6. Semester, Nachrichtentechnik, 2013Technik der digitalen Netze, Teil 6, S. Rupp Technik der digitalen Netze Teil 6 – Protokolle und Datenmodelle Stephan

6. Semester, Nachrichtentechnik, 2013Technik der digitalen Netze, Teil 6, S. Rupp

Technik der digitalen NetzeTeil 6 – Protokolle und Datenmodelle

Stephan Rupp

Nachrichtentechnik

www.dhbw-stuttgart.de

6. Semester, Nachrichtentechnik, 2013Technik der digitalen Netze, Teil 6, S. Rupp 2

Inhalt

Protokolle und Datenmodelle

• IP basierende Netze

• Voice over IP

• SIP Happens

• Service Orientierte Architekturen

• Die Zukunft der Netze


IP basierende Netze - Subnetworks

Subnetworks (Teilnetze) sind die kleinsten Netzbereiche im Internet.

• Üblicherweise entsprechen sie einem LAN-Segment.

• Sie bestehen aus Workstations und Servern - „Internet Hosts“.

• Jeder „Internet Host“ hat (mindestens) eine IP-Adresse.

• Router bilden den Übergang zwischen den Subnetworks.

Sub-

Net-

Work

Host 2

Host 1 Host 3

Host 6Host 4

Host 5

LANRouter

Quelle: Harald Orlamünder


Verbinden von Teilnetzen (1)

IP Subnetworks werden durch IP Router miteinander verbunden.

Der IP Router besitzt eine IP-Adresse per Port.Quelle: Harald Orlamünder

IP Subnetwork IP Subnetwork


Internet

Nutzer

Internet

Nutzer

IP Router


Verbinden von Teilnetzen (2)

Um eine größere Strecke zu überwinden

wird ein Router-Paar eingesetzt.


IP Router

IP SubnetworkIP Subnetwork


Internet

Nutzer

Internet

Nutzer

IP Router


IP-Netze: Autonomes System

Ein Autonomes System (AS) besteht aus einer Menge Router und Netze (Sub-networks), die einer gemeinsamen technischen Verwaltung unterstehen.

Das Autonomes System ist charakterisiert durch:

• ein gemeinsames Routing-Protokoll (üblicherweise)

• volle Erreichbarkeit im AS


In der OSI-Welt wird das Autonome System “Routing

Domain” genannt.

IP Subnetwork

IP Subnetwork

IP Subnetwork

Autonomous

System


Verbinden Autonomer Systeme


IP Subnetwork

IP Subnetwork

IP Subnetwork

IP Subnetwork

IP Subnetwork

IP Subnetwork

IP Subnetwork

IP Subnetwork

IP Subnetwork

Autonomous System 1

Autonomous

System 2

Autonomous

System 3

Exterior Routing

Protocols

Interior

Routing

Protocols


Internet Service Provider (ISP)

Logische Sicht des Netzes


ISP

R = Router

S = Server

N = Network Access Server

zu anderen ISPs oder zum Backbone

Kunde des ISP mit

Wähl-Zugang

bzw. DSL

Kunde des ISP mit

permanentem Zugang

(Mietleitung)

NN

NN

RR

SS

RR

SS

RR


Internet Service Provider (ISP)

Physikalische Sicht des Netzes


NN

NN

RR

SS

RR

SS

RR

Übertragungs-technisches Netz PSTN/ISDN

OVstOVst

zu anderen

ISPs oderzum

Backbone

Standort AStandort B

R = Router

S = Server

N = Network Access Server

OVst = Orts-Vermittlungsstelle ISP


Das Internet als Netz


N = Network Access ServerR = RouterS = Server

CIX = Commercial Internet ExchangeISP = Internet Service Provider

Internet

ISP 2

ISP 3

ISP 4

ISP 1

Back-bone

RR

RR

RR

RR

RR

RR

RR

RR

RR

NN

NN

NN

NN

NN

NN

SS

SS

SS

SS

SS

NN

CIX

RR

RR

RR

RR

RR1.

3.2.

