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Netzwerktechnik

Janine Hennig

2Janine Hennig

Übersicht

• ISO/OSI – Modell

• Physikalische Übertragungsmedien

• Protokolle im LAN

• Protokolle im WAN

3Janine Hennig

Übersicht

• ISO/OSI – Modell– Bitübertragungsschicht– Sicherungsschicht

• Physikalische Übertragungsmedien

• Protokolle im LAN

• Protokolle im WAN

4Janine Hennig

ISO/OSI – Modell

5Janine Hennig

ISO/OSI – Modell

In dem „physical layer“ werden die binären Signale über-tragen. Es werden mechanische, elektrische und prozedu-ale Schnittstellen festgelegt.

Aufgaben: typische Hardware:• Bit-Codierung • Netzwerkkarte• Zugriffsverfahren • Repeater• Signalanpassung • Media Converter• Definition der Anschlüsse

6Janine Hennig

ISO/OSI – Modell

Der „data layer“ stellt eine zuverlässige Informationsüber-tragung durch den geordneten Zugriff auf das Übertra-gungsmedium und die Strukturierung der Daten sicher.

Aufgaben: typische Hardware:• Gruppierung der Bits zu Rahmen • Netzwerkkarte• Steuer-, Address-, Prüfsummen-, • Bridge• Datenfelder Fehlererkennung • Switch

7Janine Hennig

ISO/OSI – Modell

Higher layers

Logical Link Control

Media Access Control

Reconcilation

Physical Coding Sublayer

Physical Medium Attachment

Physical Medium Dependant

Medium Independant Interface

Medium Dependant Interface

Medium

8Janine Hennig

Übersicht

• ISO/OSI – Modell

• Physikalische Übertragungsmedien– Übertragungsrate– Übertragungsmodi– Kodierverfahren– Störquellen– Zugriffsverfahren– Kabel und Geräte

• Protokolle im LAN

• Protokolle im WAN

9Janine Hennig

Physikalische Übertragungsmedien

Kupferkabel, Lichtwellenleiter

Funk

Übertragung

10Janine Hennig

Physikalische Übertragungsmedien

Ana

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103 106 109 [Bit/s]

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Übertragungsrate

11Janine Hennig

Physikalische Übertragungsmedien

• analog digital

• simplex, halbduplex, vollduplex

• synchron, asynchron

• seriell, parallel

Übertragungsmodi

12Janine Hennig

Physikalische Übertragungsmedien

KodierverfahrenTakt

Bits

NRZ

NRZI

Manchester

Diff. Manchester

13Janine Hennig

Physikalische Übertragungsmedien

Kodierverfahren

4B/5B

• Nibbles

• → nie Symbole mit mehr als drei Nullen in Folge

• 32 verschiede Symbole (je 16 zur Nutzdatenübertragung

und zu Steuerzwecke)

• Nachteil ist der 25%ige Overhead• z.B. bei FDDI auf 125 MBit/s → Nutzdatenrate 100 MBit/s

8B/10B

• → 256 Kombinationen + 786 weitere Kombinationen

(für Sonderzeichen und ungültige Zeichen)

• Anwendung: Fiber – Channel sowie bei den ATM

14Janine Hennig

Physikalische Übertragungsmedien

Störquellen

15Janine Hennig

Physikalische Übertragungsmedien

deterministisch

• Token Passing

• Polling

• Time – Multiplexing (bsw. Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS))

zufällig (random access)

• Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/ CD)

• Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/ CA)

Zugriffsverfahren

16Janine Hennig

Physikalische Übertragungsmedien

Kabel

Twisted Pair

Vorteil: Nachteil:– Kostengünstig − störempfindlich– Beliebige Topologie − niedrige

Übertragungskapazität

Unshield Screened/ Unshield Screened/ Shield Industrial

Twisted Pair Twisted Pair Twisted Pair TP

17Janine Hennig

Physikalische Übertragungsmedien

Kabel

Twisted Pair

Leistungsklassen:

1. konventionelles Telefonkabel 1 MBit/s

2. Einsatz für ISDN 4 MBit/s

3. UTP und STP – Kabel für Ethernet (10Base-T) und Token Ring bis 100 m (16 MHz spezifiziert’) 10 MBit/s

4. UTP und STP – Kabel auch für größere Entfernungen (20 MHz spezifiziert’) 20 MBit/s

5. Standardkabel für Fast Ethernet und FDDI (100MHz)

6. für ATM (Frequenzbereich ab 200MHz)

7. Frequenzbereich bis 600 MHz

18Janine Hennig

Physikalische Übertragungsmedien

Kabel

Koaxialkabel

Vorteil: Nachteil:– hohe Bandbreite − nur ein Kabel– digitale Übertragung − Längenbegrenzung (10

km)– wenig störempfindlich − Keine Abhörsicherheit– preisgünstig → hoher Entwicklungsgrad

1 Innenleiter

2 Dielektrikum

3 Außenleiter

4 Isolierung

19Janine Hennig

Physikalische Übertragungsmedien

Glasfaser

Vorteil: Nachteil:– unbegrenzte Übertragungsrate − keine Bus-Struktur– guter Datenschutz − schwierige

Verbindungstechnik– geringes Gewicht, kleiner Querschnitt − teuer

Kabel

20Janine Hennig

Physikalische Übertragungsmedien

Universal Serial Bus (USB)• hot – plugging • “keine“ Eignung für zeitkritische Anwendungen• Host-Controller (Master) notwendig • Begrenzung von einem Gerät pro USB - Port • über HUBs → 127 Geräten → Baumstrukturen

Small Computer System Interface (SCSI) • Anbindung von Festplatten, Scanner, CD-ROM/ DVD-Laufwerk/ -Brenner• Abschluss jedes Stranges mit zwei Terminatoren

• Lokal Unit Number (LUN)

FireWire • i.Link oder IEEE 1394 (Nachfolger für SCSI)• FireWire 800: bis 88 MBit/s

Geräte

21Janine Hennig

Physikalische Übertragungsmedien

Repeater • Regeneriert und verstärkt das elektrische Signal

• Längenbeschränkung des Ethernet wird „aufgehoben“

• 5 Kabelsegmente – 4 Repeater – 3 Segmente mit

Rechnern

Media Converter Übertragung von Informationen von einem

Leitungstyp zu einem anderen

Bsp.: 10/100Base-TX = Fast Ethernet Media

Converter

Übersetzung Signal TP 100Base-TX cable

→ 100Base-FX fiber optic cable

Geräte

22Janine Hennig

Übersicht

• ISO/OSI – Modell

• Physikalische Übertragungsmedien

• Protokolle im LAN– Ethernet– FDDI– Geräte

• Protokolle im WAN

23Janine Hennig

Protokolle im LAN

10Base-2

• IEEE 802.3: 10MBit/s, 200 m

• bis zu 30 Stationen

• 5 – 4 – 3 – Repeater – Regel

• → max. Entfernung zwischen zwei Stationen 2.5 km

10Base-5• IEEE 802.3: 10MBit/s, 500 m

• Yellow Cable (TP, Cheapernet)

• hat LLC → können zwar gleichem physikalischen Netz koexistieren aber nicht kommunizieren

• darf 2,5 km

Ethernet

24Janine Hennig

Protokolle im LAN

100Base-X

• IEEE802.3u: 100MBit/s• TP/ Koax (bis 200 m), LWL (bis 2 km)

• Zugriffsverfahren: CSMA/CD

• Nachteile:

– Kollisionsanfälligkeit bei hoher Anzahl von Anwendern

– Längenrestriktion

– Probleme bei echtzeitkritischen Anwendungen

• → Ethernet – Switch

schaltet kollisionsfreien Kanal mit der vollen Ethernet-Bandbreite

zwischen dem Empfangs- und dem Ausgangsport

• hat LLC

• können zwar gleichem physikalischen Netz koexistieren aber nicht kommunizieren

Ethernet

25Janine Hennig

Protokolle im LAN

1000Base-X oder GBit-Ethernet

• IEEE802.3z und ab

• TP, LWL

• Zugriffsverfahren: CSMA/CD

• 8B/10B-Codierung

• Nachteile:

