Kommunikationssysteme - Cheatsheet

OSI-Modell: Schichten und Funktionen

Definition:

Das OSI-Modell (Open Systems Interconnection) ist ein Referenzmodell für standardisierte Kommunikationsprotokolle in sieben Schichten.

Details:

• Schicht 1: Physikalische Schicht - Übertragung von Bitströmen über physische Medien.
• Schicht 2: Sicherungsschicht - Sicherer Datentransfer zwischen zwei benachbarten Systemen; Fehlererkennung und -korrektur.
• Schicht 3: Netzwerkschicht - Routing, logische Adressierung, Pfadbestimmung zwischen Systemen.
• Schicht 4: Transportschicht - End-to-End-Kommunikation, Datenflusskontrolle, Fehlerbehebung.
• Schicht 5: Sitzungsschicht - Verbindungen aufbauen, verwalten und beenden.
• Schicht 6: Darstellungsschicht - Datenformatierung, Verschlüsselung, Kompression.
• Schicht 7: Anwendungsschicht - Schnittstellen zu Anwendungen, Netzwerkdienste wie E-Mail, FTP.

TCP/IP-Protokoll: Struktur und Nutzung

Definition:

TCP/IP-Protokoll definiert Kommunikationsstandards für Vernetzung und Datenübertragung im Internet.

Details:

• Vier Schichten: Anwendung (HTTP, FTP), Transport (TCP, UDP), Internet (IP), Netzzugang (Ethernet).
• IP-Adressen: Logische Adressierung von Geräten.
• TCP: Verbindungsorientiert, zuverlässige Datenübertragung (3-Wege-Handshake).
• UDP: Verbindungslose, schnelle Datenübertragung.
• Ports: Identifizieren spezifischer Dienste auf einem Host (z.B., HTTP - Port 80).
• Subnetzmasken: Bestimmen Netz- und Hostanteile einer IP-Adresse.
• Wichtig für Netzwerkprotokolle und Internetanwendungen.

IPv4 und IPv6: Unterschiede und Anwendungsbereiche

Definition:

IPv4 und IPv6 sind Protokolle zur Adressierung und zum Routing von Paketen im Internet. IPv4 verwendet 32-Bit Adressen, während IPv6 128-Bit Adressen nutzt.

Details:

• IPv4: 32-Bit-Adressen, begrenzt auf ~4,3 Milliarden Adressen
• IPv6: 128-Bit-Adressen, fast unbegrenzte Anzahl von Adressen
• IPv6 bietet bessere Unterstützung für autokonfigurierende Netzwerke und Mobilität
• IPv4-Adressknappheit führt zur Nutzung von NAT (Network Address Translation)
• IPv6 vereinfacht das Routing und verbessert die Sicherheit
• Anwendungsbereiche: Aktuell dominiert IPv4, Übergang zu IPv6 in vollem Gange, IPv6 insbesondere in neuen Netzwerken und größeren Internetdiensten verwendet

Datenübertragungstechniken: Leitungsgestützt vs. Funkübertragung

Definition:

Definition und Abgrenzung zwischen den beiden Hauptkategorien der Datenübertragungstechniken.

Details:

• Leitungsgestützt: Datenübertragung über physische Medien (Kupferkabel, Glasfaser).
• Funkübertragung: Datenübertragung über drahtlose Medien (WiFi, Bluetooth, Mobilfunk).
• Vor- und Nachteile beachten: Leitungsgestützt (hohe Stabilität, hohe Bandbreite, Abhörsicherheit) vs. Funkübertragung (Mobilität, geringere Installationskosten).
• Signalmodulation: Leitungsgestützt (PAM, QAM) vs. Funkübertragung (AM, FM, PSK).
• Fehleranfälligkeit: Leitungsgestützt (geringer) vs. Funkübertragung (höher, durch Interferenzen und Umwelteinflüsse).

Multiplexing und Modulationsverfahren

Definition:

Techniken zur Erhöhung der Effizienz und Bandbreitennutzung in Kommunikationssystemen.

Details:

• Multiplexing: Mehrere Signale teilen sich ein Übertragungsmedium.
• FDM: Frequenzmultiplexverfahren.
• TDM: Zeitmultiplexverfahren.
• CDMA: Codemultiplexverfahren.
• Modulationsverfahren: Anpassung eines Trägersignals zur Übertragung von Informationen.
• AM: Amplitudenmodulation.
• FM: Frequenzmodulation.
• PM: Phasenmodulation.
• QAM: Quadraturamplitudenmodulation: Kombination von AM und PM.

Verschlüsselungstechniken und Authentifizierung

Definition:

Techniken zur Sicherung von Daten und zur Verifizierung der Identität im Bereich der Kommunikationssysteme.

Details:

• Symmetrische Verschlüsselung: derselbe Schlüssel für Ver- und Entschlüsselung (\text{AES}, \text{DES})
• Asymmetrische Verschlüsselung: öffentlich-privates Schlüsselpaar (\text{RSA}, \text{ECC})
• Hashfunktionen: Erzeugung einer eindeutigen Prüfsumme (\text{SHA-256})
• Digitale Signaturen: Authentifizierung und Integritätsprüfung, basierend auf asymmetrischer Verschlüsselung
• Zertifikate: Authentifizierung der Schlüssel, oft durch \text{CAs} ausgestellt
• Protokolle: \text{SSL/TLS} für sichere Kommunikation

Netzwerkarchitekturen: Client-Server und Peer-to-Peer

Definition:

Client-Server: Zentralisierte Architektur mit einem Server und mehreren Clients. Peer-to-Peer (P2P): Dezentrale Architektur, in der alle Knoten gleichwertig sind.

Details:

• Client-Server: Server stellt Dienste bereit, Client fragt an
• Beispiele: Webserver, Datenbankserver
• Vorteile: Zentrale Kontrolle, einfache Wartung
• Nachteile: Single Point of Failure, mögliche Skalierungsprobleme
• Peer-to-Peer: Jeder Knoten bietet und nutzt Dienste
• Beispiele: BitTorrent, Bitcoin
• Vorteile: Hohe Skalierbarkeit, keine zentrale Abhängigkeit
• Nachteile: Komplexität beim Datenabgleich, Sicherheitsprobleme

Netzwerk-Topologien: Bus-, Ring-, Stern- und Mesh-Topologie

Definition:

Verschiedene Arten der Anordnung von Netzwerk-Komponenten zur Optimierung von Kommunikation und Leistung.

Details:

• Bus-Topologie: Alle Geräte sind über ein gemeinsames Übertragungsmedium verbunden. Einfach zu implementieren, aber anfällig für Kollisionen und schwierig zu erweitern.
• Ring-Topologie: Jede Komponente ist mit genau zwei anderen Komponenten verbunden, bildet einen geschlossenen Kreis. Geringe Kollisionswahrscheinlichkeit, aber empfindlich gegenüber Ausfällen.
• Stern-Topologie: Alle Geräte sind direkt mit einem zentralen Knoten verbunden. Einfach zu verwalten, jedoch einzelne Ausfallpunkte (Hub/Schalter).
• Mesh-Topologie: Jedes Gerät ist mit mehreren anderen verbunden. Hohe Redundanz und Ausfallsicherheit, aber komplex und teuer in der Implementierung.