Modulbeschreibung Datenkommunikation und Rechnernetze
Bachelor-Wahlpflichtmodul: Datenkommunikation und Rechnernetze
1. Modulkennung
WPB3
2. Studiengang
Bachelorstudiengang Informatik, Masterstudiengang Informatik
3. Modulbezeichnung
Datenkommunikation und Rechnernetze (DKR) (engl.: Data Communications and Computer Networks)
4. Modulverantwortlicher
Wolfinger
5. Veranstalter/Dozent
Wolfinger, Stiehl, Heidtmann
6. Sprache
Deutsch mit deutsch- und englischsprachigem Lehrmaterial; Englisch möglich
7. Motivation, Bedeutung für / Stellung im Studiengang
(Technische) Kommunikationssysteme bilden die Basis für nahezu sämtliche zukünftigen Informatiksysteme, da im Zuge der globalen Vernetzung und bedingt durch die Tendenz zu ubiquitären Systemen und zum Mobile Computing – bereits heutzutage und erst recht in der Zukunft – nahezu keine isolierten Rechner und Endgeräte mehr existieren. Dabei sind Kommunikationssysteme und -netze relevant für die rechnerinterne Datenübertragung und bilden überdies die Basis für Rechnernetze und Verteilte Systeme. Innovative Datenübertragungstechniken, u.a. im Zusammenhang mit optischer Signalübertragung, Satelliten- und Mobilkommunikation, finden in jüngerer Vergangenheit verstärkten Einsatz. Das Internet ist allgegenwärtig, drahtlose Netze erreichten in kürzester Zeit weltweit eine herausragende Bedeutung sowohl im lokalen als auch im überregionalen Bereich.
Dieses Modul verfolgt das Ziel, dem sehr praxisrelevanten Bereich der Kommunikations- und Rechnernetze in einer hinreichenden Breite gerecht zu werden dadurch, dass – neben den systemtheoretischen und zentralen nachrichtentechnischen Grundlagen – Architekturkonzepte, Protokolle und Basisalgorithmen der Kommunikation vermittelt und beispielhaft illustriert werden. Darüber hinaus werden auch wesentliche methodische Grundlagen (insbesondere Spezifikations-, Modellierungs- und Messtechniken) vermittelt, die bei der Analyse, dem Management und der Bewertung von Netzen benötigt werden.
8. Lernziele/Kompetenzen
8.1 Passung Leitbild
- Übungen mit Vorträgen, vorab Erarbeitung der Lösungen von Übungsaufgaben in kleinen studentischen Teams zur Stärkung der Vortrags- und Kooperationsfähigkeit
- Vermittlung von Fähigkeiten zum Erkennen von System- und Verhaltensstrukturen in vernetzten Informatiksystemen und Befähigung zur Analyse von Zusammenhängen
- Bewertung von Sachverhalten und deren Einordnung in auch fachübergreifende Zusammenhänge
- Befähigung zum gezielten Entwurf und zur kritischen Bewertung von Analyse- und Prognosemodellen
8.2 Grundlagen-/Faktenwissen
- Erlernen der theoretischen Grundlagen der Datenübertragung und der Codierung
- Verständnis der Architekturkonzepte und Erlernen der Basisbegriffe für eine wissenschaftlich fundierte Behandlung von Rechnernetzen
- Erlernen der grundlegenden Algorithmen und Protokolle zur Realisierung von Kommunikationsfunktionen und Kommunikationsdiensten
- Verständnis bzgl. Kommunikations- und Kooperationsmechanismen in Rechnernetzen
- Erlernen der Grundkonzepte der gegenwärtig wichtigsten Klassen von Rechnernetzen (insbesondere Internet und Mobilnetze)
- Verständnis der Wechselwirkungen zwischen Kommunikationsnetzen und verteilten Anwendungen
8.3 Methodenwissen
- Methoden zur Spezifikation und Analyse von Kommunikationsprotokollen
- Methoden zur Charakterisierung und Transformation von Verkehrslasten in Netzen
- Entwicklung und Anwendung von Modellen für Rechnernetze und ihre Komponenten sowie kompetente Beurteilung der Validität von Modellen
