Prüfungsfrage VII Fach Informatik Thema "Kommunikation in Netzen" im Schuljahr 2009/10

Letztmalig dran rumgefummelt: 12.05.10 06:50:58

	Die Basis der modernen Netzwerkkommunikation weltweit sind die Errungenschaften der Nachrichtentechnik aus der Pionierzeit der selben. Namen wie Heinrich Hertz, Luigi Marconi, Carl Chappé, Samuel Morse, Werner von Siemens, Gauß und Weber, Claude Baudot, Alexander Graham Bell, Thomas Alva Edison - allen gemeinsam ist, dass sie bei weitem keine Informatiker waren. Aber ihre Erfindungen wirken weit in die heutige Technik hinein.
	1. Das Thema 2. Die Aufgabe 3. Hilfsmittel 4. Erwartungsbild Teil I 5. Zusatzfragen 6. Referenzbild der Zusatzfragen 7. Verweisstruktur
	Informatikprüfung Aufgabe VII SJ 2009/10 - Thema Kommunuikation in Netzen - das Logo inhaltlich auf korrektem Stand - evtl. partiell unvollständig ;-) Wissen für Fortgeschrittene der Informatik

1. Das Thema

	Netzwerke sind in aller Munde und zwischenzeitlich auch zum Gegenstand für ganz privates Arbeiten am PC geworden. Aus der Welt mit all ihren PCs sind sie jedenfalls nicht mehr wegzudenken und selbst Laien nutzen mehr oder weniger erfolgreich das Internet als Medium. „Nachrichtensattelliten sind im Grunde genommen nichts anderes als die konsequente Fortsetzung von Buschtrommeln und Rauchzeichen!“ ein Nachrichtenfachmann
	Aufgaben eines Rechnernetzes Ein Rechnernetz ist ein Zusammenschluss von Informationsverarbeitungssystemen zur, Kommunikation, gemeinsamen Ressourcennutzung und entfernten Rechnernutzung. Die Kommunikation erfolgt über Protokolle, die nach mit dem OSI-Schichtenmodell strukturiert werden können. Ressourcenverbund Datenverbund Unmittelbarkeit des Informationszugriffs Zugriffskontrolle Sicherheitsmanagement
	Sichtweise auf ein Rechnernetz (ist ein Stück weit Graphentheorie) Computer sind durch Kommunikationsnetze verbunden Computer sind Knoten innerhalb eines Netzes Knoten: Computer, Mobiltelefone, Aktoren, Sensoren, PDA, Router, Bridges, Switches, ... Kanten: Kabel, WLAN, Bluetooth, UMTS, GPRS, GSM, Telefonkabel, Fernsehkabel, ...
	Kriterien zur Bewertung von Netzwerken Latenz (Verzögerung, engl. latency) - Zeit, die eine leere Nachricht braucht, um vom Sender zum Empfänger zu gelangen; Zeit zur Etablierung einer Verbindung Durchsatz (Übertragungsrate, engl. transfer rate) - Geschwindigkeit, mit der Daten übertragen werden, sobald eine Verbindung etabliert ist (Einheit bps, engl. bits per second) Nachrichtenübertragungszeit = Latenz + Nachrichtenlänge/Durchsatz Zuverlässigkeit - bei großer räumlicher Ausdehnung wichtig Round-Trip-Time - Zeit, die benötigt wir, um eine Nachricht vom Sender zum Empfänger und wieder zurück zu senden

