Computernetze und Internet of Things: technische Grundlagen und Spezialwissen
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| Hauptverfasser: | , , , |
|---|---|
| Format: | Buch |
| Sprache: | German |
| Veröffentlicht: |
Wiesbaden
Springer Vieweg
[2020]
|
| Schriftenreihe: | Lehrbuch
|
| Schlagworte: | |
| Online-Zugang: | Inhaltstext Inhaltsverzeichnis |
| Beschreibung: | XII, 432 Seiten Illustrationen, Diagramme 24 cm x 16.8 cm |
| ISBN: | 9783658294083 3658294086 |
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Inhaltsverzeichnis Teili Überblick 1 Aufbau und Gliederung. Literatur. 3 4 2 Einführung. 2.1 Grundlagen. 2.1.1 Übertragungsarten. 2.1.2 Geographische Ausbreitung. 2.1.3 Netztopologien. 2.2 Übertragungstechniken. 2.2.1 Modem und Einwahltechniken. 2.2.2 Ethernet. 2.2.3 Wireless LAN. 2.2.4 Mobilfunk. 2.3 Referenzmodelle. 2.3.1 ISO/OSI-Referenzmodell. 2.3.2 TCP/IP-Referenzmodell. 2.4 Arbeitsweise von
Koppelelementen. 2.4.1 Hub und Repeater. 2.4.2 Switch und Bridge. 2.4.3 Layer 3-7 Switch, Gateway und Router. 2.5 Unterscheidung von Softwarekomponenten. 2.5.1 Benutzer. 2.5.2 Anwendung. 2.5.3 Anwendungsprotokoll. 2.5.4 Netzstack im Betriebssystem. 2.6 Kommunikationsmodelle. 2.6.1 Client-Server. 2.6.2 Client-Server (Push Pull). 2.6.3 Hierarchische Client-Server-Architektur. 7 7 8 13 15 20 20 28 29 29 30 30 37 39 39 40 41 42 43 43 44 45 45 45 46 48 VII
Inhaltsverzeichnis VIII 2.6.4 Multi-Tier Client-Server. 2.6.5 High-Performance Client-Server/Client-Cluster. 2.6.6 Peer-to-Peer. 2.6.7 Hybride Client-Server-/Peer-to-Peer-Architektur. Literatur. Teil II 50 51 52 54 55 Kommunikation auf physikalischer Ebene 3 Wired Networks . 3.1 Motivation. 3.2 Ethernet. 3.2.1 Verschiedene Standards. 3.2.2 Kodierungen für Ethernet. 3.2.3 CSMA/CD. 3.2.4 Fehlererkennung und Fehlerkorrektur. 3.2.5 Medium Access Control (MAC). 3.2.6 Logical Link Control (LLC). 3.3 Virtual LAN. 3.3.1 VLAN-
Protokollheader. 3.3.2 VLAN in der Praxis. 3.3.3 VLAN unter Linux. 3.4 MPLS. 3.5 Spanning Tree. 3.5.1 Spanning Tree Protocol (STP). 3.5.2 Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Literatur. 59 59 60 61 62 63 64 65 67 68 69 70 71 72 75 76 83 88 4 Wireless Networks. 4.1 Motivation. 4.2 Wireless LAN. 4.2.1 Begriffe. 4.2.2 CSMA/CA. 4.2.3 Medium Access Control (MAC) und Logical Link Control (LLC). 4.2.4 Aufbau einer WLAN-
