LAN und MAN © Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler
Fakultät Elektro- und Informationstechnik
https://www.telecom.hs-mittweida.de
2016-01
LAN / MAN
Ziel und Inhalt der Vorlesung
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Ziel Local Area Networks bilden in Firmen, öffentlichen Einrichtungen und Verwaltungen das Kommunikations-rückgrat. Metropolitan Area Networks verbinden LANs einer Region. Die wichtigsten LAN/WAN-Technologien, mit Schwerpunkt Ethernet, werden bezüglich Topologie, Medienzugriffs und Nutzung vorgestellt. Die Inhalte werden standardnah vermittelt. Funk-LAN/MAN-Technologien sind nicht Gegenstand dieses Scriptes.
Inhalt
Übersicht: Aspekte von LAN, MAN 2 Kabelsysteme: Koax, Twisted pair, LWL überarbeitet 16-20 7 Standardisierung von LAN 21 IEEE 802-2001: MAC-Adressen 23 Ethernet-Schichtenhierarchie: SNAP, LLC, MAC, Ethernet-II-Frame, IEEE-802.3-Ethernet-Frame 33 LLC (IE3-802.2) : PDU-Formate, Adressierung, Steuerfelder, LLC-Typen 41 MAC-Nutzung durch TCP/IP: Übersicht, Beispiele für Ethernet-II, IEEE-802.3-Ethernet mit LLC und SNAP 47 Ethernet-Familie überarbeitet 52 52 Standard IE3-802.3: Übersicht, Ethernet-Varianten, hx, dx, OSI-, Implementation-Model 54 MAC (IE3-802.3-2,3,4): Services, Frame-Structure, Functional Model, CSMA/CD, Rahmenlängen 60 Ethernet - Physical (IE3-802.3-6,7,8,14): Physical Signaling, 10BASE-5, 10BASE-2, 10BASE-T 73 Koppelelemente: Repeater, Hub, Bridge, Switch, Router 85 Spanning Tree: Das Problem, Einführung in STP/RTP 96 VLAN (IE3-802.1Q): Virtual Bridged Local Area Networks, Tagged MAC Frame 111 Autonegotiation: Übersicht, NLP, FLP, Codierung, Beispiele 116 Power over Ethernet (IE3-802.3af) 120 Fast-Ethernet – Physical (IE3-802.21-33): Subschichten, 100BASE-FX/SX, LWL-Stecker, Systeme 123 Gigabit-Ethernet – Physical (IE3-802.34-43): Subschichten, 1000BASE-SX/LX/CX, 1000BASE-T, Systeme 132 Token Ring, Token Bus: Übersicht, Prinzip, Netzaufbau, Rahmenaufbau 140 DQDB: Übersicht, Prinzip, Netzaufbau, Rahmenaufbau, Medienzugriff 148 Literatur 158
LAN / MAN
WAN
Übersicht: Begriffe WAN, MAN, LAN
WAN: Wide Area Network: landesweites Netz
MAN: Metropolitian Area Network – bis 100 km, verbindet LANs einer Stadt, einer Region – nutzen SDH, zunehmend Ethernet und WiMAX (802.16)
LAN: Local Area Network – verbindet Hosts einer Firma, Behörde, … – nutzen hauptsächlich Ethernet (802.3) und WLAN (802.11)
MAN 1 MAN 1
LAN 1 LAN 1
LAN 2 LAN 2
LAN m LAN m
MAN n MAN n
LAN 1 LAN 1
LAN 2 LAN 2
LAN m LAN m
…
… …
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LAN / MAN
Übersicht: Aspekte von LAN, MAN
1) siehe auch Vorlesung „Standardisierung“ 2), 3) siehe auch Vorlesung „Grundlagen der Kommunikationstechnik
Star
Bus
Ring
Hub/tree
Topologie2) Standardisierung 1)
Closed Systems
ISO (International Standards Organization)
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
ECMA (European
Computer Manufacturers Association)
Twisted pair
Coax Coax
Thick- wire
Thin- wire
Shielded Unshilded
Kabelsysteme
Cat 2…8
Single-mode Multi-mode
OM1..4 OS1..2
Standardisierung Standardisierung
Welche Gremien
Kabelsysteme
Kabelklassen
Kabeltypen Kabeltypen
Class A..F
Quad pair
Stecker SX, LX, …
Fiber optic
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LAN / MAN
Übersicht: Aspekte von LAN, MAN
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Koppelelemente
dezentrale Verfahren dezentrale Verfahren
DQDB (distributed queue dual bus)
Token bus/ring
Konkurrierender Zugriff mit: -Tolerierung, - Auflösung,
- Vermeidung von Kollisionen
Konkurrierender Zugriff mit: -Tolerierung, - Auflösung,
- Vermeidung von Kollisionen
Wettbewerb (stochastisch)
CSMA/CD (carrier sense multiple access/collision detection)
CSMA/CA (carrier sense multiple access/collision avoidance)
Medienzugriff
Zuteilung (determiniert)
Zuteilung (determiniert)
Master /Slave
Statische oder dynamische
Reservierung von: - Zeitschlitz, - Frequenz,
- Code
Statische oder dynamische
Reservierung von: - Zeitschlitz, - Frequenz,
- Code
TDMA (time division multiple access)
FDMA (frequency division multiple access)
CDMA (code division multiple access)
Reservierung (determiniert)
Reservierung (determiniert)
zentrale Verfahren zentrale Verfahren
OSI
Repeater
Schicht 1
Schicht 1
Hub (Multiport Repeater)
Bridge
Schicht 2
Schicht 2
Switch (Multiport Bridge)
Router Schicht 3
Schicht 3
LAN / MAN
Übersicht: Aspekte von Ethernet
Wird durch IP-Anwendungen verwendet (IP, ARP,
RARP). Nach den Adressen-feldern folgen 2-Byte Typfeld und dann die SDU
Wird durch IP-Anwendungen verwendet (IP, ARP,
RARP). Nach den Adressen-feldern folgen 2-Byte Typfeld und dann die SDU
Ethernet-II Ethernet-II
Standard MAC-Frames spezifiziert in 802.3
Angewendet zwischen Stationen und/oder Koppelelementen
Standard MAC-Frames spezifiziert in 802.3
Angewendet zwischen Stationen und/oder Koppelelementen
IEEE-802.3-Ethernet IEEE-802.3-Ethernet
Tagged MAC-Frame spezifiziert in 802.3 und 802.1Q Angewendet hauptsächlich zwischen Koppelelementen
Tagged MAC-Frame spezifiziert in 802.3 und 802.1Q Angewendet hauptsächlich zwischen Koppelelementen
Transportiert IEEE-802.2-Frames, also LLC-PDUs ( LLC- Logical Link Control)
oder erweiterte LLC-PDUs. Diese Protokollerweiterung nennt man SNAP (Sub-Network Access Protocol)
Die Nutzung von SNAP durch IP und ARP wird durch RFC 1042 beschrieben.
Transportiert IEEE-802.2-Frames, also LLC-PDUs ( LLC- Logical Link Control)
oder erweiterte LLC-PDUs. Diese Protokollerweiterung nennt man SNAP (Sub-Network Access Protocol)
Die Nutzung von SNAP durch IP und ARP wird durch RFC 1042 beschrieben.
Dieses Rahmenformat liefert Konzepte für Priorisierung und Virtual bridged LAN (VLAN)
Es werden 4 zusätzliche Bytes eingefügt: 1000 0001 0x81 Erweiterungs- 0000 0000 0x00 kennzeichen pppc vvvv Werte vvvv vvvv Werte 0x8100 Kennzeichnung für Tagged Frame ppp Prioritätsbits c canonical format identifier v virtual LAN identifier
Dieses Rahmenformat liefert Konzepte für Priorisierung und Virtual bridged LAN (VLAN)
Es werden 4 zusätzliche Bytes eingefügt: 1000 0001 0x81 Erweiterungs- 0000 0000 0x00 kennzeichen pppc vvvv Werte vvvv vvvv Werte 0x8100 Kennzeichnung für Tagged Frame ppp Prioritätsbits c canonical format identifier v virtual LAN identifier
Ethernet-Standard-MAC-Frames
Ethernet 10 Mbps
Ethernet-Familie
Fast-Ethernet 100 Mbps
Gigabit-Ethernet 1000 Mbps
10-Gigabit-Ethernet 10000 Mbps
40/100-Gigabit- Ethernet
Jumbo-Frames
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LAN / MAN Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Kabelsysteme
OM - Optical Multimode OS - Optical Singlemode SX- short-wavelength 850nm LX - long-wavelength 1300nm
Twisted pair
Fiber optic
Coax Coax
Thick- wire
Thin- wire
Shielded Unshilded
Kabelsysteme
Cat 2…8
Single-mode Multi-mode
OM1..4 OS 1..2
Standardisierung Standardisierung Kabeltypen Kabeltypen
Class A..F
Quad pair
Stecker
Standardisierung Standardisierung
Welche Gremien Welche Gremien Schwerpunkte Schwerpunkte
ISO/IEC-11801
CENELEC EN 50173
DIN
ITU
Kabelsysteme
Kabelklassen
7
SX, LX, …
LAN / MAN
Kabelsysteme: Lebensdauer
Typische Lebensdauer von Rechnernetzkomponenten in Jahren
Verkabelungssysteme haben relativ lange Lebensdauer.
Planungskriterien: – aktuelle und künftige Nutzungsszenarien (welche Dienste sollen unterstützt werden?).
– Investitionssicherheit, z.B. gleicher LWL aber optischer Sender/Empfänger mit höherer Datenrate.
– Sicherheit, Brandschutz.
0 5 10 15
Kabelsysteme
Router, Switches
Hosts
Software
von
bis
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LAN / MAN
Kabelsysteme: Verkabelungsstrukturen ISO/IEC 11801, EN 50173-1
SV: Standort-verteiler, auch Campusverteiler
GV: Gebäude-verteiler
EV: Etagen-verteiler
EV: Etagen-verteiler
TA: Teilnehmer-anschlüsse
Primärverkabelung (Campusverkabelung) LWL, bis 1500m
Sekundär- verkabelung LWL, bis 500m
Tertiär- verkabelung TP, bis 90m
9 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Kabeltypen: Koax
Merkmale: RG-8 (Yellow cable) – Innenleiter-Ø: 2,17 mm – Kabel-Ø: bis 12 mm – Impedanz: 50 Ω – Signallaufzeit < 0,77*c – max. aller 2,5m Stationsankopplung per
Vampirklemmen. – Außenmantel: feuerhemmend,
nagetierunfreundlich. – Biegeradius 25cm.
Merkmale: RG-58 (Cheapernet)
19 x 0,20 mm ± 0,03
Kabel-Ø: 4,95mm
Impedanz: 50 Ω
Signallaufzeit < 0,77*c
10 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Kabeltypen: Twisted-Pair-Bezeichnung EN 50173-1, ISO/IEC 11801
Bezeichnungsschema nach ISO / IEC 11801: XX/YZZ XX=Gesamtschirmung
• U ungeschirmt • F Folienschirm • S Schirmgeflecht • SF Schirmgeflecht, Folienschirm
Y=Adernschirm • U ungeschirmt • F Folienschirm • S Schirmgeflecht
ZZ=Verseilart • TP Twisted Pair • QP Quad Pair
alt neu Kabelschirm Adernschirm
UTP U/UTP - -
FTP F/UTP Folie -
STP U/FTP - Folie
S-FTP SF/UTP Schirmgeflecht, Folie -
S-STP S/FTP Schirmgeflecht Folie
Y XX U/UTP
Paar: 1 2 3 4
F/UTP U/FTP SF/UTP S/FTP
11 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Kabeltypen: Twisted pair, Quad pair
Kabel höherer Kategorien haben – mehr Verdrillungen pro m, – stärkere Aderndurchmesser, – bessere Geometrie, z.B. durch zusätzliche Plastekörper, – Geometrieeinhaltung bis zum Kontakt.
Quadkabel entstehen durch eine Viererverseilung. Gegenüberliegende Leiter bilden ein Paar.