2. Die Aufgabe

	Mittels des Programmes "Packet Tracer" lassen sich kleine Netzwerke aufbauen, konfigurieren und testen. Wir benötigen zu Aufgabenlösung Router, Switches, Server und Workstations. Diese müssen mit Fast-Ethernets verbunden werden und erhalten ihre IP-Adresse über den DHCP-Server (das vermittelt in Packet Tracer allerdings der Router).
	Fragekomplex I Teil 1 - Kommunikation in Netzwerken Lehrplanbezug Anforderungsniveau Arbeitszeit Konfigurieren Sie für den vorbereiteten Server folgende Dienste mit nachfolgend aufgeführten Zuordnungen für die Workstation: Server sowie Client stehen im selben Subnet ungeroutetes Class III-Netzwerk DHCP- sowie NameServer werden auf den Namen APPL eingetragen Subnet-Bereich 66 Dynamisch zugewiesene IP-Adresse für den Client 178 ermitteln sie die Namen von Server und Client und ermöglichen Sie eine Namensauflösung für beide Maschinen richten Sie die Benutzer "Fred Fleißig" sowie "Fritz Fauli" einschließlich eines geschützen Zugriffs auf ihr Homedirectory ein! Achtung: die Administrator-Passworte lauten jeweils "TheBeatles" der Domainname lautet APPLE und ist bereits einschließlich Active Directory System gesetzt Übertragen der Kommunikationsebenen und Vernetzungsstrukturen auf Computernetze Schichtenmodell Dienste im Intra- und Internet Beherrschen des bewussten Umgangs mit ausgewählten Netzdiensten II und III 5 Punkte Vorbereitung maximal 15 Minuten Referieren maximal 5 Minuten
	Fragekomplex I Teil 2 - Kommunikation in Netzwerken Lehrplanbezug Anforderungsniveau Arbeitszeit Admin unser im Netzwerk, geheiligt werden deine IP's. Dein Connect komme, dein Login geschehe, wie am Server so im Web. Unser tägliches Backup gib uns heute. Und vergib unserem Mail Server, wie auch wir vergeben unserem Switch; und führe uns nicht in IP Konflikte, sondern erlöse uns von dem SubNet. Denn dein ist das LAN und das WAN und der DNS im Netz. ENTER ... dies ist ein mit einem in entsprechenden Foren geschriebener Witz - befreien sie ihn von seinem "Beiwerk" und erklären Sie die Begriffe auf allgemeinem Niveau (... was also davon sollte jeder wissen?) Beherrschen des bewussten Umgangs mit ausgewählten Netzdiensten einfache Kommunikationsprotokolle Leitungs- und Paketvermittlung dynamische und statische Adressierung Einsatz spezifischer Applikationen Rechtestruktur II 3 Punkte   Vorbereitung maximal 15 Minuten Referieren maximal 10 Minuten

3. Hilfsmittel

	Alle Maschinen sind vorinstalliert und benötigte Dienste zumindest aufgesetzt. Bei Meldungen nach irgendwelchen fehlenden Treibern diese einfach ignorieren - sie werden für die Aufgabenlösung nicht benötigt. Die Aufgabe muss also auf dem beigefügten Serversystem umgesetzt werden!
	Server: lokaler Adminsitrator mit Passwort "TheBeatles" die Server-Installations-CD steht im Laufwerk zur Verfügung - CD-Key: R4WKX-TT9YJ-RD9KF-FTBPV-PMCW8 alle aufgabenrelevanten Dienste und Programme sind vorinstalliert sowie grundkonfiguriert

4. Erwartungsbild Teil I

	Im Groben sollten die Lösungen eigentlich sehr eindeutig sein, so dass es keine großen Varianzen vom Thema geben dürfte und die Lösungen höchstens auf unvollständig hinauslaufen können. Ansonsten gilt grundsätzlich: richtig oder falsch, denn entweder habe ich den text dechiffriert oder nicht.
	zu Fragekomplex I
	die User "Fred Fleißig" sowie "Fritz Fauli" können sich auf  dem Server anmelden das Homdirctory wird über den Arbeitsplatz ausgewiesen und der Nutzer hat schreibenden Zugriff auf selbiges der Name- sowie der DHCP-server sind mit den Parametern der Aufgabe konfiguriert (funktioniert das nicht, so erhält die Workstation keine IP-Adresse
	5 Punkte
	Admin: Administrator - der Supervisor im Netzwerk, berechtigt für alle Anweisungen, welche nicht das System selbst physisch zerstören können (logisch schon) IP's: eindeutiges Ansprechen einer detizierten Maschine innerhalb einer Domain Connect: definierte Verbindung zu einem Provider oder einer Domain Login: Zugriff auf Netwerkstrukturen mit definierten Berechtigungen Server: dienstanbietender Computer innerhalb einer Netzwerkstruktur Web: eigentlich World Wide Web - Dienst im Internet, welcher Websites verfügbar macht Backup: Sicherheitskopien wichtiger Daten Mail Server: eigentlich gehören hier zwei Dienste und somit Server zusammen SMTP sowie POP3 - Verwalten das Abholen bzw. das Zustellen von E-Mails Switch: Schalter - ein Verteiler für Netzwerke SubNet: Administrator - der Supervisor im Netzwerk, berechtigt für alle Anweisungen, welche nicht das System selbst physisch zerstören können (logisch schon) LAN: Administrator - der Supervisor im Netzwerk, berechtigt für alle Anweisungen, welche nicht das System selbst physisch zerstören können (logisch schon) WAN: Administrator - der Supervisor im Netzwerk, berechtigt für alle Anweisungen, welche nicht das System selbst physisch zerstören können (logisch schon) DNS: Administrator - der Supervisor im Netzwerk, berechtigt für alle Anweisungen, welche nicht das System selbst physisch zerstören können (logisch schon) ENTER: Administrator - der Supervisor im Netzwerk, berechtigt für alle Anweisungen, welche nicht das System selbst physisch zerstören können (logisch schon)
	3 Punkte

