Wirtschaftsinformatik (Bachelor-Studiengang): Grundlagen der WI (1. Semester)
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WU / CM, Kurs vom 01.04.2002 - 30.09.2002
- Grundbegriffe der (Daten-)Kommunikation
- Datenübertragung
- Rechnernetze
- Verteilte Systeme (Client/Server-Architekturen)
- Kommunikationsnetze und -dienste
- Internet / Intranet
Grundbegriffe der (Daten-)Kommunikation
Kommunikation:
Austausch von Informationen (Übertragung von Daten) zum Zwecke eines optimalen Handelns im Hinblick auf gegebene Ziele.
Datenübertragung:
Transport von Daten zwischen räumlich voneinander entfernten Geräten (Datenstationen) unter Benutzung von Datenübertragungswegen und Übertragungsverfahren.
Protokoll:
Sämtliche Vereinbarungen und Regeln, die zur Abwicklung der Kommunikation zwischen Partnern beachtet werden müssen (z.B. bzgl. Aufbau, Überwachung, Abbau einer Verbindung).
Datenübertragungssystem:
Zwei oder mehr Datenstationen, die zum Zwecke des Datenaustausches durch Datenübertragungswege miteinander verbunden sind.
Rechnernetz bzw. Rechnerverbundsystem:
Entsteht durch den Zusammenschluss selbständiger Rechner mit Hilfe eines Datenübertragungssystems.
Kommunikations- oder Datenübertragungsnetz:
Besteht aus einem zur Datenübertragung geeigneten System von Hardware-Einrichtungen.
Kommunikationsdienst oder Datenübertragungsdienst:
Stellt unter Verwendung eines Datenübertragungsnetzes Übertragungsleistungen und bestimmte Dienste zur Verfügung. Entweder nur reine Datenübertragung oder ggfs. auch sogenannte Mehrwertdienste (Value added networks / services).
Formen des Informationsaustausches:
- Sprachkommunikation, "Voice-Systeme" (Telefongespräch, Voice-over-IP)
- Datenkommunikation (Platzreservierung, Online-Recherche)
- Textkommunikation (Briefpost, E-Mail)
- Bildkommunikation
- Standbilder (Fax)
- Langsame Bewegung (Internet, WWW)
- Bewegtbilder (Videokonferenz)
Systematik der Kommunikationsarten:
Beteiligte Partner:
- Mensch-Mensch
- Mensch-Maschine
- Maschine-Maschine
Verbindungsart:
- direkt
- indirekt
Medium:
- Leitung
- Datenträger
Physikalische Signalart:
- analog
- digital
Zeitverhalten:
- simultan
- verzögert
Zugang:
- offen
- geschlossen
Architektur:
- offen
- nicht offen
Partnerzahl:
- 1 : 1
- 1 : n
Datenübertragung
Datenübertragungssystem
Bildbeschreibung "Datenübertragungssystem": Eine Datenstation enthält die Datenendeinrichtung sowie die Datenübertragungseinrichtung. Datenendeinrichtung und Datenübertragungseinrichtung sind über eine Schnittstelle (eine Datenverbindung) miteinander verbunden. Zwei Datenstationen kommunizieren miteinander über den sogenannten Datenübertragungsweg, welcher an beiden Enden über eine Schnittstelle zur Datenstation verfügt.
Datenstation (DST):
Hardware-Einrichtungen, die Daten senden und/oder empfangen, bzw. mit denen der Zugang zu Datenübertragungswegen hergestellt wird.
Datenübertragungswege:
Medien, durch die Daten von einer Datenstation zu einer anderen übertragen werden (Leitungen, Funk, Vermittlungskomponenten).
Datenendeinrichtung (DEE):
Übernimmt die Eingabe, die Darstellung und das Senden und Empfangen von Daten.
Datenübertragungseinrichtung (DÜE):
Übernimmt die Anpassung der Signale zwischen Datenendeinrichtung und Datenübertragungsweg (z.B. Modem).