U/UTP U/FTP S/FTP F/UQP S/FTP
1a
1b 1b 2b 2b 2a 2a
12 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Kabeltypen: Übersicht http://en.wikipedia.org/wiki/Twisted_pair/
Eigenschaften wesentlicher Kabelkategorien Klasse EN 50173
Kategorie EIA/TIA 568
Bandbreite bis MHz
Adern-Ø ca. in mm
Typ-Beispiele
Anwendungen
A Cat1 0,1 Datenübertragung mit niedrigen Datenraten und Telefonie. Beispiele: Analogtelefonie, X.21/V.11, ISDN(2B1Q)
B Cat2 1 Sprachanwendungen bis 1MHz Beispiele: ISDN-Basisanschluss, ADSL
C Cat3 16 UTP Sprach- und Datenübertragung bis 16 MHz Beispiele: 10BASE-T und 100BASE-T4, 4 oder 16 Mbit/s-Token-Ring-Netze
- Cat4 20
D Cat5 100 1,1 UTP F/UTP
Sprach- und Datenübertragung bis 100 MHz Beispiele: 100BASE-TX und 1000BASE-T
E Cat6 250 1,4 UTP
… S/FTP
Daten- und Multimediadatenübertragung bis 250 MHz Beispiele: 1000BASE-T , ATM 155
EA Cat6a 500 1,4 Daten- und Multimediadatenübertragung bis 500 MHz Beispiele: 10GBASE-T
F Cat7 600 1,4 S/FTP Daten- und Multimediadatenübertragung bis 600 MHz Beispiele: 10GBASE-T , ATM 622
FA Cat7a 1000 1,4 S/FTP Daten- und Multimediadatenübertragung bis 1000 MHz Beispiele: Telefon, CATV , 1000BASE-TX im gleichen Kabel, 10GBASE-T
G CAT8 1200 1,6 S/FTP In Entwicklung
13 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
EIA-Standard: Electronic Industries Alliance, US-amerikanische Handelsorganisation;
Standard vom Europäischen Komitee für Elektrotechnische Normung (CENELEC)
LAN / MAN
Kabeltypen: RJ-45-Steckerbelegung (auf die Kontakte gesehen)
Folgende Farbcodes sind üblich Paar1: blau - blau/weiß
Paar2: orange- orange/weiß
Paar3: grün - grün/weiß
Paar4: braun - braun/weiß
Für 10BASE-T genügt die Mindestbeschaltung
Für Anschluss an Repeater und Switch
verwendet man i.d.R. „glatte“ Kabel.
Für Direktverbindung zwischen:
zwei Rechnern oder zwei Repeaters verwendet man „gekreuzte“ Kabel (Crossover).
12345678
Paar 2
Paar 3
12345678
Paar 1
Paar 4 Paar 2
Paar 3
Mindest- beschaltung
Voll- beschaltung
12345678
12345678
12345678
12345678
1 –---- 3
2 ----- 6
3 ----- 1
6 ----- 2
14 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Steckdosen und Stecker: RJ-45, GG-45
Das RJ-Stecksystem ist nur bis 10 Gbit/s einsetzbar.
Fa. Nexans entwickelte für Cat7 das GG-45-Stecksystem, geeignet bis 100 Gbit/s. – Die Steckdose kann sowohl für RJ-45 als auch GG-45 beschaltet werden. – Der GG-45-Stecker passt nur in eine GG-45 Dose.
Steckerbeschaltung – I .. IV Quadrant:
orange, braun,
blau, grün
1 2 3 4 5 6 7 8
braun orange
blau grün
Steckdose RJ-45
Steckdose GG-45
Stecker GG-45 Stecker RJ-45
I II
IV III
15 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Kabeltypen: Lichtwellenleiter – Übersicht
Aufgrund des Dämpfungsverlaufs arbeiten LWL-Systeme bei Wellen-längen um 850, 1300, 1500 nm.
Bei LAN überwiegend 850nm Bevorzugte Fasernutzung:
– Multimode-Fasern: LAN (preiswerte LED-Sender, durch Modendispersion geringe Reichweite).
– Singlemode-Fasern: WAN (teurere Lasersender, keine Modendispersion, größere
Reichweiten).
Typen von LWL und Bedeutung – Stufenindex-MM-LWL – Gradientenindex-MM-LWL – Stufenindex-SM-LWL
http://www.heineshof.de/lan/optische-fenster.png
16 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
MM- Multi mode LWL SM -Singlemode LWL
Aufbau von LWL-Übertragungs-systemen
E O
O E
Sender Empfänger Stecker Spleiß(e) Stecker
LED • LED - light-emitting diode • VCSEL - vertical-cavity surface-emitting laser • Laser
Querschnitt Brechzahlprofil Modenausbreitung
125 µm
50/65µm
r
n
t
A
t
A
4-10 µm
125 µm r
n
t
A
t
A
125 µm
50/65 µm
r
n
t
A
t
A
Mantelbrechzahl minimal kleiner als
Kernbrechzahl z.B. 1,46 zu 1,48
Vakuumbrechzahl=1
Mantelbrechzahl minimal kleiner als
Kernbrechzahl z.B. 1,46 zu 1,48
Vakuumbrechzahl=1
LAN / MAN
Kabeltypen: Lichtwellenleiter – Sender, Faserklassen
17 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Sender Wellenlänge nm Einsatz Einstrahlverhalten 1) Bemerkungen 2)
LED Light Emitting
Diode, Leuchtdiode 850
MM-LWL bis 100 Mbit/s
OFL Overfilled
Launch Alle Moden werden angeregt
VCSL Vertical Cavity
Surface Emitting Laser, Halbleiterchip-Laser
850, 1310 MM-LWL bis
10 Gbit/s
RML Restricted
Mode Launch
Wenige Moden werden angeregt. Bei gewöhnlichen MM-Fasern ist der Brechzahl-verlauf im Kernbereich fertigungsbedingt nicht linear. Die Moden kommen zeitlich verschieden am Empfänger an – DMD, Differential Mode Delay Empfangsimpulse werden breiter, dadurch Längenbegrenzung
Laser
1310, 1550 MM-LWL bis
1Gbit/s RML Restricted
Mode Launch
1310, 1550 SM-LWL bis
10 Tbit/s Eine Mode wird angeregt
LED LED
Laser Laser
VCSL VCSL
Laser Laser
ISO 11801 bzw. DIN EN 50173 OM1 OM2 OM3 OM4 OS1 OS2
Fasertyp Gradientenindex Gradientenindex Gradientenindex Gradientenindex Stufenindex Stufenindex
Kern/Mantel-Ø in µm 62,5/125 50/125 50/125 50/125 9/125 9/125
Wellenlänge nm 850 1300 850 1300 850 1300 850 1300 1310 1550 1310 1550
max. Dämpfung dB/km 3,5 1,5 3,5 1,5 3,5 1,5 2,5 0,8 1 1 0,4 0,4
minimale modale Bandbreite B*L (LED) MHz*km
200 500 500 500 1500 500 3500 500 - - - -
minimale modale Bandbreite B*L (Laser) MHz*km
Nicht spezifiert
Nicht spezifiert 2000 4700
2) http://www.ksi.at/LWL/lwl-begriffe.htm 1) tyco Electronics: LWL im LAN
LAN / MAN
Kabeltypen: Lichtwellenleiter – Linkklassen
Linkklasse = Gesamtdämpfung der x-Meter-Übertragungsstrecke: Stecker + Kabel + Spleiße.
Typische Dämpfungswerte: – Stecker: 0,1..0,35..0,7 dB – Spleiß: 0,02..0,1..0,3 dB
Wird bei LAN-Installationen als Abnahmemessung angewendet.
EN 50173 maximale Gesamtdämpfung des Kanals in dB
Optical Fiber Linkklasse
Multimode Singlemode
850 nm 1300 nm 1310 nm 1550 nm OF 300 m 2,55 1,95 1,8 1,8 OF 500 m 3,25 2,25 2 2
OF 2000 m 8,5 4,5 3,5 3,5
18 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Service und max.
Linkklasse
OM1 OM2 OM3 OM4 OS1 OS2
850 1300 850 1300 850 1300 850 1300 1310 1550 1310 1550
10 Base F OF 2000 OF 2000 OF 2000
100 Base FX OF 2000 OF 2000 OF 2000
1000 Base SX OF 300 OF 500 OF 500
1000 Base LX OF 500 OF 500 OF 500 OF 2000
10 Gbase SR OF 300 OF 500
10 Gbase LR OF 2000
Einsatz von zertifizierten LWL-Strecken in LAN‘s
LAN / MAN
Kabeltypen: Lichtwellenleiter – Service und max. LWL-Länge
19 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Maximale Leitungslänge als Funktion des Dienstes und des Fasertyps
Service und max. LWL-Länge in m
OM1 OM2 OM3 OM4 OS1 OS2
850 1300 850 1300 850 1300 850 1300 1310 1550 1310 1550
10 Base F 2.000 2.000 2.000 2.000
100 Base FX 2.000 2.000 2.000 2.000
1000 Base SX 275 550 900 1.100
1000 Base LX 550 550 550 550 2.000 5.000
10 Gbase SR 35 82 300 550
10 Gbase LR - - - - 2.000 10.000
10 Gbase ER 40.000
40 Gbase SR4 - - 100 100
40 Gbase LR4 - - - - 2.000 10.000 10.000
100 Gbase LR4 2.000
100 GBASE ER4 - 40.000
E – extrem long (1550nm) , L – Long (1310nm), S- short (850nm) R – LAN-Anwendung W – WAN-Anwendung Ziffer, wie z.B. 4 geben die Anzahl der Wellenlängen-Multiplexkanäle an, die beispielsweise um 1500 nm bei Kanalabständen von 20 nm betrieben werden.
Op
t. M
UX
O
pt.
MU
X
Laser Laser
. .
. .
. .
Op
t.
DEM
UX
O
pt.
D
EMU
X
LED LED
. .
. .
. .
LWL
LAN / MAN
Kabeltypen: Lichtwellenleiter – Steckertypen
20 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
SC-Stecker
LWL-Steckverbinder nach IEC 61754-4, für Single Mode (PC/APC) und Multimode (PC) Typische Einfügedämpfung MM 0,2/SM 0,2dB Versionen Multi/Singlemode Normal- und Schrägschliff Einsatzgebiet CATV, LAN, MAN, WAN, Messtechnik, Medizintechnik, Industrie Faseranzahl je Stecker 1Faser Verbreitung sehr oft (Europa Standard)
http://www.opternus.de/wissen/kleine-lwl-stecker-lehre.html
MTRJ 2-Fasern-Stecker
LWL-Stecker der den IEC 61754-18, ANSI/TIA/EIA -604-12, ISO/IEC 11801 und
ANSI/TIA/EIA - 568-B.3 Normen entspricht Typische Einfügedämpfung MM 0,2/SM 0,4dB Versionen Multi/Singlemode Einsatzgebiet LAN Faseranzahl je Stecker 2 Fasern Verbreitung häufig
LC-Stecker
Dieser von Lucent entwickelte LWL-Stecker wird wegen seiner hochkompakten Bauform vorwiegend an aktiven Komponenten, z.B. Switch, eingesetzt. Normen: IEC 61754-20, TIA604-10-A Typische Einfügedämpfung MM 0,2/SM 0,12dB Versionen Multi/Singlemode Einsatzgebiet LAN/WAN Faseranzahl je Stecker 1 Fasern Verbreitung sehr oft
LAN / MAN Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Standardisierung von LAN
Standardisierung LAN/MAN durch: – Firmen, z.B. DEC-Intel-Xerox, – Gremien, z.B. ECMA, IEEE, ISO usw.
IEEE wichtigstes LAN/MAN-Standardisierung-Gremium. 802: im Februar 1980 gegründet
Struktur der IEEE-LAN-Standards: – IEEE 802-yyyy Grundkonzepte – IEEE 802.1 BrückenManagementaspekte – IEEE 802.2 LLC - logical link control – IEEE 802.3/4/5/... verschiedener LAN's
IEEE 802-Standards
http://standards.ieee.org/catalog/olis/lanman.html
Standardisierung 1)
Closed Systems
ISO (International Standards Organization)
IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)
ECMA (European
Computer Manufacturers Association)
Bitübertragung (PHY – physical) und Medienzugriff (MAC – medium access control) gehören zusammen, deshalb ein gemeinsamer Standard.
