Grundlagen der RechnernetzeIntroduction

Overview

• Building blocks and terms• Basics of communication• Addressing• Protocols and Layers• Performance• Historical development

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 2

Building blocks and terms

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 3

Hosts and links

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 4

H1 H2

Host

Link

Hosts and links

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 5

H1 H2

Host

Link

Host is a computer or more general a device that communicates with the other host on a network

Link is (in the context of computer networks) connection between two hosts

Point to point connection designates communication connection between two hosts (nodes) or endpoints

Types of communication

• Simplex• Half‐duplex• Duplex (full duplex)

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 6

Source: http://mikrotik.tips/simplex‐half‐duplex‐full‐duplex/

Medium

• Wired communication• Wireless communication• Light(?)• Sound (ultrasound)

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 7

Communication channel between the nodes

• Communication channel – refers to a physical transmission medium (wired or wireless) but it also covers logical connection over multiplexed medium

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 8

Message, stream, packet [1]

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 9

SH1 H2 H3 H4M

P1 P2 Pn…

PayloadHeader Trailer

First Bit Last Bit

Bytes

Message, stream, packet

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 10

Message Communication primitive, usually consists of multiple packets; usually used in the higher layers of communication

StreamA sequence of signals that we use to transmit data

PacketFormatted unit of data consisting of user data and control data (header and trailer). Essentially a part of a message; several packets together form a message

Multiple access

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 11

H1 H2 H3 Hn…

Collision domain A network connected by a shared medium; in this network packets may collide with one another when they are sent. A term coming from early versions of Ethernet and wireless networks

Single hop communicationBasically communication within one collision domain; packet reaches destination within one hop

Multiplexing [1]

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 12

H1

H2

H3

H4

H5

H6

H1

H2

H3

H4

H5

H6

…

Multiplexing [2]

• Static multiplexing (predefined)• Statistical multiplexing (can adapt over time)• Queueing• Packet scheduling – the way of controlling packet transmission 

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 13

Scalability of computer networks

• Scalability• how networks adapt to the grow of load?• how networks adapt to the increase of hosts?• how networks adapt to the increase of links?

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 14

Scalability of multiple access networks

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 15

H1 H2 H3 Hn…

Assuming that all node pairs communicate the same number of times. What is the share s of the medium per node pair?

Scalability of multiple access networks

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 16

H1 H2 H3 Hn…

Assuming that all node pairs communicate the same number of times. What is the share s of the medium per node pair?

Scalability of fully connected network

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 17

H1H2

H3

H5

H4H9

H8H6H7

H10

H11What is the number of links k per node and total number of links l?

Scalability of fully connected network

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 18

H1H2

H3

H5

H4H9

H8H6H7

H10

H11What is the number of links k per node and total number of links l?

Switched network

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 19

H1 H2 H3

H8

H7

H6 H5

H4

S1

S2 S4S3

S5

Switch – a network device that provides dedicated communication between the hosts

Switched network – computer network that uses network switches 

Switched network

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 20

H1 H2 H3

H8

H7

H6 H5

H4

S1

S2 S4S3

S5

Packet switched network – a type of network that uses packets for communication; packet switching is a form of grouping of the data sent over the network; in here network links can be shared

Circuit switched network – a dedicated communication channel (circuit) is established between two hosts; in here network links are dedicated to one specific communication between the hosts

Switched network

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 21

H1 H2 H3

H8

H7

H6 H5

H4

S1

S2 S4S3

S5

Store and forward – a packet is sent to an intermediate station where it can be either kept or forwarded 

Cut through switching – a bigger chunk of the data (frame) is forwarded in smaller pieces even before the whole chunk is received

Multi‐hop communication – using multiple stations to transmit data between two hosts  

Cloud representation

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 22

Internet [1]

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 23

N1

N3 N2

R1

H1H2

H3

R3

R2H4

H5

H6

H9

H8

H7

Internet [2]

• What is internet?• Router• Network interface• The Internet and a internet• Physical network • Intranet

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 24

Recursive use of cloud representation

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 25

N1

N3 N2

R1

H1H2

H3

R3

R2H4

H5

H6

H9

H8

H7

N

Network sizes

• LAN – local‐area network• WAN – wide‐area network• MAN – metropolitan area network; larger than local area network (LAN) but smaller than the area covered by a wide area network (WAN).

• SAN – storage area network – is a high‐speed network of storage devices that also connects those storage devices with servers. 

• CAN – Controller Area Network (also known as CAN bus) is a vehicle bus standard designed to allow microcontrollers and devices to communicate with each other in applications without a host computer.

• PAN – personal area network; network of localized and personalized devices.

• GAN – global area network; connecting everything.

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 26

Network sizes

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 27

Source: www.cebylon.com/khi1/141‐01‐GAN‐MAN.html

Networks and graphs [1]

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 28

N1

N3 N2

R1

H1H2

H3

R3

R2H4

H5

H6

H9

H8

H7

H1H2

H3

N1

R2R1

N2

H4

H5

H6H7

H9

H8

N3R3

Networks and graphs [2]

• Nodes • Links• Topology

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 29

Formal definition of a network graph:

Topology examples

Grundlagen der Rechnernetze ‐ Introduction 30

Bus Tree

Star Ring Mesh