– Übersprechen zwischen den Adernpaaren

• Schicht für Link - Aggregation

– paralleles Arbeiten über mehrere MAC – Säulen

– Leistungsredundanz

– grobe Skalierung der Bandbreite

Ethernet

26Janine Hennig

Protokolle im LAN

Fiber Distributed Data Interface

• Arbeitsgruppe X3T9.5. → unter ISO 9314

• Übertragungsrate: 100MBit/s

• FDDI Eigenschaft:

– Stationsmanagement

– Frame control

– FDDI – MAC

– PMD

• 4B/ 5B Kodierung

• TP, LWL → 100 km• synchronous mode (X3T12 ANSI Standard)

Zuordnung einer fester Übertragungsbandbreite (QoS)Bsp.: 30 Stationen für jede 2 MBit/s fest reserviert→ 40 MBit/s für übrige Stationen zur normalen Datenübertragung übrig

FDDI

27Janine Hennig

Protokolle im LAN

FDDI

Bridge/ Router

Ethernet

Token RingFDDI Concentrator

Dual Attached

Stations

Single Attached Stations

FDDI Concentrator

28Janine Hennig

Protokolle im LAN

Bridge/Switch • nimmt physikalische Trennung von Netzen vor

• führt Fehler- und Lasttrennung durch

• rudimentäre Mechanismen zur Wegfindung u. U.

vorhanden („routing Bridge“)• Arten:

- Frame–Switching (cut through, store & forward)

- Cell–Switching

HUB

• Verstärkerkomponente → Sternförmige Vernetzung möglich

• Verbindung mehrer TP -Kabelsegmente über ein

Tranceiver - Anschluss mit dem Ethernet

• Kaskadierung (4, 8, 16, 32 Ports)

Geräte

29Janine Hennig

Übersicht

• Physikalische Übertragungsmedien

• ISO/OSI – Modell

• Protokolle im LAN

• Protokolle im WAN– ISDN– DSL– wireless– ATM

30Janine Hennig

Protokolle im WAN

Geräte

Modem • Digitale Informationen ↔ analoge Signal

• Abstimmung wichtiger Parameter:

- Übertragungsgeschwindigkeit

- Fehlerkorrektur

- Datenkompression

- Protokolle

ISDN • Ablösung des analogen Telefons

• Teilnehmervermittlungsstelle → Network Terminal

Basis Anschluss → Hausgeräte

• B-Kanal (binär) 64kBit/s; D-Kanal

(Systemdaten) 16kBit/s

• max. 12 Anschlussmöglichkeiten, 8 Endgeräte,

4 Telefone

31Janine Hennig

Protokolle im WAN

GeräteWireless • Standard der IEEE 802.11 • Modus: - Ad – hoc – Modus

- Infrastruktur – Modus • → Teilnehmer teilen sich Leistung• Verschlüsselungsverfahren nötig• Reichweite 80 m in geschlossenen Räumen

32Janine Hennig

Protokolle im WAN

Asynchron Transfer Mode

• vom CCITT

• feste Paketlänge (Zellen)

5 Byte Header, 48 Byte Daten

• verbindungsorientierte Übertragung

• Zuordnung: jeder „time slot“ = Kanal (QoS)

• TP, LWL (100 MBit/s)

• ATM Adaption Layer

• Verbindung:– Point to Point– Point to Multi – point– Multi – point to Multi – point

• Koppelnetzarchitektur

ATM

33Janine Hennig

Protokolle im WAN

ATM

34Janine Hennig

Literatur

• T. Kipping: Technologie – Wegweiser: Netze, Hüting Verlag, Heidelberg: 1996

• S. Müller: Lokale Netze, PC-Netzwerke, Carl Hanser Verlag, München Wien:1991

• U. Heuert: Vorlesung Rechnernetze

• K. Lipinski: Lexikon LAN – Technologien, MITP – Verlag GmbH, Bonn: 2001

• M. Hein, T. Vollmer: Bay Networks ATM LAN Guide, 2. Aufl., Fossil – Verlag, Köln: 1998

• http://www.et-inf.fho-emden.de/~haass/dat/mux.pdf

• http://www.elektronik-kompendium.de/sites/kom/0603061.htm

• ww.wikipedia.de

• www.itwissen.de

Bücher

Internet

35Janine Hennig

Protokolle der Schichten 1 und 2