21
LAN / MAN
Standardisierung: Bei IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers
DIX Digital Equipment Corporation, Intel, Xerox DQDB Distributed Queue Dual Bus DEC Digital Equipment Corporation IPX Internet Packet Protocol (IPP) nach XNS (Xerox Network System), in den 70er Jahren parallel zum IP für Novell-Netze entwickelt IP Internet Protocol WLAN Wireless LAN WMAN Wireless Metropolitan Area Network, WLAN-Backbone, Reichweite bis 100 km, Datenraten bis 100 Mbit/s WPAN Wireless Personal Area Network,
Ethernet IEEE 802.3 ISO 8802.3
Ethernet IEEE 802.3 ISO 8802.3
Token Bus IEEE 802.4 ISO 8802.4
Token Bus IEEE 802.4 ISO 8802.4
Token Ring IEEE 802.5 ISO 8802.5
Token Ring IEEE 802.5 ISO 8802.5
DQDB IEEE 802.6 ISO 8802.6
DQDB IEEE 802.6 ISO 8802.6
DIX- Ethernet DIX- Ethernet
IEEE 802.2, ISO 8802.2 Logical Link Control zwischen Stationen und Switch (Hub)
IEEE 802.2, ISO 8802.2 Logical Link Control zwischen Stationen und Switch (Hub)
Ph Physical
Ph Physical
MAC Media Access Control
MAC Media Access Control
LLC Logical Link Control
LLC Logical Link Control
WLAN1)
WPAN WMAN
802.11 802.15 802.16
1) siehe Vorlesung „WLAN“
IEEE 802.1, ISO 8802.1 Bridging, Management zwischen Bridges
IEEE 802.1, ISO 8802.1 Bridging, Management zwischen Bridges
Laye
r 2
La
yer
1
Laye
r 3
OSI
IEEE 802-2
00
1
Overview
& A
rchitectu
re
IEEE 802-2
00
1
Overview
& A
rchitectu
re
Power over Ethernet IEEE 802.3af
Power over Ethernet IEEE 802.3af
N Network
IP Internet Protocol
IPP Internet Packet
Protocol
Internet Novell
DDP Datagram Delivery
Protocol
AppleTalk
DRP DECnet Routing
Protocol
DECNet
other
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LAN / MAN
IEEE 802-2001: MAC-Adressen - Übersicht
MAC-Adressen sind OSI-Schicht-2-Adressen. – Sie adressieren die abschnittweise Datenübertragung über Link's. – Jeder LAN-Netzwerkadapter wird durch 48 Bit = 6 Byte adressiert.
MAC-Unicast-Adressen sind weltweit einmalig.
MAC-Adressen werden i.d.R. permanent auf der Netzwerkkarte gespeichert.
Manche Hersteller lassen ein Überschreiben dieser Adresse zu Sicherheitsrisiko.
MAC-Adressen werden unterschieden in: – Unicast-Adressen 1 1 – Broadcast-Adresse 1 Alle – Multicast-Adresse 1 Multicast-Gruppe
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LAN / MAN
IEEE 802-2001: MAC-Adressen - Übersicht
Unicast 1 1 – z.B. von Host C an Host A, – Ziel-MAC = A – Absender-MAC = C
Broadcast 1Alle – z.B. von Host C an alle anderen – Ziel-MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FF – Absender-MAC = C –
Multicast 1Multicast-Gruppe – z.B. von Host C an Multicastgruppe g1,
bestehend aus A, B – Ziel-MAC = 01-00-5E-g1-g1-g1 – Absender-MAC = C
T N
MAC Ph
A
HostA
T N
MAC Ph
A
HostB
T N
MAC Ph
A
HostC
T N
MAC Ph
A
HostD
T N
MAC Ph
A
HostE
1
2
3 3 3 3
T N
MAC Ph
A
HostA
T N
MAC Ph
A
HostB
T N
MAC Ph
A
HostC
T N
MAC Ph
A
HostD
T N
MAC Ph
A
HostE
1
2
3
T N
MAC Ph
A
HostA
T N
MAC Ph
A
HostB
T N
MAC Ph
A
HostC
T N
MAC Ph
A
HostD
T N
MAC Ph
A
HostE
1
2
3 3 3
3 3 3
3
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LAN / MAN
IEEE 802-2001: MAC-Adressen - Aufbau
Die 48-Bit-MAC-Adresse besteht aus folgenden Teilen – 2 Bit: Adressentyp – 22 Bit: Herstellerkennung Organizationally Unique Identification OUI – 24 Bit: lfd. Nummerierung
Bit Oktett
8 7 6 5 4 3 2 1
1 U/L I/G
2
3
4
5
6
lfd. Nummerierung
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48
I/G
U/L Herstellerkennung lfd. Nummerierung
Oktett 1 Oktett 2 Oktett 6
0 1
I/G-Bit Individual
address
Group address
U/L-Bit Universally
address
(IEEE-verwaltete
Adresse)
Locally
administered
address (Lokal verwaltete
Adresse, z.B. bei
WLANs)
Bit's
Herstellerkennung
Adressentyp
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LAN / MAN
IEEE 802-2001: MAC-Adressen - Notationsformen
Man unterscheidet: – Hexadecimal representation, z.B.: AC-DE-48-00-00-80 – Bit-Reverse representation , z.B.: 35:7B:12:00:00:01 Sendereihenfolge der Bits
Zusammenhang der Notationsformen
1 0 1 0 1 1 0 0
1 1 0 1 1 1 1 0
0 1 0 0 1 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
0 0 0 0 0 0 0 0
1 0 0 0 0 0 0 0
AC-DE-48-00-00-80
00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001
35 : 7B : 12 : 00 : 00 : 01
Erkenntnis: AC-DE-48-00-00-80 35:7B:12:00:00:01 zwei Notationsformen der gleichen Adresse.
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LAN / MAN
IEEE 802-2001: MAC-Adressen - Notationsformen
Ermitteln Sie für die MAC-Adresse 000CCE52D1BA – Hexadecimal representation und die – Bit-Reverse representation!
Ermitteln Sie die MAC-Adresse in Hexadecimal representation , wenn gegeben ist: 00:80:C7:00:3D:59
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LAN / MAN
OUI's verwaltet IEEE: http://standards.ieee.org/regauth/oui/index.shtml
Es gibt eine öffentliche und "geheime" OUI's
Beispiele für OUIs:
Ermitteln Sie die Firmen für folgende OID's:
IEEE 802-2001: MAC-Adressen - Herstellercodes
Organizationally Unique Identification Firma
00-00-00 bis 00-00-09 XEROX Corporation
00-00-0C, 00-01-42, 00-01-43 ... Cisco
00-01-E3, 00-0B-A3, 08-0B-A3 ... Siemens AG
00-00-39 ... Toshiba Corporation
00-1D-7D
00-50-56
00-0C-CE
01-00-5E
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LAN / MAN
MAC-Adressen: Auslesen, besondere Adressen
MAC-Adressen kann man ermitteln: – Linux ip addr – MAC OS ifconfig – Windows ipconfig /all
getmac /v
Ethernet-Karten erlauben im Promiscuous mode den Empfang aller Rahmen: – ist gut für die Netzwerkanalyse (Sniffer - Aufspürer) WireShark, Ethereal – bus- oder hubbasierte Netze Sicherheitsrisiko, switchbasierte Netze kein Problem.
Besondere MAC-Adressen: – FF-FF-FF-FF-FF-FF Broadcast-Adresse – 01-00-5E-00-00-00 …
01-00-5E-7F-FF-FF Bereich für Multicastadressen
C:\WINDOWS\system32>ipconfig /all
Ethernetadapter LAN-Verbindung 12:
Verbindungsspezifisches DNS-Suffix:
Beschreibung. . . . . . . . . . . : Realtek RTL8139-Familie-PCI-Fast Ethernet-NIC
Physikalische Adresse . . . . . . : 00-10-DC-1A-81-2E
DHCP aktiviert. . . . . . . . . . : Ja
Autokonfiguration aktiviert . . . : Ja
IP-Adresse. . . . . . . . . . . . : 192.168.0.2
Subnetzmaske. . . . . . . . . . . : 255.255.255.0
Standardgateway . . . . . . . . . : 192.168.0.1
DHCP-Server . . . . . . . . . . . : 192.168.0.1
DNS-Server. . . . . . . . . . . . : 217.237.149.225
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LAN / MAN
MAC-Adressen: Multicast-Adressen
Diese erkennt man am OID 01-00-5E-XX-XX-XX. Der Multicastadressenbereich geht von 01-00-5E-00-00-00 bis 01-00-5E-7F-FF-FF (von IANA festgelegt).
Class-D-Adressen nennt man Multicast-IP-Adressen.
Multicast-Adressen nutzen Server, die Rundfunk-Streams im Internet anbieten. – Der Server sendet einen IP-multicast-adressierten Rahmen, der durch die multicastfähigen Router
dorthin verteilt wird, wo aktuell Stream-Abonnenten sind. – Die niederwertigsten 23 Bit der Multicast-IP-Multicast-Adresse werden auf die niederwertigsten
23 Bit der Multicast-MAC-Adresse abgebildet.
1 1 1 0 28 Bit Hostgruppe (Multicast) Class D 224.0.0.0 to 239.255.255.255
Multicast-IP min 1110 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000
Multicast-IP max 1110 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111
Multicast-MAC min 0000 0001 0000 0000 0101 1110 0000 0000 0000 0000 0000 0000
01-00-5E 00-00-00
Multicast-MAC max 0000 0001 0000 0000 0101 1110 0111 1111 1111 1111 1111 1111
01-00-5E 7F-FF-FF
1) Beachte: 5 Bit der IP-Multicast-Adresse werden also nicht auf die Multicast-MAC-Adresse abgebildet. Wird dieser Adressenbereich genutzt, wird es zu falschen Abbildungen kommen. D.h., eine MAC-Instanz wird u.U. multicast-adressierte Rahmen entgegen nehmen, die nicht für den Host bestimmt sind. Solche Fehler werden dann in der IP-Instanz erkannt, da im IP-Rahmen die vollständige IP-Adresse steht.
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1) 23 Bit
LAN / MAN
Multicast-IP 224.192.16.7 1110 0000 1100 0000 0001 0000 0000 0111
Multicast-MAC 01-00-5E-40-10-07 0000 0001 0000 0000 0101 1110 0100 0000 0001 0000 0000 0111
MAC-Adressen: Multicast-Adressen
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Beispiel: Welche MAC-Adressen gehören zu folgenden IP-Multicastadressen? a) 224.3.7.8 b) 227.0.0.1 c) 224.192.16.7
Multicast-IP 224.3.7.8 1110 0000 0000 0011 0000 0111 0000 1000
Multicast-MAC 01-00-5E-03-07-08 0000 0001 0000 0000 0101 1110 0000 0011 0000 0111 0000 1000
Multicast-IP 227.0.0.1 1110 0011 0000 0000 0000 0000 0000 0001
Multicast-MAC 01-00-5E-00-00-01 0000 0001 0000 0000 0101 1110 0000 0000 0000 0000 0000 0001
23 Bit
LAN / MAN
MAC-Adressen: Sendereihenfolgen
Sendereihenfolge bei 802.3
LSB (Least Significant Bit) zuerst
Sendereihenfolge bei 802.5, ...
MSB (Most Significant Bit) zuerst
I/G U/L
octet
1
2
3
4
5
7 8 6 5 4 3 2 1 bit LSB MSB
6
OUI
lfd. Nr
32 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Ethernet-Schichtenhierarchie: PHY, MAC, LLC, SNAP
MAC-PDU Ethernet II und/oder IEEE-802.3-Ethernet
Logical Link Control – LLC
Class 1, 2, 3, 4
Schicht 3
Network, z.B. Internet Protocol - IP
Media Access Control – MAC
Schicht 1
Physical – PHY, Bitübertragung 10, 100, ... Mbps
SNAP
LLC Class 1, 2, 3, 4
3
Network
MAC
1
PHY, Bitübertragung 10, 100, ... Mbps
SNAP
LLC-PDUs
SNAP-PDUs Sub Network Access Protocol
Schicht 2
33 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Ethernet-Schichtenhierarchie: MAC, LLC, SNAP
Wie man sah, kann z.B. eine IP-Instanz folgende Instanzen in der Schicht 2 nutzen: MAC oder LLC + MAC oder SNAP + LLC + MAC.
MAC-Dienste – Datenübertragung zwischen Hosts, adressiert durch MAC-Adressen. – Fehlerhafte Rahmen, mittels FCS erkannt, werden beim Empfänger verworfen. – Durch fehlende Rahmen-Nummerierung ist eine gesicherte DÜ nicht möglich. Fehler
müssen durch die höheren Schichten erkannt und behoben werden.