Komponenten einer Datenstation:
Eine Datenstation besteht aus Datenendeinrichtung (Eingabe-Ausgabe-Einheit und Fernbetriebseinheit), Synchronisiereinheit und Datenübertragungseinheit (Signalumsetzer, Anschalteinheit und Fehlerschutzeinheit).
Übertragungsmedien
Bildbeschreibung "Übertragungsmedien": Eine physikalische Vebindung kann sein: eine Kabelverbindung, eine Funkverbindung oder eine optische Verbindung. Bei der Kabelverbindung wird in Kupferkabel und Glasfaserkabel unterschieden. Kupferkabel sind desweiteren unterteilbar in Adernpaare und Koaxialkabel. Bei der Funkverbindung wird in Terrestrischen Funk und Satellitenfunk unterschieden. Der Terrestrische Funk ist desweiteren unterteilbar in Zellularfunk und Richtfunk. Bei der optische Verbindung wird in Infrarotverbindung und Laserverbindung unterschieden.
Vor- und Nachteile der Netzwerk-Topologien
Ring / Linie:
Bildbeschreibung "Grundstruktur Ring / Linie": In einer Ringstruktur sind die Netzelemente in einem Kreis angeordnet. Ausschließlich direkt nebeneinander liegende Elemente sind miteinander verbunden. In einer Linienstruktur sind die Netzelemente in einer Gerade/Linie angeordnet. Ausschließlich direkt nebeneinander liegende Elemente sind miteinander verbunden. Es gibt ein Anfangs- und ein Endelement.
- Vorteile:
- minimaler Leitungsaufwand
- einfach erweiterbar
- Nachteile:
- Überlastung bei hohem Volumen
- Totalausfall bei Ausfall einer Station
Vollständiges / (teil-)vermaschtes Netz:
Bildbeschreibung "Vollständiges / (teil-)vermaschtes Netz": In einem vollständig vermaschten Netz sind die Netzelemente in einem Kreis angeordnet und alle Elemente sind miteinander verbunden. In einem (teil-)vermaschten Netz sind die Netzelemente in einem Kreis angeordnet und einige Elemente sind auch miteinander verbunden.
- Vorteile:
- extrem leistungsfähig
- unempfindlich gegen Störungen
- Nachteile:
- besonders aufwendig und teuer
Anzahl = 0,5 (n2-n)
- besonders aufwendig und teuer
Stern:
Bildbeschreibung "Stern": In einer Sternstruktur sind die Netzelemente in einem Stern angeordnet. Ein Element liegt in der Mitte. Von diesem ausgehend sind einzelne Elemente sternförmig angebunden.
- Vorteile:
- einfache Struktur
- unempfindlich gegen Ausfälle von Knoten/Verbindungen
- Nachteile:
- Abhängigkeit von der Zentrale
- Starke Beanspruchung des Server
Baum:
Bildbeschreibung "Baum": In einer Baumstruktur sind die Netzelemente wie in einer Linie angeordnet. Von den einzelnen Linienelementen gehen Verzweigungen zu weiteren Netzelementen ab.
- Vorteile:
- einfache Struktur
- leicht erweiterbar
- Nachteile:
- Abhängigkeit von Wurzelknoten
Bus:
Bildbeschreibung "Bus": In einer Busstruktur sind die Netzelemente rechts und links von einer Linie abgehend angeordnet.
- Vorteile:
- keine Beeinträchtigung durch einzelnen Stationsausfall
- Senden in beide Richtungen
- Nachteile:
- begrenzte Längenausdehnung
Schichten im ISO-OSI-Referenzmodell
OSI: Open Systems Interconnection
anwendungsorientiert:
Schicht 7 = Anwendungsschicht (Application Layer). Bereitstellung von Diensten zur Unterstützung verteilt operierender Anwendungen.
Schicht 6 = Darstellungsschicht (Presentation Layer). Transformation rechnerinterner Darstellungsformen in ein abstraktes, einheitliches Format.