Verbindung. 4.2.5 Sicherheit. 4.3 Wireless Mesh Networks. 4.4 Wireless SensorNetworks. 4.5 Mobilfunknetze. 4.5.1 Die Entwicklung des Mobilfunks. 4.5.2 Aufbaueines Mobilfunknetzes. 91 91 92 93 95 96 98 100 105 106 106 106 108
Inhaltsverzeichnis 4.5.3 Architektur eines Mobilfunknetzes. 4.5.4 Medium Access Control (MAC). 4.5.5 Ausblick auf 5 G. Literatur. Teil ПІ IX 109 110 112 113 Kommunikation auflogischer Ebene 5 Grundlagen. 5.1 Switch vs. Router. 5.2 Adressierung von Elementen. 5.3 Adressierung von Anwendungsprozessen. 119 119 120 122 6 Internet Protocol Version 4. 6.1 Paketierung. 6.1.1 Aufbau der Pakete. 6.1.2 Fragmentierung. 6.2 Adressierung von Hosts und Subnetzen. 6.3 Variable Length Subnet Mask (VLSM). 6.4
DHCP. 6.5 ARP. 6.6 ICMP. 6.7 Routing. 6.7.1 Routingtabellen. 6.7.2 Classless Inter-Domain Routing (CIDR). 6.8 NAT. Literatur. 125 125 126 129 131 134 136 138 142 145 146 150 152 155 7 Internet Protocol Version 6. 7.1 Paketierung. 7.1.1 Aufbau der IPv6-Pakete. 7.1.2 Fragmentierung. 7.2 Adressierung von Hosts und Subnetzen. 7.3 ІСМРѵб. 7.4
NDP. 7.5 Autokonfiguration und DHCP. 7.6 Routing. 7.7 Migrationsmechanismen. 7.7.1 Dualstack. 7.7.2 Tunnel. 7.7.3 NAT64. Literatur. 157 157 158 160 161 164 165 168 169 169 170 170 171 172
X Inhaltsverzeichnis 8 Adressierung von Anwendungen. 8.1 Verbindungslose Anwendungskoniniunikation (UDP). 8.1.1 Struktur eines UDP-Datagramms. 8.1.2 Arbeitsweise. 8.2 Verbindungsorientierte Anwendungskommunikation (TCP). 8.2.1 Struktur eines TCP-Segments. 8.2.2 Arbeitsweise. Literatur. 173 176 177 177 178 180 181 189 9 Routing. 9.1 Algorithmen. 9.1.1 Distance-Vector-Algorithmus. 9.1.2 Link-State-Algorithmus. 9.2 Protokolle. 9.2.1 RIP. 9.2.2 OSPF. 9.2.3
BGP. Literatur. 191 191 192 194 196 197 198 200 201 10 Domain Name System (DNS). 10.1 Namensgebung und Kommunikationsstruktur. 10.2 Protokoll. 10.3 Einsatzmöglichkeiten. 10.4 Kritik. Literatur. 203 203 205 208 209 209 11 Virtual Private Network (VPN). 11.1 Grundlagen. 11.2 Point-to-Point Protocol (PPP). 11.3 IPsec. 11.4 TLS-basierte VPNs.