LLC-Dienste – Mehrere Datenverbindungen zu einem anderen Host, adressiert durch die MAC-
Adresse und zusätzlich 128 logische Adressen. – 4 LLC-Klassen bieten einfache bis gesicherte Datenübertragung an.
SNAP-Dienste – SNAP dienst zur Vergrößerung des Adressraumes, LLC hat nur 1-Byte-Adresse. – Die 5-Byte Adresse besteht aus
• 3-Byte-Firmenkennung (OUI - Organizationally Unique Identifier) vergeben von IEEE • 2-Byte-Protokollkennung vergeben durch die Firma. vergleichbar mit den Ports bei TCP
bzw. UDP.
– Wenn der OUI = 00 00 00 ist, stehen in der Protokollkennung Ethertypes: 0x0800 für IP, 0x0806 für ARP usw.
34 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Ethernet-Schichtenhierarchie: MAC, LLC, SNAP
MAC-PDU Ethernet II und/oder IEEE-802.3-Ethernet
2
Logical Link Control – LLC
Class 1, 2, 3, 4
3
Network
Media Access Control – MAC
LLC-SAP1 LLC-SAPn
PHY-SAP
1
Physical – PHY, Bitübertragung 10, 100, ... Mbps
MAC-SAP IEEE-802.3-
MAC-SAP Ethernet II
2
LLC Class 1
2
SNAP
SNAP-SAP
LLC-SAP
2
LLC Class 1, 2, 3, 4
3
Network
MAC
LLC-SAP1 LLC-SAPn
PHY-SAP
1
PHY, Bitübertragung 10, 100, ... Mbps
2
LLC Class 1
2
SNAP
SNAP-SAP
LLC-SAP
LLC-PDUs
SNAP-PDUs Sub Network Access Protocol
MAC-SAP IEEE-802.3-
MAC-SAP Ethernet II
35 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Ethernet-Schichtenhierarchie: Ethernet-MAC-Frames
Wird durch IP-Anwendungen verwendet (IP,
ARP, RARP). Nach den Adressenfeldern folgen 2-Byte Typfeld und dann die SDU
Ethernet-II Ethernet-II
Standard MAC-Frames spezifiziert in 802.3
Angewendet zwischen Stationen und/oder Koppelelementen
Standard MAC-Frames spezifiziert in 802.3
Angewendet zwischen Stationen und/oder Koppelelementen
IEEE-802.3-Ethernet IEEE-802.3-Ethernet
Tagged MAC-Frame spezifiziert in 802.3 und 802.1Q Angewendet nur zwischen Koppelelementen
Tagged MAC-Frame spezifiziert in 802.3 und 802.1Q Angewendet nur zwischen Koppelelementen
Transportiert IEEE-802.2-Frames, also LLC-PDUs ( LLC- Logical Link Control)
oder erweiterte LLC-PDUs. Diese Protokoll-erweiterung nennt man SNAP (Sub-Network Access Protocol)
Die Nutzung von SNAP durch IP und ARP wird durch RFC 1042 beschrieben.
Dieses Rahmenformat liefert Konzepte für Priorisierung und Virtual bridged LAN (VLAN)
Es werden 4 zusätzliche Bytes eingefügt: 1000 0001 0x81 0000 0000 0x00 pppc vvvv vvvv vvvv 0x8100 Kennzeichnung Tagged Frame ppp Prioritätsbits c canonical format identifier v virtual LAN identifier
Ethernet-MAC-Frames
Jumbo-Frames
Framegrößen bis 16 kB werden verwendet. Jumbos sollen Interruptlast der Stationen minimieren und den Protokoll-overhead verringern. Alle Geräte (Switches, Routers) müssen Jumbos unterstützen. Path MTU Discovery bei IP4 Versendung eines IP4-Paketes mit der lokalen MTU-Größe und gesetztem DF-Bit (Don’t Fragment). Router, die diese MTU-Größe nicht unterstützen, senden eine ICMP-Message Typ 3 Code 4 (Destination Unreachable Fragmentation
Needed, DF Set) zurück, der auch die eigene MTU enthält. Der Host verwendet dann diese MTU. Bei VoIP können Jumbos zu großen Verzögerungen führen.
36 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Ethernet-Schichtenhierarchie: MAC-, LLC-, SNAP-Frames
DSAP destination service access point LLC logical link control MAC media access control MAC-DA MAC destination address
MAC-SA MAC source address PCI protocol control information PDU protocol data unit SSAP source service access point
Network-PDU
14 Byte
Ethernet-II
IEEE 802.3-Ethernet
2
LLC
2
MAC
3
Network
2
SNAP
43|42 ... 1497|1496 7 Preamble
7 Preamble
1 Delimiter
1 Delimiter
2 Length
6 MAC-DA
6 MAC-SA
1 DSAP
1 SSAP
1 | 2 Control
n Extension
n Extension
4 FCS
46 ... 1500 Data + Padding
2 EtherType
6 MAC-DA
6 MAC-SA
7 Preamble
7 Preamble
1 Delimiter
1 Delimiter
n Extension
n Extension
4 FCS
2
LLC
2
MAC
3
Network
2
SNAP
1 DSAP
1 SSAP
1 | 2 Control
LLC-PCI mit SNAP-ErweiterungI
1 AAh
1 AAh
1 03h
3 OrgID
2 PID
IEEE 802.3- Ethernet-Header
IEEE 802.3- Ethernet-Header
Ethernet-II-Header
38 ... 1492 7 Preamble
7 Preamble
1 Delimiter
1 Delimiter
2 Length
6 MAC-DA
6 MAC-SA
n Extension
n Extension
4 FCS
1 AAh
1 AAh
1 03h
3 OrgID
2 PID
64 ≤ gesamte Rahmenlänge ≤ 1518 Byte
46 ... 1500 Byte 4
LLC-PCI
Extension wird nur bei Ethernets mit mehr als 10
Mbit/s genutzt
LLC-PCI
SNAP-PCI EtherType
37 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Ethernet-Schichtenhierarchie: Der Ethernet-II-Frame
Der DIX-Ethernetrahmenaufbau wurde in den IEEE 802.3-Standard übernommen. Ethernet-II-Frame auch Ethernet V.2.:
46 ... 1500 Data + Padding
2 EtherType
6 MAC-DA
6 MAC-SA
7 Preamble
7 Preamble
1 Delimiter
1 Delimiter
4 FCS
Dieser Rahmentyp verstößt gegen den IE3-Ansatz, Netzwerke nur über LLC zu nutzen. Er wird heute aber trotzdem vorzugsweise für IP-Anwendungen genutzt.
Nach Preamble, Delimiter, MAC-Ziel- und MAC-Absenderadresse wird im Feld Ethertype der Benutzer der MAC-Schicht nach RFC 894 kodiert: 0x0800 = IP,
0x0806 = ARP,
0x809B = AppleTalk, …
weitere EtherTypes: http://www.iana.org/assignments/ethernet-numbers
Beachte: Der Ethernet-II-Rahmen enthält keine Konzepte für eine gesicherte Datenübertragung, wie
z.B. Sende- und Empfangsfolgezähler (N(S) und N(R)), Rahmentyp usw.
Fehler müssen durch die höheren Schichten erkannt und behoben werden.
38 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Ethernet-Schichtenhierarchie: Der Ethernet-II-Frame
Die Integrität von Ethernet-II-Rahmen wird mittels FCS (frame check sequence) überprüft.Das verwendete Generatorpolynom lautet:
Wird ein Rahmen mit einer ungültigen FCS empfangen, wird dieser Rahmen durch die empfangende MAC-Instanz verworfen.
MAC ist nicht in der Lage, eine gesicherte DÜ zu leisten. Dies leisten kann z.B.: – LLC, Schicht-2-Protokoll – TCP, Schicht-4-Protokoll.
Ethernet-II-Rahmen werden asynchron übertragen.
Nach jedem Rahmen ist deshalb eine Wartezeit (Inter Frame GAP - Rahmenzwischenraum) einzuhalten: – 10 Mbps-Ethernet 9,6 µs – 100 Mbps-Ethernet 0,96 µs – 1 Gbps-Ethernet 0,096µs
39 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Ethernet-Schichtenhierarchie: Der IEEE-802.3-Ethernet-Frame
IEEE definierte eigenen MAC-Frame: IEEE-802.3-Ethernet-Frame.
Dieser dient dem Transport von IEEE-802.2-LLC-Frames. – Anstelle des Ethertyp-Feldes hat dieser Rahmen ein Längenfeld. – In Ethernets werden Ethernet-II- und IE3-802.3-Ethernet-Frames parallel verwendet.
Deshalb ist eine Methode zur Unterscheidung erforderlich: – Der Wert eines Length-Feld ist immer kleiner, gleich als (1500)d bzw. (5DC)h. – Der Wert eine EthernetType-Feldes ist bei IETF-Anwendungen immer > (1500)d bzw.
(5DC)h.
Wie in einem IE3-802.3-Ethernet-Frame IP-Frames übertragen werden, regelt RFC 948: – DSAP und SSAP erhalten den Wert (96)d bzw. (60)h, – Verwendung des LLC-Typ1-Frames: Unnumbered Information (03)h, – In Destination-SAP und Source-SAP werden gleiche Werte eingetragen (siehe Folie). – danach folgt der IP-Frame.
43|42 ... 1497|1496 7 Preamble
7 Preamble
1 Delimiter
1 Delimiter
2 Length
6 MAC-DA
6 MAC-SA
1 DSAP
1 SSAP
1 | 2 Control
4 FSC
40 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
1 60h
1 60h
1 03h IP-Frame
LAN / MAN
802.2: LLC-PDU-Format and address field /http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.2-1998.pdf/
Struktur in Sendereihenfolge:
Address fields:
DSAP address
8 bits
1 2 3 4 5 6 7 8
SSAP address
8 bits
1 2 3 4 5 6 7 8
Control
8 or 16 bits
1 2 3 4 5 6 7 8|16
Information
M * 8 bits
DSAP – destination service access point LSB – least signification bit PDU – protocol data unit SSAP – source service access point
I|G D D D D D D D C|R S S S S S S S
I|G = 0: individual address
I|G = 1: group address
C|R = 0: command
C|R = 1: response
X 0 D D D D D D DSAP address
X 0 S S S S S S SSAP address
X 1 D D D D D D Reserved for ISO definition
X 1 S S S S S S Reserved for ISO definition
LSB LSB
1 1 1 1 1 1 1 1 Global DSAP address
allgemeiner Aufbau
für Broadcast
41 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.2: SSAP-, DSAP-addresses (Auswahl)
42 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Die jeweils niederwertigsten Bits von SSAP und DSAP fungieren als I|G- bzw. C|R-Bits. Damit sind noch 27 = 128 SAPs adressierbar.