1. Router-Paar2. unabhängiger Router „CIX“3. unabhängiges IP-Backbone

NN


Inhalt



• Voice over IP

• SIP Happens




Sprachpakete im Internet

• Digitalisieren

• Kodieren

• Paketieren

• Auspacken

• Dekodieren

• Zusammensetzen• Übertragen


Schichtenmodell

A

B

Terminal

(Endgerät) Terminal

(Endgerät)

Netzebene

Modemebene

Anwendungsebene

WiFi DSL DSL EthernetSDH

SIP: SignalisierungRTP: Sprachkanal

SIP: SignalisierungRTP: Sprachkanal

IPIP

http://www.edb.utexas.edu/ATLab/Clipart/devicepics/bus.jpg


Voice over IP

Von Mund zu Ohr: Telefonieren verträgt wenig Verzögerungen


Öffentliche Netze

IP Network

(Carrier)

PSTN

Call Server/

Gateway Controller

Media Server

PLMN

Trunking GW

Trunking GW/

Signalling Gateway

Call Server• session states• SIP control• H.323 control• MGCP/Megaco

Media Servers• announcements• customised tunes• conferences• voice mail• streaming media• trunking gateways

Mobilnetz

Festnetz


Inhalt



• Voice over IP

• SIP Happens




Telefonieren mit SIP – SIP User Agent

SIP: Session Initiation Protocol (Signalisierungsprotokoll für Sessions)

• User Agent: Anwendungssoftware auf Terminals (SIP End Points)

• Terminals: PCs, Telefone, …

• Sind User Agents Clients oder Server?

– Client: Ich rufe an.

– Server: Ich nehme einen Anruf an.

• User Agent: Client + Server

SIP User Agent

Request

Response

SIP User Agent

Quelle: Gerd Siegmund


Erst registrieren, dann telefonieren

Registrar

• nimmt “REGISTER requests” an und registriert Teilnehmer

• Üblicherweise im SIP-Server implementiert

• Verwendet SIP Location Service im Informationen über Teilnehmer zugänglich zu machen

User Agent

Register

OK

Registrar



Location Server

• Enthält Information über den Aufenthaltsort des Teilnehmers im Sinne einer Anrufweiterleitung

• Location Servers können als Teil eines SIP Servers implementiert werden

Location Service

Registrar

Proxy Server

Redirect Server



SIP Server

Proxy Server

• Server und Client zur Vermittlung von Sessions

• Verwaltet Zustände (states) oder wird zustandslos betrieben

Redirect Server

• Nur Server

• Vermittelt Server-Adressen

1 2

2

1

3

4



Verbindungsuafbau mit SIP

SIP Transaktion• SIP funktioniert wie HTTP (Web) oder

SMTP (Mail)

• SIP ist ein textbasiertes Protocol wie HTTP

• Client schickt Service Requests und empfängt Service Responses

• Server empfängt Requests und verschickt Responses

• Eine SIP Transaktion besteht aus SIP

• Request (Anfrage)

• Ggf. Responses über Zwischenstände

• Response (Antwort)

• Transaktionen sind durchnumeriert (command sequence numbers, Cseq)

Client Server

200(OK)

BYE

ACK

180(Ringing)

100(Trying)

INVITE

200(OK)



SIP Adressen

Universal Resource Locators (URL)

Sind Namen, wie E-Mail Adressen (SMTP)

Beispiele für SIP Addressen:

sip:[email protected]:[email protected]:[email protected]

Um die SIP Adresse in eine Netzadrese zu übersetzten, wird DNS (Domain Name Service) verwendet, sowie der Location Server



SIP Nachrichten (Messages)

generic

message

message

body

start line

message header

CRLF CRLF

message body

Request-LineStatus-Line

general-headerrequest-headerresponse-headerentity-header

SDP

Define

transaction

Describe

transaction

Exchange

capabilities

Blank

line



Beispiel für eine SIP Nachricht

INVITE sip:[email protected] SIP/2.0Via: SIP/2.0/UDP kton.bell-tel.comFrom: A. Bell <sip:[email protected]>;tag=3To: T. Watson <sip:[email protected]>Call-ID: [email protected]: 1 INVITEContact: <sip:[email protected]>Subject: Mr. Watson, come here.Content-Type: application/sdpContent-Length: ...

