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Kapitel 3 – Netzwerke und Internetworking

3.3 Netzwerkgrundlagen

Die Grundlage für Computernetzwerke ist die Paketvermittlungstechnik, die in den

60er Jahren entwickelt wurde. Die Paketvermittlung war ein radikaler Schritt über

die zuvor geschalteten Telekommunikationsnetzwerke hinaus, die für Telefonie- und

Telegrafie-Kommunikation verwendet wurden; sie nutzt aus, dass Computer die

Daten während der Übertragung speichern können. Auf diese Weise können Pakete,

die an unterschiedliche Ziele adressiert sind, eine einzige Kommunikationsverbindung

verwenden. Die Pakete werden in einen Puffer gestellt und dann übertragen,

sobald die Verbindung zur Verfügung steht. Die Kommunikation ist asynchron –

Nachrichten kommen an ihrem Ziel nach einer Verzögerung an, die in Abhängigkeit

von der Zeit variiert, die Pakete im Netzwerk unterwegs sind.

3.3.1 Paketübermittlung

In den meisten Anwendungen von Computernetzwerken werden logische Informationseinheiten

oder Nachrichten übertragen – das sind Abfolgen von Datenelementen

beliebiger Länge. Bevor jedoch eine Nachricht übertragen wird, wird sie in Pakete zerlegt.

Die einfachste Form eines Pakets ist eine Abfolge binärer Daten (ein Feld mit Bits

oder Bytes) begrenzter Länge zusammen mit Adressinformationen, die ausreichen,

um Quell- und Zielcomputer zu identifizieren. Pakete begrenzter Länge werden

benutzt:

õ

õ

damit jeder Computer im Netzwerk ausreichend viel Pufferspeicher reservieren

kann, um das größte mögliche ankommende Paket aufzunehmen;

um die übermäßigen Verzögerungen zu vermeiden, die auftreten können, wenn

darauf gewartet werden muss, dass Kommunikationskanäle frei werden, wenn

lange Nachrichten übertragen werden, die nicht unterteilt sind.

3.3.2 Daten-Streaming

Es gibt wichtige Ausnahmen von der Regel, dass die auf Nachrichten basierende

Kommunikation die meisten Bedürfnisse von Applikationen erfüllt. In Kapitel 2

haben wir bereits erwähnt, dass Multimedia-Applikationen auf der Übertragung von

Streams aus Audio- und Video-Datenelementen mit garantierter Geschwindigkeit

und begrenzten Latenzen basieren. Solche Streams unterscheiden sich wesentlich von

dem nachrichtenbasierten Verkehr, für den die Paketübermittlung entworfen wurde.

Das Streaming von Audio und Video bedingt sehr viel höhere Bandbreiten als die

meisten anderen Kommunikationsformen in verteilten Systemen.

Die Übertragung eines Video-Streams für die Echtzeitanzeige bedingt eine Bandbreite

von etwa 1,5 Mbps bei komprimierten Daten oder 120 Mbps bei nicht komprimierten

Daten. Darüber hinaus ist der Datenfluss fortlaufend, im Gegensatz zu dem

intermittierenden Verkehr, der durch typische Client-/Server-Client-/Server-Kommunikationen

entsteht. Die Abspielzeit eines Multimedia-Elements ist die Zeit, zu der

es angezeigt (bei einem Video-Element) oder in Audio umgewandelt (für ein Sound-

Sample) werden muss. In einem Stream mit Video-Frames beispielsweise, der 24 Einzelbilder

pro Sekunde verwendet, hat der Frame N eine Abspielzeit, die N/24 Sekunden

nach der Startzeit des Streams liegt. Elemente, die nach ihrer Abspielzeit an

ihrem Ziel eintreffen, sind nicht mehr sinnvoll und werden vom empfangenden Prozess

verworfen.

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