Eine Auswahl von SAP-Adressen:
Link-SAP Protokoll Organisation Nutzung
Dezimal Inet Hex
0 00 NULO IEEE Für Typ 1: UI, XID, Test (verbindungslose Dienste)
2,3 02,03 LLC IEEE LLC Sublayer Management: Individual, Group
4,5 04,05 SNA IBM Path Control SNA: Individual, Group
6 06 IP IETF Internet Protocol
8,12 08,0C SNA IBM IBM 3270 Workstation Program: Individual, Group
16 10 IPX Novell IPX
128-134 80-86 XNS Xerox Xerox Network Services
152 98 ARP IETF Address Resolution Protocol
170 AA SNAP IETF Sub-Network Access Protocol
224 E0 IPX Novell Network Layer Routing
240 F0 NetBIOS IBM
255 FF LLC IEEE LSAP-Broadcast
LAN / MAN
802.2: LLC-PDU-Format: control fields /http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.2-1998.pdf/
I-Frame (information)
S-Frame (supervisory)
U-Frame (unnumbered)
F final bit in response LLC PDUs
M modifier function bit
N(S) send sequence number
N(R) receive sequence number
P poll bit in command LLC PDUs
S supervisory function bit
X reserved and set to zero
1 1 1 0 P/F 1 1 1
1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16
1 0 S S X X X X 1 0 S S X X X X P/F N(R) P/F N(R)
1 1 M M P/F M M M 1 1 M M P/F M M M
1 0 0 0 0 0 0 0 P/F N(R) (Receive ready) RR
1 0 0 1 0 0 0 0 P/F N(R) (Reject) REJ
1 0 1 0 0 0 0 0 P/F N(R) (Receive not ready) RNR
1 1 1 1 P 1 1 0
1 1 0 0 P 0 1 0
1 1 0 0 F 1 1 0
1 1 1 1 F 0 0 0
1 1 1 0 F 0 0 1
SABME command (set ABM mode extended)
DISC command (disconnect)
UA response (unnumbered acknowledge)
DM response (disconnect mode)
FRMR response (frame reject)
0 N(S) 0 N(S) P/F N(R) P/F N(R)
1 1 0 0 P 0 0 0
1 1 0 0 P/F 1 1 1
1 1 1 1 P/F 1 0 1
1 1 1 0 P/F 1 1 0
UI command (unnumbered information)
TEST cmd/rsp (test)
XID cmd/rsp (exchange identification)
AC0 cmd/rsp (information/acknowledge sequence 0)
AC1 cmd/rsp (information/acknowledge sequence 1)
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LAN / MAN
802.2: LLC-PDU-Format: control fields
LLC ist ein HDLC-Derivat (High-level data link control) und verwendet folgende Rahmentypen:
I-Rahmen: – zur nummerierten Datenübertragung, mit gleichzeitiger Quittierung. – Diese enthalten eine Sendefolgenummer zur Nummerierung von Sendeframes und eine
Empfangsfolgenummer zur Quittierung richtig empfangener Sendeframes vom Partner. – Die Nummerierung erfolgt mod(128), d.h. 0, 1, 2, ..., 126, 127, 0, 1,... – N(S)=x wird mit N(R)=x+1 quittiert.
S-Rahmen (RR, RNR, REJ): – zur Quittierung von Datenrahmen und weitere Empfangsbereitschaft (RR – receive ready), – Quittierung von Datenrahmen und Anzeige von Besetztzuständen (RNR – receive not ready), – gezielte Zurückweisung von Datenrahmen (REJ - reject).
U-Rahmen: – Verbindungsaufbau (SABME , UA|DM), – Verbindungsabbau (DISC , UA|DM), – Parameteraushandlung (XID, XID – verbindungslose, quittierte Datenübertragung (AC0-info AC0-ack bzw. AC1-info AC1-ack).
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LAN / MAN
802.2: Typen und Klassen von LLC-Operationen
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Man unterscheidet 3 Dienststypen : (1) Verbindungslose unnummerierte Datenübertragung (unsichere DÜ) (2) Verbindungsorientierte nummerierte Datenübertragung (sichere DÜ, hoher Datendurchsatz) (3) Verbindungslose nummerierte Datenübertragung (sichere DÜ, geringer Datendurchsatz)
Daraus werden 4 Klassen gebildet:
Dienst-Typ
Commands Responses LLC-Class 1 LLC-Class 2 LLC-Class 3 LLC-Class 4
1 UI x x x x
1 XID XID x x x x
1 TEST TEST x x x x
2 I I x x
2 RR RR x x
2 RNR RNR x x
2 REJ REJ x x
2 SABME UA x x
2 DISC DM x x
2 FRMR x x
3 AC0 AC0 x x
3 AC1 AC1 x x
LAN / MAN
SNAP - Sub-Network Access Protokoll
Wird in IE3-802.3-Ethernet-Frames SNAP übertragen, geschieht das wie folgt: – DSAP und SSAP erhalten den Wert (170)d (AA)h, – Verwendung des LLC-Typ1-Frames: Unnumbered Information (03)h, – danach folgt der SNAP-PCI, bestehend aus OrgID und PID.
Das SNAP hat zum Ziel, einen größeren Adressenraum bereit zu stellen. – LLC stellt lediglich 27-2 = 126 Adressen zur Verfügung. – Mittels SNAP können 224 Organisationen je 216 = 65536 Protokolle unterscheiden
Wird mittels SNAP ein EtherTyp-Paket transportiert, sieht dies wie folgt aus:
SNAP-Organization OrgID
EtherType 00 00 00
Cisco 00 00 0C
IBM 00 02 55
IEEE-802.1 Committee 00 80 C2
Apple 00 00 F8
SNAP-Protocol ( EtherType) PID
IP 08 00
ARP 08 06
RARP 80 35
usw.
1 AAh
1 AAh
1 03h
3 OrgID
2 PID
38 ... 1492 7 Preamble
7 Preamble
1 Delimiter
1 Delimiter
2 Length
6 MAC-DA
6 MAC-SA
n Extension
n Extension
4 CRC
1 AAh
1 AAh
1 03h
3 00 00 00
2 EtherType
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LAN / MAN
MAC-Nutzung Internet-Applikationen
Manchester-coded Bitstream
Laye
r 2
La
yer
1
Laye
r 3
La
yer
4
FTP FTP Telnet Telnet SMTP POP SMTP POP SNMP SNMP DNS DNS HTTP HTTP
TCP Transmission Control Protocol
TCP Transmission Control Protocol
UDP User Datagram Protocol
UDP User Datagram Protocol
Ping Ping
IP Internet Protocol
IP Internet Protocol
ARP Address Resolution Protocol
ARP Address Resolution Protocol
ICMP Internet Control Message Protocol
ICMP Internet Control Message Protocol
MAC (Ethernet-II-Frames) MAC (Ethernet-II-Frames)
RARP Reverse ARP RARP Reverse ARP
Appl. data
Appl. data Application header
Appl. data Application header
TCP/UDP header
User data Application header
TCP/UDP header
Appl. data Application header
TCP/UDP header
IP header
User data Application header
TCP/UDP header
Appl. data Application header
TCP/UDP header
IP header
Ethernet header
Ethernet trailer
Ping clt/srv Ping clt/srv
FTP clt/srv FTP clt/srv
Telnet clt/srv Telnet clt/srv
Mail clt/srv Mail clt/srv
WWW clt/srv WWW clt/srv
SNMP clt/srv SNMP clt/srv
DNS clt/srv DNS clt/srv Applications
Application Protocols
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Laye
r 7
Transport Protocols
LAN / MAN
MAC-Nutzung: Durch TCP/IP-basierte Applikationen
Internetapplikationen (IP, ARP, …) verwenden Ethernet-II-Rahmen
2 Media Access Control - MAC
PHY-SAP
3 IP 3 ARP 3 OTHER
IP-SAP ARP-SAP OTHER-SAP
2 Media Access Control - MAC
3 IP 3 ARP 3 OTHER
IP-SAP ARP-SAP OTHER-SAP
PHY-SAP
Ethernet-II-Frame
46-1500 Byte IP datagram
28 Byte ARP request/replay
18 Byte Padding
28 Byte RARP request/replay
18 Byte Padding
0800H 0800H
0806H 0806H
8035H 8035H
DECnet 6003H 6003H
Apple Talk 809BH 809BH
8137H 8137H Novell IPX
16 bit EtherTyp
16 bit EtherTyp
48 bit MAC-DA
48 bit MAC-SA
32 bit FSC MAC-Client Data + Padding 42 bit
Preamble 42 bit
Preamble 8 bit
Delimiter 8 bit
Delimiter
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LAN / MAN
MAC-Nutzung: Ethernet-II-Frame
0000 00 10 dc 1a 81 2e 00 09 5b 2b 93 8c 08 00 45 00
0010 00 30 00 00 00 00 36 06 75 d1 8d 37 c1 15 c0 a8
0020 00 02 00 50 04 20 f7 e9 b9 70 39 a5 6b 12 70 12
0030 16 d0 03 50 00 00 02 04 05 2a 01 01 04 02
Frame 4 (62 bytes on wire, 62 bytes captured)
Ethernet II, Src: 00:09:5b:2b:93:8c, Dst: 00:10:dc:1a:81:2e
Internet Protocol, Src Addr: 141.55.193.21 (141.55.193.21), Dst Addr: 192.168.0.2 (192.168.0.2)
Transmission Control Protocol, Src Port: http (80), Dst Port: 1056 (1056), Seq: 0, Ack: 1, Len: 0
IE3 802.3-Ethernet-Header Preamble MAC-SDU
7 Preamble
7 Preamble
1 Delimiter
1 Delimiter
2 Typ 2
Typ 6
MAC-DA 6
MAC-SA
(0800)h Ethertype: IP
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LAN / MAN
0000 ff ff ff ff ff ff 00 d0 b7 b7 cc 16 00 4c e0 e0
0010 03 ff ff 00 49 00 00 00 00 00 00 ff ff ff ff ff
0020 ff 90 01 ca fe 02 40 00 d0 b7 b7 cc 16 90 01 83
0030 1b 02 00 0f 01 00 00 11 02 00 02 40 01 04 00 1e
0040 00 2b 40 02 00 02 40 01 04 01 c0 08 00 00 00 00
0050 00 00 00 00 c5 04 00 00 05 d9
MAC-Nutzung: IEEE 802.3-Ethernetframe mit LLC
IE3 802.3-Ethernet-Header Preamble LLC-PCI LLC-SDU
7 Preamble
7 Preamble
1 Delimiter
1 Delimiter
2 Length
6 MAC-DA
6 MAC-SA
1 e0h
1 e0h
1 03h
(00 4c)h (76)d
Destination: ff:ff:ff:ff:ff:ff (Broadcast)
Source: 00:d0:b7:b7:cc:16 (141.55.240.104)
Length: 76
Logical-Link Control
DSAP: NetWare (0xe0)
IG Bit: Individual
SSAP: NetWare (0xe0)
CR Bit: Command
Control field: U, func=UI (0x03)
Internetwork Packet eXchange
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LAN / MAN
MAC-Nutzung: IEEE 802.3-Ethernetframe mit LLC-SNAP
IE3 802.3-Ethernet-Header Preamble LLC-PCI LLC-SDU
7 Preamble 7 Preamble
1 Delimiter 1 Delimiter
2 Length
6 MAC-DA
6 MAC-SA
1 aah
1 aah
1 03h
3 OID
2 PID
SNAP-PCI
(00 1d)h (29)
DA: 09:00:07:ff:ff:ff (AppleTalk Broadcast)
SA: 00:c0:02:81:74:49 (Sercomm_81:74:49)
Length: 29 Logical-Link Control DSAP: SNAP (0xaa) IG Bit: Individual SSAP: SNAP (0xaa) CR Bit: Command Control field: U, func=UI (0x03)
OID: Apple (AppleTalk) (0x080007) PID: Appletalk (0x809b) Datagram Delivery Protocol
Padding
0000 09 00 07 ff ff ff 00 c0 02 81 74 49 00 1d aa aa
0010 03 08 00 07 80 9b 00 15 00 00 00 00 ff 59 ff 01
0020 06 06 06 05 00 00 00 00 00 01 2a 00 00 00 00 00
0030 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00
51 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Ethernet-Familie - Grobübersicht
Ethernet-Familie
100-Gigabit-Ethernet 100.000 Mbps
Ethernet 10 Mbps
10Base-5/2 10Base-T 10Base-FL
Fast-Ethernet 100 Mbps
100Base-TX 100Base-FX
Coax Twisted pair LWL
10-Gigabit-Ethernet 10.000 Mbps
10GBase-T 10GBase-SW 10GBase-LW 10GBase-EW
10GBase-SR 10GBase-LR 10GBase-ER
52 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
1000Base-T 100Base-SX 100Base-LX Gigabit-Ethernet 1.000 Mbps n
ur
für
LAN
s fü
r LA
Ns
un
d W
AN
s
40-Gigabit-Ethernet 40.000 Mbps
40GBase-SR4 40GBase-LR4
100GBase-LR4 40GBase-ER4 E – extrem long (1550nm) , L – Long (1310nm), S- short (850nm) R – LAN-Anwendung W – WAN-Anwendung
Anzahl der Wellenlängen-Multiplex-Kanäle
LAN / MAN
Ethernet-Familie: 802.3-Bezeichner
802.3- Bezeichner
Datenrate in Mbps/ Maxmode1)
Segment länge in km Medium/Wellenlänge Bemerkungen
10BASE-5 10 / hx 0,5 Koax-RG-8 DIX-Ethernet (Yellow Cable) KarteKabelTransceiverKoax
10BASE-2 10 / hx 0,185 185m/Koax RG-58 Cheapernet, KarteBNCKoax
10BASE-T 10 / dx 0,1 2UTP Cat3.. Twisted-Pair-Ethernet
10BASE-FL 10 / dx 2 2 LWL Fiber Link (LWL) zwischen Stationen oder Repeaters
100BASE-TX 100 Mbps/dx 0,1 2 UTP, Cat5.. Twisted Pair
100BASE-FX 100 Mbps/dx 0,4 2 LWL-MM Fiber
1000BASE-T 1 Gbps/dx 0,1 4 UTP, Cat5.. Twisted Pair
1000BASE-LX 1 Gbps/dx 5 2 LWL-SM/1310nm Fiber, L – Long wave
1000BASE-SX 1 Gbps/dx 0,4 2 LWL-MM/850nm Fiber, S – Short wave
10GBASE-ER 10 Gbps/dx 40 2 LWL-SM/1550nm E – extrem long (1550nm) , L – Long (1310nm), S- short (850nm) R – LAN-Anwendung
10GBASE-LR 10 Gbps/dx 10 2 LWL-SM/1310nm
10GBASE-SR 10 Gbps/dx 0,3 2 LWL-MM/850nm
10GBASE-EW 9,58 Gbps/dx 40 2 LWL-SM/1550nm W – Wide area network Es wird synchron übertragen, die Datenraten entsprechen SONET/SDH
10GBASE-LW 9,58 Gbps/dx 10 2 LWL-SM/1310nm
10GBASE-SW 9,58 Gbps/dx 0,3 2 LWL-MM/850nm
802.3-Bezeichner = Datenrate Übertragungsart "-" (Segmentlänge*100m | Medium)
53 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Titel: IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements
Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications
Inhaltsübersicht:
SECTION ONE, 10 Mb/s 1. Introduction 2. Media Access Control (MAC) service specification 3. Media access control frame structure 4. Media Access Control 5. Layer Management 6. Physical Signaling (PLS) service specifications 7. Physical Signaling (PLS) and Attachment Unit Interface (AUI) specifications 8. Medium Attachment Unit and baseband medium specifications, type 10BASE-5 9. Repeater unit for 10 Mb/s baseband networks 10. Medium attachment unit and baseband medium specifications, type 10BASE-2 11. Broadband medium attachment unit and broadband medium specifications, type 10BROAD36 12. Physical signaling, medium attachment, and baseband medium specifications, type 1BASE-5 .... 20.