v=0o=bell 53655765 2353687637 IN IP4 128.3.4.5s=Mr. Watson, come here.t=3149328600 0c=IN IP4 kton.bell-tel.comm=audio 3456 RTP/AVP 0 3 4 5a=rtpmap:0 PCMU/8000a=rtpmap:3 GSM/8000a=rtpmap:4 G723/8000a=rtpmap:5 DVI4/8000

Request/Status Zeile

Header

Body



SIP Requests

Jeder Request löst eine Server-Methode aus

SIP definiert 6 Methoden

• REGISTER registers with location service

• INVITE initiates call

• ACK confirms final response

• CANCEL cancels a pending request

• BYE for terminating sessions

• OPTIONS queries feature support by remote side



SIP Status Codes

Wie HTTP Response Codes

1xx Informational ( e.g. 100 Trying, 180 Ringing )

2xx Successful ( e.g 200 OK)

3xx Redirection ( e.g. 302 Moved Temporarily )

4xx Request Failure ( e.g 404 Not Found, 482 Loop Detected )

5xx Server Failure ( e.g 501 Not Implemented )

6xx Global Failure ( 603 Decline )



SIP mit Rufumleitung (Redirect)


302 Move temporarily

ACK

ACK

BYE

200 OK

munich.deberlin.de

[email protected]@berlin.de

Media Session

INVITE

Redirect Server1

2

12

11

13

14

10

6

7

100 Trying

180 Ringing

200 OK9

INVITE

Proxy Server180 Ringing

200 OK

INVITE

4

5

8

3

cologne.de

munich.de


SIP mit Verzweigung (Call Forking)


berlin.de

[email protected]

[email protected]

ACK

BYE

200 OK

Media Session8

7

9

10

3

100 Trying

6 200 OK

INVITE

Proxy Server

4 200 OK

INVITE

1

2

munich.de

SIP Phone

SIP Client

SIP enabled

Organizer

SIP enabled

mobile phone

3 INVITE

3 INVITE

3 INVITE

5 CANCEL

5 CANCEL

5 CANCEL


Session Description Protocol (SDP)

• SDP wird verwendet um die Medienformate zu spezifieren (Audio, Video, Codecs etc)

• Format: Parameter = Value

• SIP transportiert SDP im Message Body

• SDP ist ebenfalls textbasierend

• SDP ist specifiziert in RFC 2327



SIP und SDP


macrosoft.com

INVITE sip:[email protected] SIP/2.0To: sip:[email protected]: sip:[email protected]: [email protected]: 1 INVITEContact: [email protected]

INVITE sip:[email protected] SIP/2.0To: sip:[email protected]: sip:[email protected]: [email protected]: 1 INVITEContact: [email protected]

c=IN IP4 128.59.19.38m=audio 5100 RTP/AVP 0c=IN IP4 128.59.19.38m=audio 5100 RTP/AVP 0

SDP

SIP

c=IN IP4 128.59.19.38m=audio 5100 RTP/AVP 0

Internet IPv4 Zieladresse

Audio Port Transp.=RTP G.711

INVITE sip:[email protected] SIP/2.0

To: sip:[email protected]


To: sip:[email protected]

c=IN IP4 128.59.19.38

m=audio 5100 RTP/AVP 0

c=IN IP4 128.59.19.38

m=audio 5100 RTP/AVP 0


Ein Beispiel

SDP im SIP

Message Body



Via: SIP/2.0/UDP kton.bell-tel.com

From: A. Bell <sip:[email protected]>;tag=3

To: T. Watson <sip:[email protected]>

Call-ID: [email protected]

CSeq: 1 INVITE

Contact: <sip:[email protected]>

Subject: Mr. Watson, come here.