Schicht 5 = Sitzungsschicht (Session Layer). Aufbau und Verwaltung von Sitzungen (Dialogsteuerung, Token-Management, Synchronisation)
transportorientiert:
Schicht 4 = Transportschicht (Transport Layer). Bereitstellung eines sicheren und effizienten Datentransports zwischen Endsystemen.
Schicht 3 = Vermittlungsschicht (Network Layer). Transport von Datenpaketen durch Netze und ggf. über Transitsysteme, Routing.
Schicht 2 = Sicherungsschicht (Data Link Layer). Gewährleistung eines sicheren Transports von Dateneinheiten auf Übertragungswegen.
Schicht 1 = Bitübertragungsschicht (Physical Layer). Übertragung ungesicherter Bitströme auf dem Übertragungsmedium.
TCP/IP-Familie
zu Nr. 5/6/7 (Schicht: Prozess / Applikation):
- FTP (File Transfer Protocol): Dateitransfer
- Telnet (Teletype Network): Terminalemulation (virtuelles Terminal)
- SMTP (Simple Mail Transfer Protocol): Electronic Mail
- SNMP (Simple Network Management Protocol): Netzwerk-Management
- DNS (Domain Name Service): Hostnamen -> Netzadressen
- HTTP (Hypertext Transfer Protocol): WWW-Seiten
zu Nr. 4 (Schicht: Transport Host-to-Host):
- TCP (Transmission Control Protocol): verbindungsorientiertes, zuverlässiges Ende-zu-Ende-Protokoll; Flusssteuerung, Folgesteuerung
- UDP (User Datagram Protocol): verbindungsloser, unzuverlässiger Transport von Datenpaketen
zu Nr. 3 (Schicht: Vermittlung Internet):
- IP (Internet Protocol): verbindungsloser, unzuverlässiger Transport von Datenpaketen; globale Adressierung; Routing, Vermeidung von Überlastungen
zu Nr. 1/2 (Schicht: Netzwerk):
- Physischer Datentransport: z.B. Ethernet, Token Ring, FDDI
Leistungsmerkmale für die Datenübertragung
Übertragungszeit:
- Übergabezeit beim Sender: DEE -> DÜE
- Transportzeit: Zeit für Transport im Übertragungssystem
- Übergabezeit beim Empfänger: DÜE -> DEE
Durchsatz:
- Nettodurchsatz: Nutzdaten
- Bruttodurchsatz: Nutzdaten & Steuerdaten
Übertragungssicherheit:
- Fehlerwahrscheinlichkeit: Anzahl fehlerhafter Zeichen / Gesamtzahl Zeichen
- Schutz der Daten vor Unbefugten (Abhörsicherheit)
Fehlererkennung:
- Erkennung von Datenfehlern und evtl. Korrektur
- Erkennung von Datenverlusten und evtl. Rekonstruktion
Beurteilungskriterien für die Datenübertragung:
- Maximale Geschwindigkeit
- Transfergeschwindigkeit (bezogen auf die Nutzdaten)
- Gebühren: Anschluss-, Grund-, Verbindungs-, Übertragungsgebühren
Rechnernetze
Klassifizierung von Rechnernetzen nach geografischen Merkmalen
Global Area Network (GAN):
- Über Satellitenfunk praktisch unbegrenzte räumliche Ausdehnung
Wide Area Network (WAN):
- Früher staatlich, territorial begrenzt
- Standortübergreifend, bis zu einige 1000 km
Local Area Network (LAN):
- Begrenzt auf Gebäude oder Gebäudekomplex (privat)
Metropolitan Area Network (MAN):
- Übertragung LAN auf Städte und Regionen (Backbones)
Klassifizierung von Rechnernetzen nach Nutzergruppen
Öffentliche Datennetze:
- Stehen öffentlich gegen entsprechende Gebühr zur Verfügung
Nichtöffentliche Netze (standortübergreifend):
- Institutionen, Behörden, Unternehmen
Corporate Networks:
- Unternehmensnetze für geschlossene Benutzergruppen
Virtuelle Private Networks (VPN):
- Nutzung des öffentlichen Internet zur "virtuellen" Verbindung einer geschlossenen Benutzergruppe
Verbundarten eines Rechnernetzes
- Datenverbund: An verschiedenen Stellen gespeicherte Daten
werden allen Benutzern verfügbar gemacht.