Literatur. 211 212 215 218 221 223 12 Sicherheit in Computemetzen. 225 12.1 Abgrenzung. 225 12.2 Angriffsmöglichkeiten auf der logischen Netzebene. 226 12.3 Firewall. 227 12.3.1 Einsatzszenarien von Firewalls. 228 12.3.2 Erweiterungen für Firewalls. 230 Literatur. 230 13 Kommunikation auf Anwendungsebene. 13.1 Codierung von Daten. 13.1.1 Internet Media Туpe (MIME). 231 231 231
Inhaltsverzeichnis 13.1.2 XML. 13.1.3 TLV. 13.2 Ausgewählte Protokolle. 13.2.1 Web-Browsing via HTTP. 13.2.2 Dateiübertragung via FTP. 13.2.3 E-Mail-Verkehr via SMTP, POP3 und IMAP. 13.2.4 Voice-over-IP via SIP und RTP. 13.3 Proxy-Dienste. 13.4 Sicherheit von Anwendungen und Protokollen. 13.4.1 Angriffsmöglichkeiten. 13.4.2 Schutzmöglichkeiten. 13.4.3 Intrusion Detection/Prevention. Literatur. Teil IV XI 232 233 234 234 237 239 242 244 245 245 246 246 247 Performance Engineering 14 Quality of Service. 14.1
Definition. 14.1.1 Verzögerung. 14.1.2 Verzögerungsjitter. 14.1.3 Datenrate. 14.1.4 Zuverlässigkeit. 14.2 Arbeitsweise der Mechanismen. 14.2.1 Identifikation und Klassifizierung. 14.2.2 Markierung. 14.2.3 Congestion Avoidance. 14.2.4 Policing, Queuing und Shaping. 14.2.5 Scheduling. 14.3 Integrated-Services-Architektur (IntServ). 14.3.1 Grundlegende Arbeitsweise. 14.3.2 Serviceklassen. 14.3.3 Eignung. 14.4 Differentiated-Services-Architektur (DiffServ). 14.4.1 Grundlegende
Arbeitsweise. 14.4.2 Per-Hop Behavior. 14.4.3 Umsetzung des Congestion Managements. 14.4.4 Proprietäre Systeme. Literatur. 251 251 253 254 255 255 257 259 261 262 265 269 279 279 282 283 284 284 286 289 290 290 15 Virtualisierung von Netzfunktionen. 15.1 Nutzen der Virtualisierung. 15.2 Software-Defined Networking. 293 294 297
Inhaltsverzeichnis XII 15.2.1 Architektur. 15.2.2 Application Plane. 15.2.3 Control Plane. 15.2.4 Data Plane. 15.3 Network Function Virtualization. 15.3.1 Funktionsweise. 15.3.2 Virtualisierung. 15.4 SDNvs.NFV. Literatur. Teil V 299 303 306 308 310 311 313 315 318 Internet of Things 16 Grundlagen für allgemeine Anwendungen. 16.1 Technologien. 16.2 Protokolle. 16.3 Anwendungsbeispiel: Smarthome. 16.4 Grundlagen der digitalen Signalübertragung. 16.4.1 Digitale
Modulation. 16.4.2 Passband, Bandbreite und Noise. 16.4.3 Funktionsweise von Software Defined Radios. 16.4.4 Signalverarbeitung in Software. 16.4.5 Extraktion von Bits und Bytes. 16.4.6 Kodierung. 16.4.7 Zusammenfassung. 16.5 Drahtlose Smarthome-Technik. 16.5.1 Risiken der Smarthome-Technik. 16.5.2 Proprietäre Smarthome-Protokolle. 16.5.3 Schwachstellen und Angriffe auf Smarthome Protokolle. 16.6 Blick in die Zukunft. Literatur. 321 322 322 323 324 326 327 328 329 330 332 334 335 335 337 339 340 341 17 Grundlagen für industrielle Anwendungen. 17.1 Komponenten im fertigungsnahen Umfeld. 17.1.1 Enterprise-Ressource-Planning-System (ERP). 17.1.2 Manufacturing-Execution-System