SECTION TWO, 100 Mb/s: 21. bis 33.
SECTION THREE, 1000 Mb/s 34. bis 43.
Der Standard 802.3 (2002, ca. 1500 Seiten)
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LAN / MAN
Skizze des ersten Ethernets
A drawing of the first Ethernet system by Bob Metcalfe.
Bob Metcalfe,
the inventor of Ethernet1)
Image Credit: Asa Mathat
1)http://www.computerworld.com/managementtopics/management/itspending/story/0,10801,90951,00.html
55 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-1: Introduction
Dieser Standard unterstützt verschiedene Medientypen und –techniken für Signalraten von 1Mb/s...1000Mb/s:
• 1 Mb/s im Basisband, • 10 Mb/s im Basisband und Breitband (Fernsehkabel), • 100 Mb/s , 1000 Mb/s im Basisband.
Zwei Betriebsarten werden unterstützt: half duplex (hx) und full duplex (dx). – Halbduplex ist das einzig sinnvolle Verfahren, wenn sich zwei oder mehr Stationen ein
gemeinsames Medium (Kollisionsdomäne) teilen. • Um zu Senden, wartet eine Station solange, bis das gemeinsame Medium frei ist und sendet
dann seine Nachricht in bitserieller Form. • Tritt beim Senden eine Kollision mit einer anderen Station auf, wird dieser Konflikt durch
einen „Backoff-Mechanismus“ aufgelöst. hx ist mit allen Medien und Konfigurationen (Bus, Stern) möglich.
– Duplex erlaubt die simultane Kommunikation zwischen zwei Stationen über ein Point-to-point-Medium pro Richtung.
• Diese Konfiguration nutzt üblicherweise eine Multiport-Bridge, Switch genannt. • Multiport-Repeaters (Hub) sind für diese Betriebsart nicht geeignet.
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LAN / MAN
802.3-1: Interpretation hx, dx
Bus, direkter Anschluss an Medium: – nur hx sinnvoll, – einer sendet, Signal „flutet das Medium“, alle
anderen empfangen, – alle Stationen bilden eine Kollisionsdomäne.
Logischer Bus mit Hub, sternförmiger Anschluss über 2 Cu-DA: – nur hx ist sinnvoll, denn Hub ist Bus, – einer sendet, Signal „flutet das Medium“, alle
anderen empfangen, nur der Sender nicht1). – alle Stationen bilden eine Kollisionsdomäne.
Stern mit Switch, Anschluss über 2 Cu-DA erlaubt dx und hx – X sendet an Y über Link B, – Y sendet an X über Link A.
E E E S/E
Switch
Links
hx
hx
hx | dx
E E S/E E
Hub
S/E S/E
Bus
X Y
1) Ein Empfangssignal während des Sendens, zeigt eine Kollision an.
57 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
B
A
J
I
LAN / MAN
802.3-1: Introduction: OSI-Sicht, Implementationssicht
Die LAN-/MAN-Standardisierer bei IEEE nutzen zwei Reference Models (RM's): – OSI-RM-Sicht OSI-Sicht auf die Funktionalität, PHY und DL
– IM-RM-Sicht Implementationsicht, d.h. Anordnung der Funktionalität in PHY
Die OSI-RM-Sicht liefert: – Klarheit und Flexibilität, erreicht durch die Trennung:
• in medienabhängige Funktionen PHY und MAC, • in medienunabhängige LLC-Funktionen.
– Oberhalb LLC kann man einheitlich die Ethernet-Familie nutzen ( von 10Base … 10GBase)
Die IM-RM's gliedern die Funktionalität innerhalb eines 802.3-Physical-Layer.
Funktionen werden mittels Interfaces gegliedert. Es werden verwendet: – MDI - Medium Dependent Interface: Art und Weise der Anschaltung an das Medium, Signalpegel,
Impedanzen – AUI - Attachment Unit Interface: Einige Data Terminal Equipments (DTEs) sind vom Medium
entfernt. Das AUI ist dann real ein mehradriges Kabel zwischen PLS und MAU (10BASE-5). Bei einigen DTEs ist dieses Interface nicht erforderlich, weil der Medienanschluss direkt an der Ethernetkarte erfolgt (10BASE-2).
– MII - Media Independent Interface. Dieses Interface ist optional. – GMI - Gigabit Media Independent Interface
58 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-1: Introduction: OSI-RM, IM-RM, Interfaces
reconcilation Abgleich, attachment - Anschluss
AUI Attachment Unit Interface MDI Medium Dependent Interface MII Media Independent Interface GMII Gigabit Media Independent Interface
MAU Medium Attachment Unit PLS Physical Layer Signaling PCS Physical Coding Sublayer PMA Physical Medium Attachment PHY Physical Layer Device PMD Physical Medium Dependent
Figure 1-1-LAN standard relationship to the ISO/IEC OSI reference model
OSI REFERENCE MODEL LAYERS
LAN CSMA/CD LAYERS
APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
NETWORK
DATA LINK
PHYSICAL
LLC – LOGICAL LINK CONTROL
MAC CONTROL (OPTIONAL)
MAC - MEDIA ACCESS CONTROL
PLS
MEDIUM
PMA
RECONCILIATION
MEDIUM
PMA
PLS
PMA
RECONCILIATION
MEDIUM
PMD
PCS
PMA
RECONCILIATION
MEDIUM
PMD
PCS
HIGHER LAYERS
MDI MDI MDI MDI
MII
AUI
AUI
MII GMII
INTERFACES FUNCTIONS
10 Mb/s 10 Mb/s 100 Mb/s 1000 Mb/s
59 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-2: MAC service specification
reconcilation Abgleich, attachment - Anschluss
AUI Attachment Unit Interface MDI Medium Dependent Interface MII Media Independent Interface GMI Gigabit Media Independent Interface MAU Medium Attachment Unit
PLS Physical Layer Signaling PCS Physical Coding Sublayer PMA Physical Medium Attachment PHY Physical Layer Device PMD Physical Medium Dependent
Figure 1-1-LAN standard relationship to the ISO/IEC OSI reference model
OSI REFERENCE MODEL LAYERS
LAN CSMA&CD LAYERS
APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
NETWORK
DATA LINK
PHYSICAL
LLC – LOGICAL LINK CONTROL
MAC CONTROL (OPTIONAL)
MAC - MEDIA ACCESS CONTROL
PLS
MEDIUM
PMA
RECONCILIATION
MEDIUM
PMA
PLS
PMA
RECONCILIATION
MEDIUM
PMD
PCS
PMA
RECONCILIATION
MEDIUM
PMD
PCS
HIGHER LAYERS
10 Mb/s 10 Mb/s 100 Mb/s 1000 Mb/s
MDI MDI MDI MDI
MII
AUI
AUI
MII GMII
60 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-2: MAC service specification primitive relationships
MAC-SAP
MA-DATA.request (destination_address, source_address, m_sdu service_class)
MA-DATA.indication (destination_address, source_address, m_sdu reception_status)
collisionDetect
transmitting Data
Variables sind Signalleitungen
TransmitBit
ReceiveBit
Wait
Functions MAC steuert damit PHY
PHY
MAC
MAC client
carrierSense
receiveDataValid
61 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Zusammenarbeit N, MAC und PH beim Senden
MAC-SAP MA-DATA.request
(destination_address,
source_address,m_sdu)
MA-DATA.indication
(destination_address,
source_address,m_sdu)
{0,1}
PH
DL
N
Binär
Manchester
{0,1}
Binär
Manchester
Collision Detect
Physical Medium
62 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
{0,1} Sendedaten Kollision Empfangs
-daten
.
1
1
1
1
0
.
.
.
.
.
(1) MAC sende an X Daten
(2) Medium frei?
Carrier Sense
(3) Wenn frei? • Sender einschalten • Daten zum Sender • Kollisionsprüfung ein
LAN / MAN
802.3-4: Functional model of the MAC method
Die MAC-Subschicht hat die Aufgaben: – Daten vom MAC-Client annehmen,
Senderahmen codieren, Rahmen kollisionsvermeidend senden, aufgetretene Kollision auflösen.
– Rahmen empfangen, decodieren und dem MAC-Client übergeben.
In Fig. 4-2 unterscheidet man: – Aufgaben: a1, a2, b1, b2, b3 – Bedingungen: c, d, ..., m, n
MAC-SAP
TRANSMIT DATA ENCAPSULATION a1
RECEIVE DATA ENCAPSULATION b2 b3
TRANSMIT MEDIA ACCESS MANAGEMENT a2 c d f g h i k m
TRANSMIT MEDIA ACCESS MANAGEMENT b1 e j l n
PHY-SAP
TRANSMIT DATA ENCODING
Physical Layer Signalling
RECEIVE DATA DECODING
MAC Client Sublayer
Figure 4-2 CSMA/CD MAC functions
63 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-4: Functional model of the MAC method (a1, a2)
a1 Daten vom MAC-Client entgegennehmen und einen Rahmen bilden Be-
dingungen
d Prüfen der Sendebitanzahl auf ganzzahlige Vielfache von 8 Bit, Berechnung der Frame Check Sequence – FCS genannt, über DA, SA, Typ, Data+PAD.
k Rahmen zusammenstellen: Preamble, SFD, DA, SA, Typ, Data+PAD, FCS, Extensions.
Ein PAD-Feld wird nur hinzugefügt, falls die Anzahl der Senddaten <46 Byte ist
m Bei Vü ≥ 100 Mbps und hx-Mode, Extension (Rahmenerweiterung) zur Kollisionserkennung hinzufügen.
a2 Rahmen bitseriell an Physical layer zum Senden übergeben Be-
dingungen
c Kollisionsvermeidung im hx-Mode: stelle die Übergabe zurück, wenn Medium bereits belegt ist,
f Rahmenabstand einhalten: wird Medium frei, beginne die Übergabe erst nach GAP
g Kollisionsmanagement im hx-Mode: beende die Übergabe, wenn eine Kollision auftritt
i Kollisionsmanagement im hx-Mode: sende im Kollisionsfall ein JAM-Signal (4*AAh
h Kollisionsmanagement im hx-Mode: tritt eine Kollision ein, beginne mit der erneuten Übergabe erst nach einer Backoffzeit. Brich die Übergabe ab, wenn die Anzahl der Sendeversuche zu groß.
