Brause Kompendium der Informationstechnologie

Hardware, Software, Client-Server-Systeme, Netzwerke, Datenbanken
2005
ISBN: 978-3-540-27061-4
Verlag: Springer Berlin Heidelberg
Format: PDF
Kopierschutz: 1 - PDF Watermark

E-Book, Deutsch, 270 Seiten

Reihe: Xpert.press

Computer haben als universelle Maschinen das moderne Leben nicht nur durchdrungen, sie verändern durch ihre vielfältige Funktionalität auch jede Art der Kommunikation und damit der Organisation und der Arbeitsabläufe. Vielschichtige Kenntnisse moderner Informationstechnologien sind unabdingbar geworden. Im vorliegenden Buch werden diese Kenntnisse in solider Weise und auf hohem Niveau vermittelt. Dabei werden insbesondere die Basistechnologien aus den Bereichen Rechnerarchitektur, Netzwerke, Verteilte Systeme, Programmiersprachen und Software-Engineering sowie der Datenbanksysteme berücksichtigt, aus deren Verständnis sich viele aktuelle Schlagworte technischer Entwicklungen und Trends ableiten lassen. Dieses sorgfältig erarbeitete Werk richtet sich vor allem an Entscheider im Technologie-Management und an Professionals der IT-Branche, die ein fundiertes Verständnis zentraler Basistechnologien erwerben möchten.

Autoren/Hrsg.