(MES). 17.1.3 Maschinen und Anlagen. 17.1.4 Computer Integrated Manufacturing (СІМ). 17.2 Referenzmodelle im fertigungsnahen Umfeld. 17.2.1 Y-CIM-Modell. 17.2.2 Automatisierungspyramide. 17.2.3 Automatisierungsdiabolo. 17.2.4 Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0). 17.3 Kommunikation im fertigungsnahen Umfeld. 343 343 343 345 346 348 351 351 352 353 355 356
Inhaltsverzeichnis XIII 17.3.1 Horizontale und vertikale Integration. 17.3.2 Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M). 17.3.3 Industrial Internet of Things (IIoT). 17.4 Netze im fertigungsnahen Umfeld. 17.4.1 Ethemet-basierte Systeme. 17.4.2 Feldbussysteme. 17.4.3 Echtzeitfähige ethernetbasierte Systeme. 17.5 Ausgewählte Datenaustauschprotokolle. 17.5.1 Euromap63 . 17.5.2 OPCUA. 17.5.3 MQTT. Literatur. 356 357 357 358 358 361 361 365 365 371 390 402 Lösungen. 407 Stichwortverzeichnis 425 |
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Inhaltsverzeichnis Teili Überblick 1 Aufbau und Gliederung. Literatur. 3 4 2 Einführung. 2.1 Grundlagen. 2.1.1 Übertragungsarten. 2.1.2 Geographische Ausbreitung. 2.1.3 Netztopologien. 2.2 Übertragungstechniken. 2.2.1 Modem und Einwahltechniken. 2.2.2 Ethernet. 2.2.3 Wireless LAN. 2.2.4 Mobilfunk. 2.3 Referenzmodelle. 2.3.1 ISO/OSI-Referenzmodell. 2.3.2 TCP/IP-Referenzmodell. 2.4 Arbeitsweise von
Koppelelementen. 2.4.1 Hub und Repeater. 2.4.2 Switch und Bridge. 2.4.3 Layer 3-7 Switch, Gateway und Router. 2.5 Unterscheidung von Softwarekomponenten. 2.5.1 Benutzer. 2.5.2 Anwendung. 2.5.3 Anwendungsprotokoll. 2.5.4 Netzstack im Betriebssystem. 2.6 Kommunikationsmodelle. 2.6.1 Client-Server. 2.6.2 Client-Server (Push Pull). 2.6.3 Hierarchische Client-Server-Architektur. 7 7 8 13 15 20 20 28 29 29 30 30 37 39 39 40 41 42 43 43 44 45 45 45 46 48 VII
Inhaltsverzeichnis VIII 2.6.4 Multi-Tier Client-Server. 2.6.5 High-Performance Client-Server/Client-Cluster. 2.6.6 Peer-to-Peer. 2.6.7 Hybride Client-Server-/Peer-to-Peer-Architektur. Literatur. Teil II 50 51 52 54 55 Kommunikation auf physikalischer Ebene 3 Wired Networks . 3.1 Motivation. 3.2 Ethernet. 3.2.1 Verschiedene Standards. 3.2.2 Kodierungen für Ethernet. 3.2.3 CSMA/CD. 3.2.4 Fehlererkennung und Fehlerkorrektur. 3.2.5 Medium Access Control (MAC). 3.2.6 Logical Link Control (LLC). 3.3 Virtual LAN. 3.3.1 VLAN-
Protokollheader. 3.3.2 VLAN in der Praxis. 3.3.3 VLAN unter Linux. 3.4 MPLS. 3.5 Spanning Tree. 3.5.1 Spanning Tree Protocol (STP). 3.5.2 Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP). Literatur. 59 59 60 61 62 63 64 65 67 68 69 70 71 72 75 76 83 88 4 Wireless Networks. 4.1 Motivation. 4.2 Wireless LAN. 4.2.1 Begriffe. 4.2.2 CSMA/CA. 4.2.3 Medium Access Control (MAC) und Logical Link Control (LLC). 4.2.4 Aufbau einer WLAN-