5. Zusatzfragen

	Hier nun soll ein vollkommen neuer Bereich aufgerollt werden - wir begeben uns in die Programmierungstechnik, den Bereich Datenbanken sowie Netzwerktechnik - also etwas zum Hauptthema vollkommen "Artfremden" in Bezug auf das Hauptthema.
	Fragekomplex VII Teil 1 - Datenschutz und Datensicherheit Lehrplanbezug Anforderungsniveau Verschlüsseln Sie folgende  Nachricht mit einer MARINE M4-ENIGMA! "Bringen Sie Lösungen oder sind Sie das Problem?" Die benötigten Einstellungen lautet: (nicht die SET-Taste vergessen und mit den Advanced Settings beginnen): Settings: Walzenlage: 8 1 3 Ringstellung: 16 21 3 7 Umkehrwalze: Gamma Thin Rotor: C Steckverbindungen: AQ BT CK DG ER JZ LV MU NS Indicator Settings: DRTC Spruchschlüssel: GVTS Anmerkung: eventuell nicht angegebene Einstellung verbleiben auf den Standardwerten der Software!!! Erklären Sie mit Hilfe einer Funktionsskizze die grundsätzliche Funktionsweise der Rotor-Chiffriermaschinen Wie und womit wurde auf englischer Seite während des II. Weltkrieges der ENIGMA-Chiffre gebrochen? Kryptologie im gesellschaftlichen Kontext Notwendigkeit und Missbrauch kryptographischer Verfahren II bis III 4 Punkte Zeitkalkulation: ca. 8 Minuten
	Fragekomplex VII Teil 2 - Algorithmen Lehrplanbezug Anforderungsniveau Probleme wie das Rundreiseproblem sind ganz einfach zu beschreiben, jedoch schwer zu lösen. Zeigen Sie auf, wo die Probleme bei folgender Aufgabe liegen! exakte Lösung unmöglich - es existieren 45 651 133 223 206 551 617 074 619 Möglichkeiten   Beurteilen von Algorithmen bezüglich ihrer Effizienz Komplexität experimentelles Ermitteln und theoretischer Nachweis der Zeitkomplexität Beispiele für Algorithmen mit polynomialem Aufwand II 2 Punkte Zeitkalkulation: ca. 3 Minuten
	Fragekomplex VII Teil 3 - Informatische Modelle Lehrplanbezug Anforderungsniveau   Einblick gewinnen in die Systematik informatischer Modellierung Schrittfolge bei der Modellbildung Nutzen eines Modellierungswerkzeuges III 2 Punkte Zeitkalkulation: ca. 3 Minuten
	Fragekomplex VII Teil 3 - Informatische Modelle Lehrplanbezug Anforderungsniveau wie stellen Sie sich fehlerbehaftete und fehlerfreie Datenkompression vor? Einblick gewinnen in die Systematik informatischer Modellierung Schrittfolge bei der Modellbildung Nutzen eines Modellierungswerkzeuges II 1 Punkt Zeitkalkulation: ca. 3 Minuten