- Betriebsmittelverbund: Nutzung spezieller
Peripheriegeräte, ohne dass diese an jedem Ort physisch
verfügbar sein müssen.
- Funktionsverbund: Aufteilung bestimmter Funktionen, die
ein Rechner allein nicht erbringen kann.
- Lastverbund: Ausgleich von
Kapazitätsbedarfsspitzen.
- Kommunikationsverbund: An- und Verbindung örtlich
getrennter Benutzer zum Zwecke des
Nachrichtenaustausches.
- Leistungsverbund: Parallele Verarbeitung auf mehreren
Rechnern möglich.
- Verfügbarkeitsverbund: Sicherstellung, dass das Gesamtsystem auch bei Ausfall einzelner Komponenten in vollem Funktionsumfang betriebsfähig bleibt.
Kopplungseinheiten von Rechnernetzen
Repeater:
Reine Verstärkerfunktion auf unterster Ebene ISO/OSI.
Bridge:
Verbindet Netze auf Ebene 2 (Sicherungsschicht), unterschiedliche Übertragungsmedien und Zugriffsverfahren erlaubt.
Router:
Verbindet Netze auf Ebene 3 (Vermittlungsschicht), entscheidet über den schnellsten Transportweg.
Switch:
Einfache und schnelle Kopplungseinheit, keine Kenntnis über die Netztopologie, Alternative zum Router zum Aufbau Virtueller LAN (VLAN).
Hub:
"Verteilerkasten" für den Anschluss von Netzstationen, kann Bridge-, Router-, Konzentratorfunktion integrieren.
Gateway:
Rechner zur Verbindung unterschiedlicher Netze.
Strukturierung der Verkabelung / Kopplung
- Primärbereich (Gebäude zu Gebäude):
Glasfaserkabel (Stör- und Abhörsicherheit) - Sekundärbereich (innerhalb Gebäude):
Kupferkabel und zunehmend Glasfaser, Verlegung oft parallel zum Stromnetz - Tertiärbereich (innerhalb einer Etage):
TP, Koax-Kabel, Glasfaser je nach LAN- und Übertragungsanforderungen
Backbone-Netz:
Bildbeschreibung "Backbone-Netz": In einem Backbone-Netz sind die Netzelemente wie in einer Busstruktur angeordnet. Desweitern befinden sich von diesem Bus abgehend verschiedene Ringstrukturen.
Zugriffsverfahren im Netzbetrieb
Token-Passing:
- Nur jeweils ein Knoten erhält die Berechtigung zum Senden.
- Berechtigung wird über Token (spezielle Bitfolge) vergeben.
- Das Token wird von Knoten zu Knoten weitergegeben.
- Bei nicht belegtem Token kann gesendet werden, Token wird an das Ende der Daten angehängt.
- Empfänger leitet wieder freies Token in das Netz weiter.
- Vorrangig bei Ring- (Token Ring), auch bei Busstrukturen.
CSMA/CD (Wettkampf):
- Jeder Knoten ist grundsätzlich berechtigt zu einem beliebigen Zeitpunkt Daten zu senden.
- Vor dem Senden und während des Sendens wird geprüft, ob nicht andere Stationen Daten senden.
- Bei Kollisionen wird der Sendevorgang abgebrochen und zeitversetzt wiederholt.
- Meistens verwendet bei Bus- und Baumstrukturen.
Zeitverfahren:
- Jeder Station wird feste Sendezeit zugeteilt.
Polling-Verfahren:
- Server fragt die Stationen ab, ob sie senden wollen.
Verteilte Systeme (Client/Server-Architekturen)
Client-Server-Architektur:
Rechnerverbund mehrerer Rechner in
einem arbeitsteiligen Konzept.
Bestimmte Rechner erbringen als Server Dienstleistungen
für andere Rechner, die Clients.
Beispiele für Server:
- File Server
- Print Server
- Application Server
- Communication Server
Beispiel einer Client-Server-Architektur:
Bildbeschreibung "Beispiel einer Client-Server-Architektur": Ausgangspunkt ist ein Anwendungs-Server. Von diesem abgehend befinden sich sternförmig ein Client und Datei-Server, ein Client und Druck-Server, verschiedene Clients sowie ein Kommunikations-Server. Der Kommunikations-Server wiederum enthält Verbindungen zu mehrerern Clients sowie einem Remote Client.
Alternativen der Client-/Server-Verteilung:
Die nachstehende Grafik zeigt fünf Varianten der Verteilung von Daten, Anwendung und Darstellung auf Server- bzw. Client-Seite:
Bildbeschreibung "Alternativen der Client-/Server-Verteilung": Alternativen sind Remote Windowing (Darstellung erfolgt auf der Client-Seite, Daten und Anwendung liegen auf der Server-Seite), Kooperative Verarbeitung (Darstellung erfolgt auf der Client-Seite, Daten liegen auf der Server-Seite, Anwendungen liegen sowohl auf der Client- als auch auf der Server-Seite), Remote Data Base (Darstellung und Anwendung erfolgen auf der Client-Seite, Daten liegen auf der Server-Seite), Verteilte Datenbank (Darstellung und Anwendung erfolgen auf der Client-Seite, Daten liegen sowohl auf der Client- als auch auf der Server-Seite), Rightsizing (Darstellung, Anwendung und Daten liegen auf der Client-Seite).
Beispiel einer verteilten Anwendung im Internet:
Bildbeschreibung "Beispiel einer verteilten Anwendung im Internet": Ein Client ist über das Internet/Intranet mit einem WWW-Server verbunden. Der WWW-Server ist über ein lokales Netz mit einem Datenbank-Server verbunden. Abläufe: Auf dem Client wird eine Anmeldemaske dargestellt und Name sowie Passwort übertragen. Der WWW-Server initialisiert die Datenbankabfrage. Der Datenbank-Server ermittelt die Auswahlkriterien und überträgt diese an den WWW-Server. Dieser leitet die Auswahlkriterien an den Client weiter. Auf dem Client wird die Anmeldemaske dargestellt und Name sowie Passwort erneut an den WWW-Server übertragen. Der WWW-Server initialisiert erneut die Datenbankabfrage. Der Datenbank-Server ermittelt und überträgt die Zeugnisse. Der WWW-Server startet den Faxversand oder überträgt die Zeugnisparameter. Der Client selektiert das Zeugnis und als letztes erfolgt der Faxversand seitens des WWW-Server.
Kommunikationsnetze und -dienste
Bandbreiten gängiger Kommunikationsnetze
Kommunikationstechniken und ihre Bandbreiten, gemessen in bps (bits per second).
Festnetztelephonie:
- analog: 56 kbps
- ISDN: 64 (128) kbps
- DSL: >8 Mbps
Mobilkommunikation:
- GSM: 9,6 kbps
- UMTS: 2 Mbps
Lokale Netze:
- Ethernet: 10 Mbps
- Fast Ethernet: 100 Mbps
- Gigabit-Ethernet: 1 Gbps
Weitverkehrsbreitbandnetze:
- Breitband-ISDN: 155 Mbps
- auf Basis von ATM: 622 Mbps
Optische Fernverbindungsstrecken:
- pro Wellenlänge: 40 Gbps
- pro Glasfaser: 1,6 Tbps
Arten von Kommunikationsdiensten
Teledienste:
- Abdeckung aller sieben Schichten des ISO/OSI-Referenzmodells.
- Teilnehmer können den Ablauf der Kommunikation nicht beeinflussen.
- Dienste im Bereich der Deutschen Telekom: Telefon, Telefax
Trägerdienste:
- Decken oberen Schichten des ISO/OSI-Referenzmodells nicht ab (transportorientiert).
- Reine Datenübertragung.
- Teilnehmer können den Ablauf der Kommunikation beeinflussen.
- Wichtigste Dienste: Datenübertragung im Fernsprech- und im Fernschreibnetz, leitungsvermittelnde Datenübertragung, paketvermittelnde Datenübertragung
Internet / Intranet
Internet (Interconnected Networks)
Gesamtheit aller autonomen Netze und Dienste, die über TCP/IP-Verbindungen erreichbar sind.
Zugang über:
- Mailboxsysteme
für elektronischen Nachrichtenaustausch - Online-Dienste
d.h. allgemein zugängliche Mehrwertdienste zur individuellen Kommunikation - Provider (ISP - Internet Service Provider)
Zugang über Telefonnetz, ISDN, ADSL - Wissenschaftsnetz (WiN)
für Hochschulen und Forschungseinrichtungen
Adressierung im Internet:
- IP (Internet Protocol):
Definiert die Struktur der weltweit eindeutigen numerischen Internet-Adressen (IP-Adresse) zur Identifizierung eines Rechners im Netz und zur Weiterleitung (Routing) der Datenpakete.
Temporäre Einwahl: Dynamische Zuweisung einer IP-Adresse - DNS (Domain Name Service):
- Symbolische Namen (Domain Name) für IP-Adressen
- Übersetzung IP ⇔ Domain Name durch Name Server
- Hierarchischer Aufbau, mit steigender Stufe von
links nach rechts.
Beispiel:www.fhtw-berlin.de
= Web-Server der FHTW - Verwaltung durch eigens eingerichtete Organisationen:
- Deutschland: DENIC (Deutsches Network Information Center)
- International: ICANN (Internet Corporation for Assigned Names and Numbers)
Wichtige Internet-Dienste:
- E-Mail: Schneller Austausch von Nachrichten, ggf. mit Datei-Anhängen (Adresse: Postfachname@Domain-Name)
- News: Öffentlicher Meinungsaustausch in themenbezogenen Diskussionsgruppen (Newsgroups) über Newsreader
- File Transfer Protocol (FTP): Übertragung von Dateien zwischen verschiedenen Rechnern (z.B. Download), inkl. Rechner-Steuerbefehle
- Telnet: Terminalemulation = Arbeiten auf einem entfernten Rechner wie über ein direkt verbundenes Terminal
- World Wide Web (WWW): Integration aller Dienste; Verknüpfung von Dokumenten über Hyperlinks
Elemente des World Wide Web (WWW):
- URL: Uniform Resource Locator (Übertragungsprotokoll :// Domain Name / Verzeichnis / Dateiname)
- HTTP + HTML: Protokoll ("Hypertext Transfer Protocol für die Übertragung) + Sprache (Hypertext Markup Language für die Darstellung der Informationen einer Web-Seite, abgeleitet aus SGML)
- XML: Sprache; Extensible Markup Language ermöglicht genaue Beschreibung der Struktur der transportierten Daten für internetbasierten Datenaustausch, siehe auch DTD und XSL
- Dynamische Dokumente: CGI (Common Gateway Interface">)
zum
Aufruf von Anwendungen auf dem Server und Darstellung
dynamischer Inhalte, z.B.
für
- Formulare: Dateneingabe durch Anwender, z.B. Suchbegriff
- Java Script: Animationen, Plausibilitätskontrollen
- Java Applets: Erweiterung von Web-Seiten um interaktive Komponenten
- WAP + WML: Protokoll (Wireless Application Protocol für drahtloses Web) + Sprache (Wireless Markup Language, HTML bis WML), XML-basiert
Intranet
Auf dem TCP/IP-Standard basierendes internes Netzwerk.
Ziele:
- Kosteneinsparung für Druck bzw. Vervielfältigung von Unterlagen, Formularen
- Schnellere und effizientere Informationsversorgung
(Informations-Verteilung -> Informations-Bereitstellung) - Schnellere und bequemere Aktualisierung
- Integration bestehenden Datenbanken
- Einheitliche Recherche-Schnittstelle
- Durch Verknüpfung mit dem Internet:
einheitliche Benutzerschnittstelle für alle Informationsquellen (Unternehmens-Portal)