anwendungen und Protokolle: E-Mail und SMS; WAP

RN 4: Internet-Anwendungen I

  • Der Namensdienst DNS: Prinzip und Bedeutung eines Namensdiensts; Prinzip des Internet-Namensdiensts DNS; Informationsgehalt eines DNS-Servers; Inhalt einer DNS Anfrage und einer DNS-Antwort
  • Berechung der Wegewahltabellen: Klassifikation der Berechnungsverfahren; Distanzvektorverfahren; Leitungszustandsverfahren; Autonome Systeme; Interne und externe Wegewahlprotokolle; Wegewahlprotokolle für Multicast
  • Administrative Internet-Anwendungen: Netzmanagement; Der Verzeichnisdienst LDAP
  • Klassische Internet-Anwendungen: Elektronische Post; Fernbedienung von Rechnern; Dateitransfer und verteilte Dateisysteme
  • Cloud Computing: Einführung in das Thema; Merkmale, Dienst- und Nutzungsmodelle
  • Sicherheit im Internet: Bedrohte Sicherheitsziele; Firewalls; Verschlüsselung und digitale Unterschriften

RN 5: Internet-Anwendungen II

  • Einführung in das World Wide Web (WWW)
  • Transport und Adressierung von Ressourcen im Web: Uniform Resource Identifier URI; Hypertext Transfer Protocol (HTTP)
  • HTML: Grunlagen; Hypertext Markup Language (HTML)
  • Cascading Stylesheets: Motivation; Grundlagen
  • JavaScript: Integration in HTML-Seiten, Sprachkonzepte; Anwendungsbeispiele
  • PHP: Ausführen von PHP-Anweisungen; Sprachkonzepte; ein Anwendungsbeispiel

RN 6: Internet-Anwendungen III

  • Peer-To-Peer-Systeme: Was sind Peer-to-Peer-Systeme?; Napster; Gnutella; CAN; Chord; Pastry und Tapestry; Weitere Peer-to-Peer-Systeme
  • Multimedia-Anwendungen: Definition und Problematik der Multimedia-Kommunikation; Signalisierung mit SIP; Codierung von Audio- und Videodaten; Das RTP-Protokoll und die Pufferung von Audio-Video-Daten; Ressourcenreservierung im Internet

RN 7: Präsenzpraktikum

  • Entscheidende Abläufe in Rechnernetzen (VLANs, TCP, RIP, Peer-to-Peer-Systeme)
  • Administration und Analyse von Netzen (Ping, Tracert, Ipconfig, Netzmanagement, Wirshark, DNS, Firewalls, Voice Over IP)
  • Erstellung dynamischer Webseiten

Im Einzelnen:
TCP/IP-Netzadministration; Simulation und Visualisierung der Kommunikation in VLANs; Simulation und Visualisierung von TCP und RIP; Analyse des Netzverkehrs mit Hilfe von Wireshark; DNS; Network-Management mit SNMP; Elektronische Post und WWW über Telnet; Dynamische Web-Seiten; Firewalls; Peer-to-Peer-Systeme; VoIP

Autorinnen und Autoren

Dipl. Inform. Martina Kannen, Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, St. Augustin

Prof. Dr. Martin Leischner, Hochschule Bonn-Rhein-Sieg, St. Augustin

Prof. Dr. Rainer Oechsle, Hochschule Trier

Prof. Dr. Martin Pollakowski, Westfälische Hochschule, Gelsenkirchen

Prof. Dr. Georg Schneider, Hochschule Trier

Umfang des Moduls
  • 6 Lehrhefte mit Übungsaufgaben
  • Präsenzpraktikum (1 Woche)
Empfohlene Vorkenntnisse

Keine speziellen Vorkenntnisse nötig

Herausgeber

Prof. Dr. Klaus Lang
Technische Hochschule Bingen

Kursdauer
1 Semester

Kosten
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Abschluss
Das Modul ist verwendbar für die Abschlüsse: