Rechnernetze Übung 7 - vsr. · PDF fileDLE STX Nutzdaten DLE ETX DLE STX Nutzdaten DLE...
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Rechnernetze Übung 7
Frank Weinhold ∙ Professur VSR ∙ Fakultät für Informatik ∙ TU Chemnitz ∙ Juni 2012
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Hello
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Welche Probleme / Herausforderungen existieren in diesem Szenario?
PC1 sendet sehr viele Daten und belegt damit die Leitung. PC2 kommt nicht dran und musswarten!
Ziel: Alle Teilnehmer gleichberechtigt, jeder kommt innerhalb einer bestimmten Zeit zum Senden seiner Daten.
Lösung: Paketbildung
NutzdatenKontrolldaten
Länge
Anforderung Codetransparenz:Vereinbarung von Regeln zur codetransparenten Übertragung von Nutzdaten (d.h. Übertragung beliebiger Bit- bzw. Zeichenkombinationen im Nutzdatenfeld).
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NutzdatenKontrolldaten
Wann ist ein Packet zu Ende?
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2
NutzdatenSTX ETX
ETXSTX DLENutzdatenDLE
ETXSTX DLEDLE Nutzdaten DLE DLE
STX oder ETX in Nutzdaten?
DLE in Nutzdaten?
*STX = Start of Text; *ETX = End of Text; *DLE = Data Link Escape (Steuerzeichen – nicht darstellbar)
STX
Blockbegrenzung (Flag) ist eine ausgezeichnete Bitfolge (01111110)
◦ Problem: Zufälliges Auftreten von 01111110 in Nutzdaten
◦ Lösung: Bit-Stuffing◦ Sender fügt innerhalb der Nutzdaten nach 5 aufeinanderfolgenden
„1“-en eine „0“ ein: 011111010 ◦ Empfänger entfernt nach 5 aufeinanderfolgenden „1“-en eine „0“◦ Blockprüfzeichen zur Fehlererkennung wird vor dem Bit Stuffing
erstellt
Kontroll-daten
Kontroll-daten
FlagNutzdatenFlag
Anforderung Fehlerbehandlung:
Länge NutzdatenKontrolldaten CRC
Gewöhnlich werden fehlerhafte Pakete von Schicht 2-Protokollen verworfen!
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Geregelter Zugriff Konkurrierender Zugriff
Anforderung: Media Access Control,es muss eine Reglung geben, die eine gemeinsame Nutzung des physikalischen Übertragungsmediums gewährleistet.
Token-Ring
Aloha
- Stationen übertragen dann Daten, wenn welche gesendet werden müssen
- Kollisionen führen zu gestörten Rahmen- Empfänger schickt Bestätigung, wenn er einen an ihn adressierten
Rahmen korrekt empfangen hat- Einsatz beispielsweise im GSM- maximale Kanalauslastung 18%
Kollision
Slotted AlohaSenderABCDE
- Pakete fester Länge werden in festen Zeitabschnitten (Slots) übertragen- erfordert einheitliche Zeitbasis (z.B. durch zentrale Uhr) zur Synchronisation
der Stationen- Paketübertragung nur zu Beginn eines Zeitslots (slot boundary)- es können nur total überlappende Kollisionen auftreten- maximale Kanalauslastung auf 36% verbessert!
Erst überprüfen, ob jemand anders
sendet.(Listen Before Talk)
Alle Teilnehmer sind
gleichberechtigt.
Erkennen von Kollisionen.
(Listen While Talk)
vor dem Senden: Abhören des Mediums (Listen Before Talk)
wenn Medium frei: Beginne mit Senden während des Sendens: Abhören des Mediums
(Listen While Talk) wird Kollision erkannt: Breche Sendevorgang ab
und benachrichtige die anderen angeschlossenen Stationen („Jamming“)
erneuter Sendeversuch nach Kollision erfolgt nach Wartezeit
Anwendung bei Ethernet (IEEE 802.3)
08:00:20:ae:fd:7e
09:00:31:ae:fd:5d
02:11:1d:ae:34:2b
Woher erhält ein Rechner seine MAC-Adresse?