- Methoden zur Projektierung und zum Management von Rechnernetzen
- Methoden zu Last-, Leistungs- und Systemmessungen in Rechnernetzen
8.4 Transferkompetenz
- Fähigkeit zu erkennen, wie sich Nachrichtentechnik und Informatik im Bereich der technischen Kommunikation ergänzen und zu welchen Systemkonzepten diese "Symbiose" geführt hat
- Anwendung von Methoden des „Protocol Engineerings“ und des „Traffic Engineerings“ auf konkrete Kommunikationsprotokolle und auf Verkehrslasten an unterschiedlichen Rechnernetzschnittstellen
- Befähigung zur Entwicklung realistischer Netz- und Verkehrsmodelle sowie der Benutzung von Werkzeugen zu deren Analyse und Auswertung
- Befähigung zur Entwicklung und Nutzung von Messkomponenten zur Engpasserkennung und Verhaltenscharakterisierung von Netzen und den über sie kommunizierenden Anwendungen
- Befähigung zur kompetenten Konfigurierung von Netzen (z.B. aus Standard-Basiskomponenten) unter Berücksichtigung der Anwendungsanforderungen (z.B. QoS-Anforderungen, Echtzeitanforderungen)
8.5 Normativ-bewertende Kompetenz
- Beurteilung der Leistungsfähigkeit von Kommunikationsalgorithmen sowie von Protokollrealisierungen
- Erkennen der Vorteile und Grenzen von Standardlösungen bei Realisierung und Einsatz von Kommunikationsnetzen
- Bewertung der Dienstgüte aus der Sicht verteilter Anwendungen
- Erkennen des “Trade-offs“ zwischen einer Optimierung von Rechnernetzen aus Benutzer- versus Betreibersicht
8.6 ABK/BOK/Schlüsselqualifikationen
- Kooperations- und Teamfähigkeit in den Präsenzübungen sowie bei deren Vorbereitung
- Strategien des Wissenserwerbs: Kombination aus Vorlesung, Vor- und Nachbereitung am Vorlesungsmaterial (ergänzt um eLearning-Komponenten), Präsenzübungen mit eigenständigem Lösen von Übungsaufgaben in Kleingruppen
- Praktische Erfahrungen im Umgang mit Kommunikations- und Rechnernetzen (vertieftes Verständnis bzgl. der netzinternen Abläufe, der Nutzung von Schnittstellen zur Netzprogrammierung sowie der in Netzen erbrachten Dienstgüte QoS)
9. Lehrveranstaltungen
- 4 SWS Vorlesung (gemeinsam)
- 2 SWS Übungen / (Rechnernetz-)Praktikum in Kleingruppen
10. Inhalt
- Teil I:Theoretische Grundlagen (Grundlagen der Nachrichtentechnik) – 0.5 SWS
- Informationstheorie
- Codierungstheorie, exemplarische Codierungsalgorithmen (z.B. CRC)
- Grundlagen der Signalübertragung und Kompression (z.B. JPEG, MPEG)
- Teil II: Systemorienterte Sicht auf Kommunikations-/Rechnernetze - 2 SWS
- Rechnernetzarchitekturmodelle (Internet, ISO/OSI)
- Lokale Rechnernetze (LANs)
- Weitverkehrsnetze (TCP/IP-basierende Netze, dienstintegrierte Netze, ATM-Netze)
- Rechnerinterne Kommunikationssysteme, Struktur von Vermittlungsrechnern
- Mobilkommunikation, Ad hoc-Netze (u.a. WLANs, GSM)
- Medienkommunikation (u.a. Übertragung von Audio- und Videoströmen)
- Echtzeitkommunikation und -netze
- Teil III: Methodenorienterte Sicht auf Kommunikations-/Rechnernetze – 1.5 SWS
- "Protocol Engineering" (Protokollspezifikation, -verifikation und -analyse)
- "Traffic Engineering" (Verkehrsmessung, Verkehrscharakterisierung)
- Netzmodellierung und -analyse, Messmethoden (Leistungs-, Zuverlässigkeitsbewertung)
- Netzkonfigurierung, -planung und -optimierung
- Netzmanagement
11. Bezüge zu anderen Modulen
- Innerhalb des Studienganges: Im Rahmen der Wahlpflichtmodule steht das Modul inhaltlich in Zusammenhang vor allem mit dem Modul Eingebettete Systeme.