64 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-4: CSMA/CD-MAC method
CSMA/CD :
(1) carrier sense
(2) multiple access
(3) collision detection
Übertrage Frame
Setze Frame zusammen
Warte Interframe GAP period Starte Übertragung
collision detected
Sende JAM-Signal 4*AAh
Inkrement Anzahl Zugriffsversuche
zu viele Versuche
Fortsetzung der Übertragung
alles gesendet
Frame übertragen Abbruch
Berechne Backoffzahl
Warte Backoffzeit
Transmit Frame nach Fig. 4-4a, 802.3
n
y
n
n
y
n
y
Kollision?
y carrier sense
signal ON Medium frei?
65 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-4: CSMA/CD-MAC method
function Random (low, high: integer): integer;
begin
Random := //Ermittlung einer Zufallszahl r: low ≤ r < high
end;
var maxBackOff: 2..1024; //Working variable of BackOff
procedure BackOff;
begin
if attempts = 1 then maxBackOff := 2
else if attempts <= backOffLimit then maxBackOff := maxBackOff * 2;
Wait(slotTime * Random(0, maxBackOff))
end;
aus procedure BackOff resultierende Backofftabelle für 10BASE- Zugriffsversuche Backoffzahl Möglicher Backoffzeitbereich µs
1 0..1 0..51,2 2 0..3 0..153,3 3 0..7 0..358,4 4 0..15 0..768 5 0..31 0..1587,2 6 0..63 7 0..127 8 0..255 9 0..511 10..15 0..1023 0.. 52377,6 16 Abbruch
66 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-4: Functional model of the MAC method (b1, b2, b3)
b1 Daten vom Physical layer bitseriell übernehmen: Be-
dingungen
e Rahmen auf Übertragungsfehler durch Auswertung des FCS-Wertes und exakte Empfangsbitzahl (N*8Bit) prüfen.
j Zu kurze Rahmen verwerfen
l Entfernen von Preamble, SFD, DA, SA, Typ, FCS
n Entfernen der Extension, wenn Vü ≥ 100 Mbps und hx-Mode.
b2 Übergabe der Daten an den MAC-Client Be-
dingungen (MA-DATA.indication), wenn Daten an die Station oder Broadcast gerichtet waren.
b3 Verwerfen der Daten oder Übergabe an Management Be-
dingungen ,wenn Daten nicht für eigene Station bestimmt waren.
67 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-4: CSMA/CD-MAC method
Empfange Frame
Starte Empfang
y Empfang erlaubt ?
(Management)
y
Receive Frame nach Fig. 4-4b, 802.3
Nimm Rahmen auseinander
Alles empfangen?
Rahmen zu klein? (Kollision)
Rahmen für eigene Station?
Rahmen zu lang?
gültige FCS?
gültiges Längen- bzw. Typ-Feld
Fertig: Empfang OK
n
y
n
y
n
n
Rahmen zu klein? (Kollision)
y
y
Fertig:Rahmen zu lang
Fertig:Längenfehler
Fertig: FSC-Fehler
y
y
y
n
n
68 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-4: CSMA/CD-MAC method
Sendeeinleitung: – Ethernetstationen wissen nichts voneinander. Soll Station A Frame senden, prüft diese zuerst
Freizustand des Mediums (CS), damit bereits sendende Station nicht gestört wird. – Ist Medium frei, beginnt A nach GAP-Time sofort mit der Sendung. – Ist Medium nicht frei, überwacht A das Medium. Wird Medium frei, beginnt nach 9,6 µs (10
Mbit/s-Ethernet) Wartezeit Station A zu senden Rahmenabstand einhalten.
Kollisionsprüfung: – Neben Station A könnte aber gleichzeitig auch Station B einen Frame senden wollen. – Station B überwacht wie A das Medium. A und B erkennen den Freizustand und beginnen zu
senden Die Signale werden durch Überlagerung verfälscht. – Zur Kollisionserkennung, überwachen zu Beginn der Rahmenübertragung die Stationen das Signal
auf dem Medium mit dem eigenen Sendesignal. – Sind Bussignal und Sendesignal verschieden, wird ein Abbruchsignal (JAM-Signal) gesendet (10101010...)b(4*AA...)h.
– Die kollidierten Stationen ermitteln Backoffzahl und warten Backoffzeit und versuchen erneuten Sendeversuch.
Stationen können Kollisionen mit anderen nur detektieren, solange sie selber senden. Daraus folgt eine Mindestsendezeit bzw. Mindestrahmengröße.
69 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-4: MAC: Mindestsendezeit
Mindestsendezeit folgt aus der doppelten Zeitdauer, die ein Paket benötigt, um von dem einen Ende eines Netzes zum anderen zu kommen.
Ungünstigster Fall bei Ethernet mit max. 5 Segmenten: – A beginnt nach Freiprüfung zu senden. Signal läuft über S1RS2RS3RS4RS5. – Bevor Sendesignal von A bei B ankommt, beginnt auch B, nach Freiprüfung, zu senden Kollision. – Signalüberlagerung muss bis zu A kommen, damit dieser Kollision erkennen kann.
R
R
R
R
Segment1
Segment2
Segment3
Segment4
Segment5
t
A B
Laufzeit Segment1
Repeater- verzögerung
70 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-4: MAC: Mindestsendezeit
71 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Nach IEEE 802.3 gilt für ein 10BASE-5: – Übertragungsgeschwindigkeit: Vü= 10Mbit/s – Segmentlänge: Lmax = 500m – Anzahl der Segmente: Nmax= 5 – Gruppenlaufzeit: <= 5 ns/m – Repeaterverzögerung je: R<= 8 Bitzeiten
Wie lange muss eine Station mindestens senden, damit sie Zugriffskonflikt bemerkt?
Wie viel Bits sind das, bei gegebener Vü?
üV
RNLNts
**** max
maxmaxmin
12
üBit VtsA *min
Kabellaufzeit Repeaterlaufzeit
LAN / MAN
802.3-4: MAC: minimale/maximale Rahmengröße
72 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Eine Station müsste also bei Vü=10Mbps mindestens 314/8 = 39 Byte senden, um einen Zugriffskonflikt erkennen zu können.
Im Standard wurden für MAC-Frames festgelegt: – Mindestgröße : 64 Byte Kollisionserkennung – Maximalgröße: 1518 Byte Fairness
Sind weniger als 64 Byte zu senden, wird auf 64 Byte aufgefüllt Padding
Sind mehr als 1518 Byte zu senden, wird aufgeteilt Fragmentierung
µsµsµs
bit
sbit
m
nsmts 4,312,35,12*2
10*10
*8*155*500*5*2
6min
bytebits
MbitµsABit 39314
*10*4,31
LAN / MAN
802.3-6: Physical Signaling (PLS) service specifications
Dienst Primitiv Bemerkung
Senden
PLS-DATA.request (OUTPUT_UNIT) Werte OUTPUT_UNIT : ONE | ZERO | DATA_COMPLETE (1 senden | 0 senden | Sendung beendet)
PLS_CARRIER.indication (CARRIER_STATUS) Werte CHARRIER_STATUS: CHARRIER_ON | CHARRIER_OFF (Signal | Kein_Signal auf Medium vorhanden , CS)
PLS_SIGNAL.indication (SIGNAL_STATUS) Werte SIGNAL_STATUS: SIGNAL_ERROR | NO_SIGNAL_ERROR (fehlerfreie Sendung | gestörte Sendung, CD)
Empfangen PLS_DATA.indication (INPUT_UNIT):
Werte INPUT_UNIT: ONE | ZERO (1 empfangen | 0 empfangen)
PLS_DATA_VALID.indication (DATA_VALID_STATUS) Werte DATA_VALID_STATUS: DATA_VALID | DATA_NOT_VALID (empfangene Daten gültig | ungültig)
OSI-RM
APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
NETWORK
DATA LINK
PHYSICAL
LLC
MAC CONTROL
MAC
PLS
MEDIUM
PMA
IM-RM
1
PLS
PLS-SAP
PMA-SAP
MAU
PLS_CARRIER.indication
PLS_SIGNAL.indication
PLS_DATA.indication
PLS_DATA_VALID.indication
10 Mb/s
MDI
AUI
PLS_DATA.request
AUI Attachment Unit Interface MDI Medium Dependent Interface
INTERFACES MAU Medium Attachment Unit PLS Physical Layer Signaling PMA Physical Medium Attachment
FUNCTIONS
73 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
PRESENTATION
802.3-7,8: MAU and baseband medium specification, type 10BASE-5
AUI – Attachment Unit Interface: – ermöglicht eine oder mehrere Datenraten, – Kabellängen bis 50m sind zulässig, – unterstützt MAUs für baseband coax,
baseband twisted-pair, broadband coax and baseband fiber.
Auf dem Medium Manchester-Codierung: – + gleichstromfrei pro Bit – + Takt pro Bit – - großer Bandbreitebedarf
OSI-RM
APPLICATION
SESSION
TRANSPORT
NETWORK
DATA LINK
PHYSICAL
LLC
MAC CONTROL
MAC
PLS
PMA
IM-RM
MEDIUM
DTE1)
1) DTE – Data Terminal Equipment
1 0 1 1 0
+0,85V
-0,85V
Mark
Space Binärsignal
Takt
Manchester-
codiert
MEDIUM: Yellow Cable, Thick-Wire, RG8 50 Ohm Impedanz Gruppenlaufzeit < 0,77
RG8-Cable
Connector
Cable
Connector
10 Mb/s
MAU MDI
AUI
74 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-7,8: Interpretation 10BASE-5
15-poliges AUI-Kabel AUI - Attachment Unit Interface
MDI – Medium Dependent Interface
MAU - Medium Attachment Unit
MAU-Foto: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:ThicknetTransceiver.jpg&filetimestamp=20110621000815
75 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-7,8: Interpretation 10BASE-5
AUI Attachment Unit Interface MDI Medium Dependent Interface MAU Medium Attachment Unit PMA Physical Medium Attachment
Transceiver
Cable <50 m Thick wire (0,5 inch) coax cable, RG8
Ph
MAC
LLC
Medium
Firmware
und
Hardware
MAU
Verbindungskabel zwischen Karte und Transceiver
AUI
Mindestabstand
zwischen Transceivers:
2,5 m
Abschlußwidestand 50 Ohm
76 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-7,8: Interpretation 10BASE-5
AUI Attachment Unit Interface MDI Medium Dependent Interface MAU Medium Attachment Unit PLS Physical Signaling
äußerer Schutz
Dielektrikum Abschirmung
Media-Außenleiter
Media-Innenleiter
Geome- triehalter
Innenleiter- kontakt-
Außenleiter- kontakt
Collision detector Collision detector
Receive- Data
Collision
Transmit- Data
Transmit- Control
Power
Earth
MAU
AUI
MDI
PLS
77 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-10: MAU and baseband medium specification, type 10BASE-2
AUI – Attachment Unit Interface ist in dieser Version nicht ausgeführt.
PMA-Funktionalität befindet sich auf der Ethernetkarte
Von der Karte direkt aufs Medium (MDI)
Auf dem Medium Manchester-Codierung: + gleichstromfrei pro Bit + Takt pro Bit - großer Bandbreitebedarf
1) DTE – Data Terminal Equipment
1 0 1 1 0
+0,85V
-0,85V
Mark
Space Binärsignal
Takt
Manchester-
codiert
MEDIUM: Thin-wire, RG 58 50 Ohm Impedanz Gruppenlaufzeit < 0,77
OSI-RM
APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
NETWORK
DATA LINK
PHYSICAL
LLC
MAC CONTROL
MAC
MDI
IM-RM
MEDIUM
DTE1)
RG 58-Cable
AUI
PLS
PMA MAU
10 Mb/s
78 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Vernetzung mit Ethernet 10BASE-2 (Cheapernet)
1) BNC- " Bayonet Neill Concelman”, Stecker für koaxiale Kabeltypen, 1940 von Concelman erfunden.
Minimaler Abstand 0,5 m
Abschlußwiderstand 50 Ohm
Thin Coax 0,25 inch
BNC- Stecker
Medium
Firmware
und
Hardware
Ph
MAC
LLC
BNC1)-
Buchse
Abschlußwiderstand 50 Ohm
79 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Vernetzung mit Ethernet 10BASE-2 (Cheapernet)
Vernetzungsbeispiel mit drei Karten
Abschlusswiderstand 50 Ohm
T-BNC-Stecker Abschlusswiderstand 50 Ohm
T-BNC-Stecker
konfektioniertes RG58-Kabel
80 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-14: Twisted-pair MAU and baseband medium, type 10BASE-T
AUI – Attachment Unit Interface ist in dieser Version nicht ausgeführt.