MAC-Adresse
Internet
Modem ModemProvider
PPP
Ethernet
Präambel und SFD◦ Präambel besteht aus einer sieben Byte langen, alternierenden Bitfolge
„101010…1010“◦ gefolgt von einem Start Frame Delimiter (SFD) mit der Bitfolge „10101011“◦ diente einst der Bit-Synchronisation der Netzwerkgeräte◦ alternierendes Bitmuster erlaubte jedem Empfänger eine korrekte
Synchronisation auf die Bit-Abstände Ziel- und Quell-MAC-Adresse◦ Zieladresse identifiziert die Netzwerkstation, der die Daten empfangen soll◦ kann auch eine Multicast- oder Broadcast-Adresse sein◦ Quelladresse identifiziert den Sender
Präambel SFD Zieladresse Quelladresse
Präambel SFD Zieladresse Quelladresse VLANTag Typ Daten FCS
VLAN Tag◦ Zu welchem virtuellen Netz gehört der Frame (jedes VLAN bildet eigene Broadcastdomain)
Typ-Feld (EtherType)◦ gibt Auskunft über das verwendete Protokoll der nächsthöheren Schicht innerhalb der Nutzdaten◦ Werte sind größer als 0x0600 (ansonsten ist das ein Ethernet-I-Frame mit Längenfeld in dieser
Position) Nutzdaten
◦ pro Datenblock maximal 1518 Byte◦ werden von dem unter Type angegebenen Protokoll interpretiert
PAD-Feld◦ wird verwendet, um den Ethernet-Frame auf die erforderliche Minimalgröße von 64 Byte zu bringen◦ Präambel und SFD (8 Bytes) werden bei Mindestlänge des Frames nicht mitgezählt◦ PAD-Feld wird somit erforderlich, bei Nutzdaten mit weniger als 46 bzw. 42 Bytes (ohne bzw. mit
802.1Q-VLAN-Tag) FCS (Frame Check Sequence)
◦ stellt eine 32-Bit-CRC-Prüfsumme dar◦ wird über den eigentlichen Frame berechnet, beginnend mit der Ziel-MAC-Adresse und endend mit
dem PAD-Feld
PAD
Ethernet-Frame: Länge
Broadcast
Kollisionssignal
Nutzsignal
Quellstation muss noch beim Senden sein, wenn ein Kollisionssignal ankommt!
um Kollisionen festzustellen und entsprechende Sendewiederholungen zu initiieren müssen Datenframes abhängig von der Leitungslänge eine bestimmte Mindestlänge haben
diese ergibt sich aus physikalischer Signalausbreitungsgeschwindigkeit und Übertragungsrate
bei einer Übertragungsrate von 10 Mbit/s und einer maximalen Entfernung von 2,5 km zwischen zwei Stationen ist eine Mindestlänge von 64 Byte (14 Byte Header, 46 Byte Nutzdaten, 4 Byte CRC) vorgeschrieben
kleinere Datenframes müssen entsprechend aufgefüllt werden für eine Übertragungsrate mit 100 Mbit/s ist eine maximale Segmentlänge
von 100 m und vier Repeater erlaubt damit können zwei Stationen bis zu einer Distanz von 500 m direkt
verbunden werden ab Gigabit Ethernet (1.000 Mbit/s) ist eine minimale Framegröße von
520 Byte vorgeschrieben um noch eine sinnvolle physische Netzwerkgröße zu erlauben
Internet
Modem ModemProvider
Punkt-zu-Punkt-Protokolle
Ethernet
der größte Teil des Internets beruht aufPunkt-zu-Punkt-Verbindungen◦ Verbindungen im WAN zwischen Routern / Heimanbindung
über Modem und Telefonleitung SLIP (serial line IP, RFC 1055)◦ keine Fehlererkennung, keine dynamische Adresszuweisung,
keine Authentifizierung, keine Komprimierung, kein Protokoll-Typenfeld
◦ dient ausschließlich zur Übertragung von IP-Paketen◦ Übertragungsformat SLIP überträgt ein IP-Paket, in dem das Steuerzeichen END
angehängt wird
Markierung des Endes ist die einzige Funktion des Protokolls
Quelle: Karl-Heinz Lohre , Einfache Protokolle
ENDIP-Paket