- Im konsekutiven Masterstudiengang: Im Rahmen der Wahlpflichtmodule steht das Modul inhaltlich in Zusammenhang vor allem mit den Modulen Verteilte Systeme und Informationssicherheit und Multidimensionale und multimodale Signale. Vertiefungsmodule des Master-Studiengangs Informatik bauen auf diesem Modul inhaltlich auf.
- In anderen Studiengängen: Es eignet sich als Bestandteil von Wirtschaftsinformatik-Studiengängen. Darüber hinaus ist ein Einbringen als Wahlmodul im Rahmen naturwissenschaftlicher Studiengänge bedingt denkbar.
12. Modulvoraussetzungen
- Verbindlich: 51 Leistungspunkte, Rechnerstrukturen, Analysis und Lineare Algebra, Formale Grundlagen der Informatik I
- Empfohlen: Grundlagen der Systemsoftware, Softwareentwicklung I und II, Algorithmen und Datenstrukturen, Formale Grundlagen der Informatik II, Stochastik
13. Semester/Studienjahr /-phase
- Studienabschnitt: 2
- Referenzsemester: keines
14. Prüfungsleistungen
Die Zulassung zur Modulprüfung setzt die regelmäßige und erfolgreiche
Teilnahme an Übungen/Seminar/Praktikum voraus; die Teilnahme an
Übungen/Praktikum gilt grundsätzlich als erfolgreich, wenn alle Aufgaben
bearbeitet und mindestens 50% richtig gelöst wurden; die Teilnahme an einem
Seminar gilt grundsätzlich als erfolgreich, wenn das zugeordnete Themenfeld
verstanden, angemessen präsentiert und ggf. angemessen schriftlich
aufgearbeitet wurde; im Falle abweichender Kriterien müssen diese zu Beginn
der Veranstaltung bekannt gemacht werden.
Gemeinsame Modulprüfung für alle Lehrveranstaltungen des Moduls; mündlich
und in der Unterrichtssprache.
15. Bewertung
Gesamt: 9 Leistungspunkte
(Datenkommunikation und Rechnernetze: 4,5 Leistungspunkte,
Übungen/Seminar/Praktikum zu Datenkommunikation und Rechnernetze: 4,5 Leistungspunkte)
16. Periodizität
Wintersemester, jährlich, Dauer: 1 Semester
17. Methodische Aufbereitung und Medienformen
- Vorlesung mit Beamer, Overhead und Tafel ergänzt um eLearning-Moduln (insbesondere Lernmoduln zu Internettechnologie, Videokommunikation und Netzmodellierung als Projektresultate des TeleMuM-Projektes)
- Übungen/(Rechnernetz-)Praktikum in Kleingruppen
- Erwartete Aktivitäten der Studierenden: Vor- und Nachbereitung der Vorlesungsinhalte, selbständiges Bearbeiten von Übungs- und Praktikumsaufgaben, aktive Mitarbeit in den Präsenzübungen sowie im Rechnernetzpraktikum
- konsequenter Einsatz von eLearning-Werkzeugen (u.a. Tools zur Last- und Protokollspezifikation, zur Qualitätsbeurteilung von Audio-/Videokommunikation sowie zur Illustration von Kommunikationsflüssen in Protokollhierarchien)
18. Literatur
- Comer: "Computernetzwerke und Internets", 3. Aufl., Prentice-Hall 2002
- Halsall: "Multimedia Communications", Addison-Wesley 2001
- Heise, Quattrocchi: "Informations- und Codierungstheorie", 3. Aufl., Springer-Verlag 1995
- Krüger, Reschke (Hrsg.): "Lehr- und Übungsbuch Telematik", Fachbuchverlag Leipzig, C. Hanser-Verlag 2002
- Proebster: "Rechnernetze - Technik, Protokolle, Systeme, Anwendungen", 2. Aufl., Oldenbourg-Verlag 2002
- Schiller: "Mobilkommunikation", 2.Aufl., Addison-Wesley 2003
- Stallings: "Data & Computer Communications", 7th ed., Prentice-Hall 2004
- Tanenbaum: "Computer Networks", 4th ed., Prentice-Hall 2003