Verbindung. 4.2.5 Sicherheit. 4.3 Wireless Mesh Networks. 4.4 Wireless SensorNetworks. 4.5 Mobilfunknetze. 4.5.1 Die Entwicklung des Mobilfunks. 4.5.2 Aufbaueines Mobilfunknetzes. 91 91 92 93 95 96 98 100 105 106 106 106 108
Inhaltsverzeichnis 4.5.3 Architektur eines Mobilfunknetzes. 4.5.4 Medium Access Control (MAC). 4.5.5 Ausblick auf 5 G. Literatur. Teil ПІ IX 109 110 112 113 Kommunikation auflogischer Ebene 5 Grundlagen. 5.1 Switch vs. Router. 5.2 Adressierung von Elementen. 5.3 Adressierung von Anwendungsprozessen. 119 119 120 122 6 Internet Protocol Version 4. 6.1 Paketierung. 6.1.1 Aufbau der Pakete. 6.1.2 Fragmentierung. 6.2 Adressierung von Hosts und Subnetzen. 6.3 Variable Length Subnet Mask (VLSM). 6.4
DHCP. 6.5 ARP. 6.6 ICMP. 6.7 Routing. 6.7.1 Routingtabellen. 6.7.2 Classless Inter-Domain Routing (CIDR). 6.8 NAT. Literatur. 125 125 126 129 131 134 136 138 142 145 146 150 152 155 7 Internet Protocol Version 6. 7.1 Paketierung. 7.1.1 Aufbau der IPv6-Pakete. 7.1.2 Fragmentierung. 7.2 Adressierung von Hosts und Subnetzen. 7.3 ІСМРѵб. 7.4
NDP. 7.5 Autokonfiguration und DHCP. 7.6 Routing. 7.7 Migrationsmechanismen. 7.7.1 Dualstack. 7.7.2 Tunnel. 7.7.3 NAT64. Literatur. 157 157 158 160 161 164 165 168 169 169 170 170 171 172
X Inhaltsverzeichnis 8 Adressierung von Anwendungen. 8.1 Verbindungslose Anwendungskoniniunikation (UDP). 8.1.1 Struktur eines UDP-Datagramms. 8.1.2 Arbeitsweise. 8.2 Verbindungsorientierte Anwendungskommunikation (TCP). 8.2.1 Struktur eines TCP-Segments. 8.2.2 Arbeitsweise. Literatur. 173 176 177 177 178 180 181 189 9 Routing. 9.1 Algorithmen. 9.1.1 Distance-Vector-Algorithmus. 9.1.2 Link-State-Algorithmus. 9.2 Protokolle. 9.2.1 RIP. 9.2.2 OSPF. 9.2.3
BGP. Literatur. 191 191 192 194 196 197 198 200 201 10 Domain Name System (DNS). 10.1 Namensgebung und Kommunikationsstruktur. 10.2 Protokoll. 10.3 Einsatzmöglichkeiten. 10.4 Kritik. Literatur. 203 203 205 208 209 209 11 Virtual Private Network (VPN). 11.1 Grundlagen. 11.2 Point-to-Point Protocol (PPP). 11.3 IPsec. 11.4 TLS-basierte VPNs.
Literatur. 211 212 215 218 221 223 12 Sicherheit in Computemetzen. 225 12.1 Abgrenzung. 225 12.2 Angriffsmöglichkeiten auf der logischen Netzebene. 226 12.3 Firewall. 227 12.3.1 Einsatzszenarien von Firewalls. 228 12.3.2 Erweiterungen für Firewalls. 230 Literatur. 230 13 Kommunikation auf Anwendungsebene. 13.1 Codierung von Daten. 13.1.1 Internet Media Туpe (MIME). 231 231 231
Inhaltsverzeichnis 13.1.2 XML. 13.1.3 TLV. 13.2 Ausgewählte Protokolle. 13.2.1 Web-Browsing via HTTP. 13.2.2 Dateiübertragung via FTP. 13.2.3 E-Mail-Verkehr via SMTP, POP3 und IMAP. 13.2.4 Voice-over-IP via SIP und RTP. 13.3 Proxy-Dienste. 13.4 Sicherheit von Anwendungen und Protokollen. 13.4.1 Angriffsmöglichkeiten. 13.4.2 Schutzmöglichkeiten. 13.4.3 Intrusion Detection/Prevention. Literatur. Teil IV XI 232 233 234 234 237 239 242 244 245 245 246 246 247 Performance Engineering 14 Quality of Service. 14.1