PPP:◦ Standardprotokoll für die Einwahl der Kunden beim
Internetprovider◦ Mit Fehlererkennung◦ Verschiedene Unterprotokolle (Konfiguration,
Authentifizierung, Kompression etc.)◦ Z.B. Steuerprotokoll (LCP, Link Control Protocol) zum
Verbindungsaufbau, Verbindungstest, Verbindungsverhandlung, Verbindungsabbau
Schicht 7
Schicht 6Schicht 5Schicht 4Schicht 3Schicht 2Schicht 1
Gateway
RouterSwitch
Repeater
Schicht 7
Schicht 6
Schicht 5
Schicht 4
Schicht 3
Schicht 2
Schicht 1
Schicht 7
Schicht 6
Schicht 5
Schicht 4
Schicht 3
Schicht 2
Schicht 1Repeater
Kopplung physikalischer Medien durch Signalregeneration/-verstärkung
empfängt Signal in Bitübertragungsschicht (Schicht 1), bereitet es auf und sendet es wieder aus
Rauschen, Verzerrungen der Laufzeit (Jitter) und Pulsform werden entfernt
keine Zwischenspeicherung keine Bearbeitung der Pakete
Einsatzbereich◦ Verbindung von lokalen Netzen zur Erhöhung der
räumlichen Ausdehnung◦ Generierung mehrerer abgehender Signale an
Verzweigungspunkten Vorteile◦ einfache Technik, Kostengünstige Lösung◦ keine Verarbeitung an den Daten, somit keine
Beeinträchtigung der Geschwindigkeit◦ extrem lange Netzwerkverbindungen sind möglich
(z.B. Überseeleitungen) Nachteile◦ keine Intelligenz alle Daten werden weitergeleitet◦ keine Erhöhung der Netzkapazität durch Partitionierung
Schicht 7
Schicht 6
Schicht 5
Schicht 4
Schicht 3
Schicht 2
Schicht 1
Schicht 7
Schicht 6
Schicht 5
Schicht 4
Schicht 3
Schicht 2
Schicht 1
Switch/Bridge
Komponente zur Verbindung mehrerer Computer bzw. Netz-Segmente in lokalen Netzwerken
Vorteile: ◦ keine Datenkollision◦ kein Mithören von Datenpaketen
Nachteile:◦ Fehlersuche schwierig◦ Single Point of Failure
analysiert Netzverkehr und trifft logische Entscheidungen intelligenter Hub
Ports können unabhängig voneinander Daten empfangen und senden
verarbeitet bei Erhalt eines Pakets die MAC-Adresse und legt zusammen mit dem physikalischen Port einen Eintrag in der SAT (Source-Address-Table) an
wenn Zieladresse noch unbekannt Weiterleitung an alle aktiven Ports
Motivation:◦ Um die Funktion eines Switches besser zu verstehen, soll in dieser
Übungsaufgabe eine einfache Switching-Engine realisiert werden. Der "Switch" besteht aus N Anschlüssen. Jeder Anschluss ist mit der Switching-Engine verbunden. Zur Vereinfachung gibt es maximal 255 Adressen, wobei die
Adresse 255 als Broadcast-Adresse verwendet wird. Die Eingabe erfolgt per Kommandozeile. Es wird ein Paketkopf gelesen und entsprechend des
Zustandes der Engine entschieden, auf welchen Anschluss das zugehörige Paket geschickt wird.
Informationen, die an die Engine geliefert werden, sind Eingangsportnummer (1..N), Absenderadresse (1..255) und Zieladresse (1..255).
Die Engine bestimmt daraufhin das Ziel und gibt diese Information aus. Mit der Eingabe von "a" wird die Ausgabe der Adresstabellen ausgelöst.
Eine mögliche Beispielsitzung für einen 6-Port-Switch sähe so aus: switch< 1 23 54 switch> Ausgabe auf allen Ports switch< 4 32 23 switch> Ausgabe auf Port 1 switch< 6 35 32 switch> Ausgabe auf Port 4 switch< 2 32 23 switch> Ausgabe auf Port 1 switch< 6 85 32 switch> Ausgabe auf Port 2
switch< 1 55 35 switch> Ausgabe auf Port 6 switch< 6 5 255 switch> Ausgabe auf allen Ports switch< a switch> 1: 23 55 2: 32 3: 4: 5: 6: 35 85 5