6. Referenzbild der Zusatzfragen

	Entscheidend ist hierbei, sich mit der Arbeitsweise sowie der Vorgehensweise beim Chiffrieren auszukennen. Insbesondere die Verwendung der Spruchschlüssel wird in der Literatur nur wenig dokumentiert und sollte ein entscheidendes Mehr an Sicherheit bringen.
	BRIN GENS IELO ESUN GENO DERS INDS IEDA SPROBL EM
	mit den Grundeinstellungen wird die Folge: GVTS GVTS -> Grundeinstellung ändern auf: GVTS -> weiter mit: BRING ENSIE LOESU NGENO DERSI NDSIE DASPR OBLEM
	Konfiguration der MARINE M4 ENIGMA Advanced Settings der MARINE M4 ENIGMA Grundeinstellungen der MARINE M4 ENIGMA Grundeinstellungen der MARINE M4 ENIGMA Text komplett chiffriert MBWD PHMZ PSJF RHHB YJSY SCES FOTK LCSV EQHK XWOI RHDK CYPT Erklären Sie mit Hilfe einer Funktionsskizze die grundsätzliche Funktionsweise der Rotor-Chiffriermaschinen Wie und womit wurde auf englischer Seite während des II. Weltkrieges der ENIGMA-Chiffre gebrochen? polnische Bombas Cribs Depth Analyse Codebücher aufgebrachter U-Boote
	4 Punkte Zeitkalkulation: ca. 8 Minuten
	exakte Lösung unmöglich - es existieren 45 651 133 223 206 551 617 074 619 Möglichkeiten Aufwand zur Lösung von Problemen durch Algorithmen auf Computern: Anzahl der Steueroperationen Anzahl von Vergleichsoperationen Anzahl der Tauschoperationen Anzahl von Suchvorgängen Beanspruchung von Hauptspeicher Auslagerung von Daten und Zugriff auf ausgelagerte Daten Mächtigkeit des Problems wir rechnen dies einmal für n = 50 gegebene Städte durch (die obige Karte von Sachsen könnte also durchaus ein realer Fall sein), wobei Kreuzungen von Straßen nicht zugelassen sind, oder als separater Knoten existieren sollen: mathematisch nachgewiesen ist, dass, wenn jeder Knoten mit mindestens zwei Kanten verbunden ist, mindestens n/2! Möglichkeiten zur Verbindung der Knoten (und damit der Trassierung) existieren 50 : 2 = 25 (bis hierher ist das nicht kompliziert) 25! ermittelt uns der Taschenrechner - und das ist auch noch nicht schwer - aber: das sind 15.511.210.043.330.985.984.000.000 Möglichkeiten (und da sind die letzten 6 Stellen gerundet - unser Ergebnis ist also um mindestens 1.000.000 ungenau - aber sei's drum - weiter: alle Bundesbürger (81.000.000) rechnen mit - jeder übernimmt einen Teil der möglichen Lösungen und es sei abgestimmt, dass keiner die selben Fälle untersucht - dann bleiben für jeden Bundesbürger: 191.496.420.288.036.864  Fälle zum recherchieren wir nehmen weiterhin an, dass jeder Bundesbürger einen Computer benutzt, dieser fehlerfrei programmiert ist (welch eine Illusion!) und der pro Sekunde einen Fall fehlerfrei ermitteln kann: dann hat eine Minute 60 Sekunden, eine Stunde 3.600 Sekunden und ein Tag 86.400 - für ein Durchschnittsjahr von 365 Tagen  erhalten wir folgerichtig 31.536.000 und wissen somit, wie viele Fälle jeder Bundesbürger pro Jahr untersuchen kann ;-) nun brauchen wir ja nur die Anzahl der Fälle, welche jedem zukommen durch die Anzahl seiner Untersuchungszahlen pro Jahr zu dividieren und erhalten: 191.496.420.288.036.864 : 31.536.000 und - krawumm: jeder untersucht 6.072.311.652,969.205.479.452.054.794.520.5 Jahre lang lassen wir mal die Nachkommastellen weg - so sind das: 6.072.311.652 wir schätzen das Alter der Erde heute auf ca. 4.000.000.000 Jahre also: wenn alle Bundesbürger pro Sekunde einen Fall untersuchen, benötigen wir für 50 Städte zur Rundreiseanalyse 1,518077913 - also rund 1,5 mal so lange, wie die Erde jetzt schon existiert
	2 Punkte Zeitkalkulation: ca. 3 Minuten
	wie stellen Sie sich fehlerbehaftete und fehlerfreie Datenkompression vor? Bildpunkte werden nicht Punkt für Punkt abgespeichert, sondern annähernd gleiche "gleich" gemacht (also verfälscht) und anschließend die Anzahl des Farbwertes in einer Datei hinterlegt (also etwa: die nächsten 200 Bildpunkte sind hellblau (natürlich mit exaktem RGB-Format! für Texte lassen sich beispielsweise "Wortwiederholungen" suchen - diese dann einen Tabellenwert zuordnen und anschließend nur noch den Tabellenwert abspeichern - hier wird fehlerfrei komprimiert, da ich den Originaltext zurückerhalte
	1 Punkt Zeitkalkulation: ca. 4 Minuten

7. Verweisstruktur

	Anders wird in diesem Block lediglich das Ausgangsverfahren für die Chiffrierung gehandhabt - es wird eben Morsecode verwendet, welcher in sich POLYBIUS-Code birgt. Erst wenn diese Codes ausgelesen sind, geht's ans eigentliche Dechiffrieren der Nachricht.
	Netzwerktechnik Local Area Network - kurz: LAN OSI Referenz-Layer Netzwerkdienste Secuirty-Syteme in Netzwerken Netzwerk-Management Ethernets
	Kryptologie Signale Steganografie Codes Transpositionschiffre CÄSAR-Chiffre Vigenère-Chiffre ... und hier nun geht's zur ENIGMA die Kryptoanalyse

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© Frank Rost am 27. April 2010 um 7.16 Uhr