Definition. 14.1.1 Verzögerung. 14.1.2 Verzögerungsjitter. 14.1.3 Datenrate. 14.1.4 Zuverlässigkeit. 14.2 Arbeitsweise der Mechanismen. 14.2.1 Identifikation und Klassifizierung. 14.2.2 Markierung. 14.2.3 Congestion Avoidance. 14.2.4 Policing, Queuing und Shaping. 14.2.5 Scheduling. 14.3 Integrated-Services-Architektur (IntServ). 14.3.1 Grundlegende Arbeitsweise. 14.3.2 Serviceklassen. 14.3.3 Eignung. 14.4 Differentiated-Services-Architektur (DiffServ). 14.4.1 Grundlegende
Arbeitsweise. 14.4.2 Per-Hop Behavior. 14.4.3 Umsetzung des Congestion Managements. 14.4.4 Proprietäre Systeme. Literatur. 251 251 253 254 255 255 257 259 261 262 265 269 279 279 282 283 284 284 286 289 290 290 15 Virtualisierung von Netzfunktionen. 15.1 Nutzen der Virtualisierung. 15.2 Software-Defined Networking. 293 294 297
Inhaltsverzeichnis XII 15.2.1 Architektur. 15.2.2 Application Plane. 15.2.3 Control Plane. 15.2.4 Data Plane. 15.3 Network Function Virtualization. 15.3.1 Funktionsweise. 15.3.2 Virtualisierung. 15.4 SDNvs.NFV. Literatur. Teil V 299 303 306 308 310 311 313 315 318 Internet of Things 16 Grundlagen für allgemeine Anwendungen. 16.1 Technologien. 16.2 Protokolle. 16.3 Anwendungsbeispiel: Smarthome. 16.4 Grundlagen der digitalen Signalübertragung. 16.4.1 Digitale
Modulation. 16.4.2 Passband, Bandbreite und Noise. 16.4.3 Funktionsweise von Software Defined Radios. 16.4.4 Signalverarbeitung in Software. 16.4.5 Extraktion von Bits und Bytes. 16.4.6 Kodierung. 16.4.7 Zusammenfassung. 16.5 Drahtlose Smarthome-Technik. 16.5.1 Risiken der Smarthome-Technik. 16.5.2 Proprietäre Smarthome-Protokolle. 16.5.3 Schwachstellen und Angriffe auf Smarthome Protokolle. 16.6 Blick in die Zukunft. Literatur. 321 322 322 323 324 326 327 328 329 330 332 334 335 335 337 339 340 341 17 Grundlagen für industrielle Anwendungen. 17.1 Komponenten im fertigungsnahen Umfeld. 17.1.1 Enterprise-Ressource-Planning-System (ERP). 17.1.2 Manufacturing-Execution-System
(MES). 17.1.3 Maschinen und Anlagen. 17.1.4 Computer Integrated Manufacturing (СІМ). 17.2 Referenzmodelle im fertigungsnahen Umfeld. 17.2.1 Y-CIM-Modell. 17.2.2 Automatisierungspyramide. 17.2.3 Automatisierungsdiabolo. 17.2.4 Referenzarchitekturmodell Industrie 4.0 (RAMI 4.0). 17.3 Kommunikation im fertigungsnahen Umfeld. 343 343 343 345 346 348 351 351 352 353 355 356
Inhaltsverzeichnis XIII 17.3.1 Horizontale und vertikale Integration. 17.3.2 Maschine-zu-Maschine-Kommunikation (M2M). 17.3.3 Industrial Internet of Things (IIoT). 17.4 Netze im fertigungsnahen Umfeld. 17.4.1 Ethemet-basierte Systeme. 17.4.2 Feldbussysteme. 17.4.3 Echtzeitfähige ethernetbasierte Systeme. 17.5 Ausgewählte Datenaustauschprotokolle. 17.5.1 Euromap63 . 17.5.2 OPCUA. 17.5.3 MQTT. Literatur. 356 357 357 358 358 361 361 365 365 371 390 402 Lösungen. 407 Stichwortverzeichnis 425 |
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