1 netzwerktechnik janine hennig. 2 Übersicht iso/osi – modell physikalische Übertragungsmedien...
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1
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
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M
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
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Protokolle der Schichten 1 und 2