Brause, Rüdiger

Inhaltsverzeichnis

1;Vorwort;6
2;Inhaltsverzeichnis;7
3;1 Rechnerarchitektur;11
3.1;1.1 Rechneraufbau: die Hardware;11
3.1.1;1.1.1 Die Eingabe;12
3.1.2;1.1.1 Die Ausgabe: Rastergrafik und Skalierung;16
3.1.3;1.1.2 Beispiel UNIX;36
3.1.4;1.1.3 Beispiel Windows NT;38
3.2;1.2 Die Architektur eines Rechners;18
3.2.1;1.2.1 Busse;18
3.2.2;1.2.2 Buskontrolle;20
3.2.3;1.2.3 PC-Architektur;22
3.3;1.3 Maschinensprache und Prozessorstruktur;23
3.3.1;1.3.1 Ein einfaches Befehlsmodell;23
3.3.2;1.3.2 Eine Prozessorgrundstruktur;25
3.4;1.4 Prozessoren mit komplexem Befehlssatz (CISC);26
3.4.1;1.4.1 Charakteristik von CISC;28
3.4.2;1.4.2 Prozessoren mit reduziertem Befehlssatz (RISC);29
3.5;1.5 Rechnerbetrieb: Die Software;31
3.5.1;1.5.1 Das Betriebssystem;34
3.5.2;1.5.2 Schnittstellen und virtuelle Maschinen;40
3.5.3;1.5.3 Software-Hardware-Migration;43
3.6;1.6 Ein- und Ausgabegeräte;44
3.6.1;1.6.1 Beispiel UNIX: I/O-Verarbeitungsschichten;46
3.6.2;1.6.2 Beispiel Windows NT: I/O-Verarbeitungsschichten;48
3.6.3;1.6.3 Der Zugriff auf Ein- und Ausgabe;49
3.6.4;1.6.4 Wahlfreier Zugriff: Plattenspeicher;51
3.6.5;1.6.5 Serielle Geräte;54
3.6.6;1.6.6 Multiple Plattenspeicher: RAIDs;55
3.6.7;1.6.7 Interleaving;61
3.6.8;1.6.8 Pufferung;63
3.6.9;1.6.9 Synchrone und asynchrone Ein- und Ausgabe;65
3.7;1.7 Die Energieverwaltung;65
4;2 Netzwerkarchitektur;69
4.1;2.1 Das Schichtenmodell für Netzwerkprotokolle;71
4.1.1;2.1.1 Beispiel UNIX Kommunikationsschichten;74
4.1.2;2.1.2 Beispiel Windows NT;75
4.1.3;2.1.3 Erweiterungen;76
4.2;2.2 Namensgebung im Netz;77
4.2.1;2.2.1 Namen im weltweiten Netz;78
4.2.2;2.2.2 Namen im regionalen Netz;80
4.2.3;2.2.3 Namen im lokalen Netz;81
4.3;2.3 Kommunikationsanschlüsse;84
4.3.1;2.3.1 Ports;84
4.3.2;2.3.2 Sockets;86
4.3.3;2.3.3 Named Pipes;87
4.3.4;2.3.4 Mailboxdienste;88
4.3.5;2.3.5 Remote Procedure Calls;89
4.4;2.4 Telefonieren über Internet: Voice over IP;93
4.4.1;2.4.1 Technische Konzepte von VoiceOverIP;94
4.4.2;2.4.2 Nutzungskonzepte von VoiceOverIP;97
4.4.3;2.4.3 Sicherheitsaspekte;99
5;3 Internet Architekturen, Web-Services und Sicherheit;101
5.1;3.1 Funktionsarchitekturen;101
5.1.1;3.1.1 Client-Server Systeme;101
5.1.2;3.1.2 Verteilte Betriebssysteme;102
5.2;3.2 Dateisysteme im Netz;104
5.2.1;3.2.1 Zugriffssemantik;104
5.2.2;3.2.2 Zustandsbehaftete und zustandslose Server;106
5.2.3;3.2.3 Die Cacheproblematik;107
5.2.4;3.2.4 Implementationskonzepte;110
5.2.5;3.2.5 Sicherheitskonzepte;113
5.3;3.3 Massenspeicher im Netz;115
5.4;3.4 Arbeitsmodelle im Netz;118
5.4.1;3.4.1 Jobmanagement;118
5.4.2;3.4.2 Netzcomputer;119
5.4.3;3.4.3 Schattenserver;122
5.5;3.5 Standard-Dienste im Netz;126
5.6;3.6 Middleware;128
5.6.1;3.6.1 Transparenz und IT-Konsolidierung durch Middleware;129
5.6.2;3.6.2 Vermittelnde Dienste;130
5.6.3;3.6.3 Universal Plug-and-Play;133
5.7;3.7 Sicherheitsmechanismen und Konzepte im Netz;133
5.7.1;3.7.1 Vorgeschichte;134
5.7.2;3.7.2 Eindringen über das Netz;134
5.7.3;3.7.3 Übernahme der Kontrolle auf einem Rechner;138
5.7.4;3.7.4 Fire-wall-Konfigurationen;145
5.7.5;3.7.5 Zugriffslisten und Fähigkeiten;146
5.7.6;3.7.6 Die Kerberos-Authentifizierung;147
6;4 Datenbanksysteme;153
6.1;4.1 Wozu Datenbanken?;154
6.2;4.2 Übersicht Datenbanksysteme;156
6.3;4.3 Datenabstraktion (Data Abstraction);158
6.4;4.4 Die Architektur eines DBMS;159
6.5;4.5 Data Warehouse;162
7;5 Programmiersprachen und Paradigmen;165
7.1;5.1 Natürliche Sprachen;167
7.2;5.2 Imperative Sprachen;169
7.3;5.3 Objektorientierte Sprachen;171
7.3.1;5.3.1 Das Kapseln von Programmteilen;171
7.3.2;5.3.2 Objekte und Vererbung;173
7.3.3;5.3.3 Die Philosophie objektorientierter Klassen;175
7.3.4;5.3.4 Objektorientierte Programmentwicklung;176
7.4;5.4 Funktionale Sprachen;181
7.4.1;5.4.1 Nebenwirkungsfreie Funktionen;181
7.4.2;5.4.2 Sprachkonstrukte;184
7.4.3;5.4.3 Sprachenübersicht;186
7.5;5.5 Datenflusssprachen;189
7.5.1;5.5.1 Das Kontrollflussprinzip;189
7.5.2;5.5.2 Das Datenflussprinzip;190
7.5.3;5.5.3 Datenflussrechner und Datenflusssprachen;191
7.6;5.6 Logische Sprachen;196
7.6.1;5.6.1 Aussagenlogik;196
7.6.2;5.6.2 Hornformeln;198
7.6.3;5.6.3 Klauseln;199
7.6.4;5.6.4 Resolution;200
7.6.5;5.6.5 Prädikatenlogik;201
7.6.6;5.6.6 Beispiel: Affe-Banane-Problem;202
7.6.7;5.6.7 Logikprogramme;204
7.7;5.7 Visuelle Sprachen;205
7.7.1;5.7.1 Visualisierung von Daten;206
7.7.2;5.7.2 Visualisierung von Programmen;206
7.7.3;5.7.3 Visuelle Spezifikation;207
7.7.4;5.7.4 Visuelle Programmierung;208
7.7.5;5.7.5 Visuelles Training;211
7.7.6;5.7.6 Diskussion;212
7.8;5.8 Grundbegriffe zur Übersetzung von Programmiersprachen;214
8;6 Softwareentwicklung;217
8.1;6.1 Das klassische Phasenmodell;217
8.1.1;6.1.1 Der Zeitplan;219
8.1.2;6.1.2 Phasen und Netzplantechnik;220
8.1.3;6.1.3 Randbedingungen;223
8.1.4;6.1.4 Das Pflichtenheft;224
8.1.5;6.1.5 Der Programmentwurf;225
8.1.6;6.1.6 Der Systemtest;232
8.1.7;6.1.7 Die Einführung der Software;234
8.1.8;6.1.8 Dokumentation;235
8.1.9;6.1.9 Qualitätsmanagement;236
8.1.10;6.1.10 Der menschliche Faktor;239
8.2;6.2 Modifizierte Phasenmodelle;241
8.2.1;6.2.1 Das Wasserfallmodell;241
8.2.2;6.2.2 Objektorientierte Entwicklung;242
8.2.3;6.2.3 Rapid Prototyping und Spiralenmodell;244
8.3;6.3 Das V-Modell;247
8.3.1;6.3.1 Die drei Schichten der Standardisierung;248
8.3.2;6.3.2 Anwendung des V-Modells;249
8.3.3;6.3.3 Vorteile des V-Modells;250
8.4;6.4 Selbstorganisierende Projektentwicklung;252
8.4.1;6.4.1 Gruppenstrukturen;252
8.4.2;6.4.2 Projektentwicklung im Plenum;254
8.5;6.5 CASE Werkzeuge zur Projektentwicklung;256
8.5.1;6.5.1 CASE Grundtechniken;257
8.5.2;6.5.2 CASE Architektur;258
8.6;6.6 Risikomanagement;260
9;Abbildungsverzeichnis;263
10;Index;267