Content-Type: application/sdp

Content-Length: ...

v=0

o=bell 53655765 2353687637 IN IP4 128.3.4.5

s=Mr. Watson, come here.

t=3149328600 0

c=IN IP4 kton.bell-tel.com

m=audio 3456 RTP/AVP 0 4

a=rtpmap:0 PCMU/8000

a=rtpmap:4 G723/8000

Protocol version number

Owner/creator and session identifier

Session name

Time session starts and stops

Connection information

Media information

Attributes


Inhalt



• Voice over IP

• SIP Happens




Die Evolution der Programmierung


Computer

Program

...

...

...

...

...

...

...

1. Linear

Im Netzwerk

4. Verteilte Objekt-orientiert

Computer

1Main

Program

Computer2

1.

Method

2. Method3.

Method

3. Objekt-orientiert

Computer

Main

Program

Objekte

1. Method

2. Method3.

Method

2. Strukturiert

Computer

Main

Program

Funktionen, Prozeduren

1. Sub

Program

2. Sub

Program

3. Sub

Program


Verteilte Programmierung


LAN and WAN Internet

Format:

objektorientiertnicht objekt-orientiert

In Sun‘s NFS:

XDReXternal Data

Representation

Microsoft-Way

DCOMDistributed

ComponentObject Model

RPCRemote

ProcedureCall

Zeit

Based on:

Transported via:

Format:

SOAPSimple Object

Access Protocol

XMLeXtended Markup

LanguageHTTP,SMTP,

.....Unabhängig von Betriebssystem und Sprache

Web-Service

Format:

CORBACommon ObjectRequest Broker

Architecture

IDL Interface Definition

Language

JAVA-Way

RMIRemote Method

Invocation


CORBA

Common Request Broker Architecture

ServerClient

IDL SkeletonIDL Stub

Messages

Client

Application

Server

Objects

Interface and Implementation

repositories

Client und Server mit unterschiedlichen

Betriebssystemen und SprachenClient und Server mit unterschiedlichen

Betriebssystemen und Sprachen


CORBA im Detail


Ein anderer Ansatz

Rekonstruktion des Clients aus formaler Kontext-Definition

Client

System A

Server

System B

Kontext-DefinitionKontext-DefinitionKontext Anfrage

1

Service Anfrage3

2 Rekonstruktion der Service Anfrage (Client-Stub) aus der Kontext-Definition


Beispiel: Java Client aus Kontext

Client Server

Proxy-

Objekt

Server-

Object

Kontext Anfrage:

get WSDL

Service Aufruf (Service Invocation)

1

3

2 Rekonstruction des Client Proxy- Objekts aus WSDL (Kontext) durch ein Werkzeug (z.B. WSDL2Java)

JRE xRE

WS - Server

2

Dynamic WSDL 0Server Objekt publizieren

WSDL: Web Service Description Language

JRE: Java Runtime Environment

xRE: x-beliebige Laufzeitumgebung


Web-Service Komponenten


= „Provider“

Web Service Provider

Liefert Referenzen (Zeiger) für Dienste (vgl.

“Gelbe Seiten”

Dienstbeschreibung (Kontext))

WSDL

application of a service

SOAP

bind

publish

SOAP

Info

rmat

ionen

(Met

a-Dat

en)

über D

ienst

angeb

ot

publizie

ren

Verzeichnis

UDDI

= „Broker“Inform

ationen

über einen

Dienst suchenSOAP

find

Web ServiceUser

= „Requester“


Dienstverzeichnis (UDDI)

Dienst = Web-Service


Dienst-verzeichnis

UDDIUniversal

DescriptionDiscovery

and Integration

UDDI liefert einen

Zeiger (URL) auf die

WSDL-Beschreibung

des Dienstes

UDDI liefert einen

Zeiger (URL) auf die

WSDL-Beschreibung

des Dienstes

Dienst-beschreibung

XMLeXtended Markup

Language

WSDLWeb Services

DescriptionLanguage

Format

transported

over:HTTP,SMTP,

.....