Leseproben

3 Internet Architekturen, Web-Services und Sicherheit (S. 91-92)

Im Unterschied zu Großrechnern (main frame), die zentral bis zu 1000 Benutzer bedienen können, sind die meisten Rechner in Firmen, Universitäten und Behörden nur wenigen Benutzern vorbehalten (single user-Systeme). Um trotzdem systemweite Dienste und Daten innerhalb der Firmen oder Institutionen nutzen zu können, sind die Rechner in der Regel vernetzt.

3.1 Funktionsarchitekturen

Innerhalb des Internets können verschiedene Modelle verwirklicht sein, wie Rechner miteinander umgehen. Jeder Rechner erhält eine bestimmte Funktion; die Gesamtdienstleistung wird in einzelne Leistungen aufgeteilt.

3.1.1 Client-Server Systeme

Üblich ist dabei die sogenannte Client-Server-Funktionsaufteilung: Spezielle Computer enthalten Unternehmensdaten (file server, mail server), dienen als schnelle Rechner (computing server), nehmen kritische Datentransaktionen (transaction server) vor und steuern besondere Druckgeräte (print server). Dies ermöglicht zusätzliche Funktionalität für die Mitglieder einer Arbeitsgruppe:

electronic mail server
Elektronische Nachrichten dienen als Notizzettel und Kommunikationsmittel, zur Terminabsprache und Projektkoordination.

file sharing
Dokumente und Daten können gemeinsam erstellt und genutzt werden. Dies vermeidet Inkonsistenzen zwischen verschiedenen Kopien und Versionen und hilft dabei auch, Speicherplatz zu sparen.

device sharing
Der Ausdruck von Grafik und Daten auf beliebigen Druckern im Netz (remote printing) ermöglichen die Anschaffung auch teurer Drucker für die ganze Arbeitsgruppe oder alternativ das Einsparen von Investitionen. Dies gilt allgemein für alle Spezialhardware wie high-speed scanner, Farblaserdrucker, Plotter usw.

processor sharing
Durch die Verteilung von Einzelaufgaben eines Rechenjobs auf die Rechner der anderen Gruppenmitglieder kann mit der ungenutzten Rechenzeit der anderen der eigene Job schneller bearbeitet und abgeschlossen werden oder aber Investitionen in mehr Rechengeschwindigkeit gespart werden. Ist der Funktionsunterschied zwischen dem einzelnen Computer und dem Netzwerk für den Benutzer gering, so sprechen wir von einem verteilten Computersystem. Die oben genannten Funktionen werden dabei durch ein gezieltes Zusammenspiel mehrerer Betriebssystemteile auf verschiedenen Rechnern erreicht. Die Netzwerkerweiterung kann deshalb auch als eine Erweiterung des Betriebssystems angesehen werden.

Die oben geschilderten Vorteile sind in Netzen zwar möglich; sie werden aber durch die Vielfalt der eingesetzten Rechnermodelle, Betriebssysteme und Programmiersprachen stark behindert: Die Zusammenarbeit der Rechner leidet unter den unterschiedlichen Netzwerknormen, die in der Hardware und Software existieren. Deshalb wollen wir in diesem Kapitel die wichtige Rolle des Betriebssystems genauer unter die Lupe nehmen und die Aufgaben, Funktionsmodelle und Lösungen näher untersuchen, die ein Netzwerkanschluss für ein Betriebssystem mit sich bringt.

Einen wichtigen Versuch, die inhomogene Landschaft zu vereinheitlichen, stellt dabei das Distributed Computing Environment (DCE) der Herstellervereinigung Open Software Foundation (OSF) (später OpenGroup) dar, das als komplexes Softwarepaket (1 Mill. Codezeilen) verschiedene Lösungen für Client-Server- Arbeitsverwaltung (z.B. threads), Dateiverwaltung und Sicherheitsmechanismen enthält.

3.1.2 Verteilte Betriebssysteme

Ein Betriebssystem, das mit anderen Betriebssystemen über Netzverbindungen gekoppelt wird und auf jedem Rechner vollständig vorhanden ist, wird als Netzwerkbetriebssystem bezeichnet. Man kann nun eine Aufgabe, etwa das Führen von Dateien, innerhalb eines Netzes auch unter den Rechnern aufteilen. Bezüglich dieser Aufgabe spricht man dann von einem verteilten System, in unserem Beispiel von einem verteilten Dateisystem. Die Funktionen des verteilten Systems beschränken sich im Fall eines Netzwerkbetriebssystems auf höhere Dienste und benutzerspezifizierte Programmsysteme.