Based on:

White PagesGeneral information about the

organisation offering the service

White PagesGeneral information about the

organisation offering the service

Yellow PagesInformation sorted by certain

criteria

Yellow PagesInformation sorted by certain

criteria

Green PagesMethods and Parameters valid

for the service

Green PagesMethods and Parameters valid

for the service


Inhalt



• Voice over IP

• SIP Happens




Benutzerprofile und Geräteprofile

Beschreiben Anwendungen und Anwendungsgebiete

Benutzerprofil • z.B. Mobilfunkkunde

• Nutzer und beanspruchte Dienste

Geräteprofil• dem Benutzerprofil assoziiert

• beschreibt Gerät, Hersteller, Hardware und Softwarestand

Außerdem:

• Kennzeichnungssysteme

• Semantische Daten

• Metadaten: Ort, Zugriff, Dienstbeschreibung

Nutzer

Geräte

Gerät

HW FW SW


Erweitertes Referenzmodell

Physical

Link

Network

Transport

Session

Presentation

Application

Semantics

PhilosophicalLayer 9

Layer 8

Layer 7

Layer 4

Layer 3

Layer 2

Layer 1

Warum? Wozu? – Sinn, Zweck, Nutzen

Was? - Kennzeichnungssystem, Datenmodelle, Werkzeuge

Telefonieren, VoIP, SMS, E-Mail, Web, …

Ende-zu-Ende Verbindung, Socket, …

Adressraum, Paketzustellung, …

Frames, Prüfsummen, …

Hardware, Modulation, …


Infrastruktur für neue Dienstangebote

Nutzer und Geräte

Identitäts-Manager

Geräte & Software

(Hersteller, ASP)Service

Neue Dienstangebote

Neue Netzinfrastruktur

Semantisches Modell (Domain Model)

Meta-Information

(Dienstverzeichnis, Dienstzugriff)

Verzeichnisdienste

ASP: Application Service Provider (Cloud etc)


Rollen für Dienstleistungen

Verteilung der Rollen• Nutzer: verwendet Geräte und nimmt Dienstleistungen in Anspruch

(Vertragspartner z.B. für Konfigurationsmanagement)

• Identity Provider: überprüft Identitäten (Ist dieses Gerät bei diesem Kunden eingetragen?, Ist dieser Servicetechniker authorisiert?, Passt diese Software auf das Gerät?, ...)

• Gerätehersteller bzw. ASP: Pflege von Softwareständen für Geräte und ggf. Remote Configuration bzw. Remote Updates

• Service: vertragliche Betreuung des Kunden und ggf. Leistungen vor Ort

Benötigt werden• ein gültiges Kennzeichnungssystem

• neue Netzinfrastruktur (Inventories, Authentisierung, Sicherheit).


Meta-Information und Semantik

Meta-Information:• Wo findet sich was?

• Wie lassen sich Informationen abfragen?

• z.B. Web-Services (UDDI/Inventory und WSDL)

Semantische Modelle: Information wird sichtbar (vorher in Anwendungen eingeschlossen)

• Wer benutzt Information?

• Was wird benötigt?

• Wie wird Information benutzt?

• Welche Begriffe werden verwendet?

Ermöglicht Design zusammen mit dem Kunden• Welche Datenbestände werden verwendet und wie kombiniert?

• Wie werden Ergebnisse abgelegt und dargestellt?


Nutzen eines Referenz-Datenmodells

Referenz- Datenmodell

nach Industriestandard

bzw. herstellerspezifisch

Editor

Geräte mit Daten nach Referenzmodell

Anwendung 1

Anwendung 2

Netzwerk

Gerät 2

Gerät 1


Schematransformation

Gerätespezifische Modelle werden auf das Referenzschema abgebildet

Referenz- Datenmodell gerätespezifisches Datenmodell

Schema für die Transformation

Design-Tool


Beispiel

Datenmodelle und Schema-Transformationen flexibel anpassen

…

Semantic

Engine

Regeln zur Konvertierung der Datenmodelle

WS, SOAP CORBA LDAP

Protocol Handler

other

Protokolle

Protokolldaten

Administration Anwendungen

GUI OSS HLR MMS Video mail

Data

Handler

internes dynamisches

Datanmodell

Data Base

ServersDesign Tool

Referenz Datenmodell


Technik der digitalen Netze

ENDE Teil 6 – Protokolle und

Datenmodelle

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