PMA-Funktionalität befindet sich auf der Ethernetkarte
Von der Karte direkt aufs Medium (MDI)
Auf dem Medium Manchester-Codierung:
+ gleichstromfrei pro Bit + Takt pro Bit - großer Bandbreitebedarf
1) DTE – Data Terminal Equipment
MEDIUM: Twisted Pair, Kat. 3, ..
ursprünglicher Ansatz: normale Telefonkabel
100 Ohm Impedanz
Gruppenlaufzeit < 0,77
+0,85V
-0,85V
1 0 1 1 0 Mark Space
Binärsignal
Takt
Manchester-
codiert +0,85V
-0,85V
so
oder so
OSI-RM
APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
NETWORK
DATA LINK
PHYSICAL
LLC
MAC CONTROL
MAC
MDI
IM-RM
DTE1)
AUI
PLS
PMA
MDI
AUI
Repeater, Switch or DTE
PMA
Twisted-Pair Link Segment
MAU
10 Mb/s
81
Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3, Part3: MAU for 10BASE--T
TD TR 1, TD+ 3, RD+
{Manchester}
CuDA 0,4..0,6 2, TD- 6, RD-
{Manchester}
1, TD+
2, TD-
3, RD+
6, RD-
{Manchester} {Manchester}
CuDA 0,4..0,6
1 0 0 1 1
TD+
TD- TD-
TD+
TD+
TD- TD-
TD+
idealer
Verlauf
realer
Verlauf
so
oder so
so
oder so
82 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Ethernet-Topologien - Switchstrukturen
Switch Switch Switch
Switch
Twisted Pair
Twisted Pair or LWL
Switch
…
…
…
Router
Twisted Pair or LWL
83 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-7,8: Zusammenfassung10BASE-2,5,T
10BASE-2 10BASE-5 10BASE-T
Datenrate 10 10 10
Übertragungsart Basisband Basisband Basisband
Übertragungscode Manchester Manchester Manchester
Betriebsart hx hx hx, dx
Topologie Bus Bus Stern
Medium Koax, 50Ohm, , RG-58, 10 mm
Koax, 50Ohm, RG-8, 5 mm
2UTP, Kat 3,4,5, 0,4-0,6 mm
Segmentanzahl 5 5 1
Segmentlänge 185 m 500 100
Anzahl Koppelelemente 5 Segmente über 4 Repeater
5 Segmente über 4 Repeater
5 Segmente über 4 Repeater
Max. Netzausdehnung 5*185=925 m 5*500=2500 m 5*100=500 m
Stationen pro Segment 30 100 1
Stationsmindestabstand 0,5 m 2,5 m -
Stecker BNC AUI: 15-polig RJ45: 8-polig
Anschlusskabellänge 50 m 10 m -
84 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Anwendung
Koppelelemente: Repeater, Hub, Bridge, Switch, Router
7 7
6 6
5 5
4 4
3 3
2 2
1 1
Hub Repeater Sternkoppler bei LWL
1
2
1
2
1 1
2
1
2
1
Switch Bridge 3 3
Router
85 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Koppelelemente OSI
Repeater
Schicht 1
Schicht 1
Hub (Multiport Repeater)
Bridge
Schicht 2
Schicht 2
Switch (Multiport Bridge)
Router Schicht 3
Schicht 3
Anwendung
7 7
6 6
5 5
4 4
3 3
2 2
1 1
LAN / MAN
Koppelelemente: Bridges, Remote bridges IEEE 802-2001
Die Abbildung zeigt die Position der Brückenfunktion innerhalb der MAC-Subschicht. – Brücken basieren auf dem MAC-
Protokoll und sind transparent für LLC und höhere Schichten.
– MAC-Frames werden zwischen den LANs ausgetauscht oder gefiltert (d.h.
nicht übertragen, wenn nicht erforderlich). Dieser Mechanismus basiert primär auf den MAC-Adressen.
Verbindet man LANs z.B. über ein WAN, kommen Remote Bridges zum Einsatz.
86 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
IEEE-802-2001: Figure 4—Internal organization of the MAC sublayer with bridging
IEEE-802-2001: Figure 5—Internal organization of MAC sublayer with remote bridges
LAN / MAN
Koppelelemente: Kind of bridged LAN IEEE 802-2001
Die Abbildung zeigt Möglichkeiten, wie LANs mittels Bridges verbunden werden können. – Brücke A verbindet zwei busförmige Netze und B realisiert die Anschaltung an ein Backbone. – Brücken L, M verbinden ringförmige Netze untereinander und K ist eine Brücke zum FDDI-Backbone. – Die Multiport-Brücke S verbindet einerseits ein FDDI-Backbone mit 100-Mbit/s-Ethernet-LANs. An S sind zwei
Multiportbrücken T, S und ein Server angeschaltet. – T und U sind Multiportbrücken für mehrere Hosts und realisieren den Zugang zu einem Backbone.
87 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
IEEE-802-2001: Figure 6—A bridged LAN
LAN / MAN
Koppelelemente: Repeater, Hub, Bridge, Switch ...
Repeater, dient der Verbindung zweier identischer Netze auf Schicht-1-Niveau: – Auffrischung der elektrischen, optischen Signale, – Zusammenschaltung mehrerer Segmente.
Hub Multiport-Repeater: verbindet mehrere Stationen auf Schicht-1-Niveau. – Alle Stationen bilden eine Kollisionsdomäne.
Brigde, verbinden zwei LANs auf Schicht-2-Niveau: – Brigdes bestehen aus zwei Stationen - in jedem LAN eine, bzw. konzentriert in einem Gehäuse. – Sie geben i.d.R. nur die Pakete weiter, deren Zieladressen nicht im eigenen LAN sind. – Durch Masken können Rahmen mit bestimmten Adressen vom Transfer ausgeschlossen werden.
Switch Multiport-Bridge: verbindet mehrere Stationen auf Schicht-2-Niveau. – Die Kommunikation zwischen Stationen wird durch Bridges entkoppelt.
Router, verbinden LANs auf L-3-Niveau: – Ermittlung zweckmäßiger Wege eines Paketes durch das Netz anhand der L3-Adressen (Routing). – Anhand der L3-Adressen werden die zum Datentransport notwendigen L2-adressierten Links
(Verbindungsabschnitte) ermittelt.
Gateways, verbinden unterschiedliche LANs auf verschiedenen Schichtniveaus: – Anpassung der PDUs, der Adressen, des Routing. – Komplexe, teure Einrichtungen
88 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Koppelelemente: Hub, Switch
Repeater or Switch Repeater or Switch
Hub
Rx Rx Tx Tx Rx Rx Tx Tx Rx Rx Tx Tx
Multiport-Bridge (Switch)
Jedes Port ist ein eigenes Segment.
Zwischen allen Segmenten befinden sich Bridges
Die Kommunikation zwischen Ports wird auf eine Zweierverbindung reduziert Sicherheit größer, nicht abhörbar
Duplex und Simplex möglich
Höherer Datendurchsatz
Multiport-Repeater (Hub)
Verbindet alle Ports zu einer Kollisionsdomäne
Das eigene Sendesignal wird nicht empfangen. Tritt dort ein Signal auf, muss es von einem anderen Port kommen Kollisionserkennung Rx Rx Tx Tx Rx Rx Tx Tx Rx Rx Tx Tx
89 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Koppelelemente: Realisierung von Switches (Bridges)
Rx Rx Tx Tx Rx Rx Tx Tx Rx Rx Tx Tx
Rx
CPU Geteilter Speicher CPU
Rx Rx Tx Tx
Speicher
Rx Rx Tx Tx
Speicher
Rx Rx Tx Tx
Speicher
Port Port Port Port Port Port
B B B
B
Port Switch
Port
Port
Port
10
Mbit/s
10
Mbit/s
10
Mbit/s
B
B
100
Mbit/s
Rx Rx Tx Tx
Rx Rx Tx Tx
Rx Rx Tx Tx
Rx Rx Tx Tx
90 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Koppelelemente: LAN-Erweiterung mit Repeater
Ein Repeater verbindet zwei Netzsegmente des gleichen Typs, indem er die elektrischen Signale empfängt, restauriert und verstärkt in das jeweils andere Segment einspeist.
Nachteil: – alle Rechner bilden logisch und physikalisch ein großes Netz Kollisionsdomäne. – Jeder Sendeframe breitet sich über das gesamte Netz aus. Es steht insgesamt eine
Datenübertragungsrate von z.B. 10 Mbit/s zur Verfügung.
Repeater Repeater
91 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Koppelelemente: LAN-Erweiterung mit Repeater - Backbone
LAN-Segmente können nicht beliebig lang sein (bei Ethernet 200m oder 500m). Repeater ermöglichen eine Verlängerung, wobei die Anzahl der Repeater begrenzt ist (bei 10Base-5 auf 4).
Bac
kbon
e
R R
R R
R R
92 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Koppelelemente: LAN-Erweiterung mit Brigde
Ein Brigde verbindet zwei Netzsegmente des gleichen Typs, indem er vollständige Rahmen empfängt und diese bei Bedarf restauriert und verstärkt in das jeweils andere Segment einspeist.
Vorteil: alle Rechner bilden logisch ein Netz. Es werden nur die Rahmen in das andere Segment eingespeist, die fehlerfrei sind und deren Zieladresse im anderen Segment liegt. Segmentinterner Verkehr bleibt innerhalb des Segmentes.
Die Funktion der Rahmenfilterung (frame filtering) kann sehr komplex sein.
B B
93 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Aktionen der Computer Aktionen der Bridge Liste Segment1
Liste Segment2
A sendet Rahmen an B
A wird in Liste Segment 1 eingetragen Rahmen wird auch in Segment 2 gesendet (flooding) A
B antwortet A B wird in Liste Segment 1 eingetragen Rahmen wird nicht in Segment 2 gesendet A, B
B sendet Rahmen an H Rahmen wird auch in Segment 2 gesendet (flooding) A, B
H antwortet B H wird in Liste Segment 2 eingetragen Rahmen wird auch in Segment 1 gesendet A, B H
G sendet Rahmen an H H,G H sendet Rahmen an G F sendet Rahmen an C H,G,F C antwortet F A,B,C
Koppelelemente: LAN-Erweiterung mit Brigde - Rahmenfilterung
Brigdes routen Rahmen anhand einer MAC-Adressen-Tabellen.
Diese Tabellen werden in einem „Lernprozess“ aktualisiert.
A B
C D
E
G H
F
B B
94 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN1 LAN2
LAN / MAN
Koppelelemente: Probleme bei redundanten Pfaden
95 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LANs werden u.U. durch zwei oder mehr Bridges gekoppelt Zuverlässigkeit.
Wie man sah, wird in der Lernphase von Bridges das "Flooding" genutzt.
Sendet A einen Frame in der Lernphase, wird dieser über B1 und B2 ins LAN2 kopiert (flooding): – Der Frame x wird gedoppelt, – Da das Ziel noch unbekannt ist, werden B1 und B2 den Rahmen wieder zum LAN1
fluten usw. usw.
Um ein solches Verhalten zu vermeiden, beherrschen Bridges für kommerzielle Anwendungen einen "Spanning Tree Algorithmus": – der nur einen aktiven Weg zwischen LANs zulässt, – der im Fehlerfall des aktiven Weges einen Ersatzweg aufbauen kann.
A B
C D
E
G H
F
B2 B2
B1 B1 LAN1 LAN2 Frame x >
Frame x >
Frame x >
LAN / MAN
Spanning Tree /IEEE 802.1D-2004/
96 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
In IEEE 802.1D-1998 wurde STP (Spanning Tree Protocol) standardisiert, welches in IEEE 802.1D-2004 durch RSTP (Rapid STP) abgelöst wurde.
RSTP ist mit STP interoperabel. Nutzt eine Nachbar-Bridge STP, kann eine RSTP-Bridge den entsprechenden Port im STP-Mode betreiben.
STP benötigt im Fehlerfall bis zu 50s um neue Pfade festzulegen. Während dieser Phase werden keine Daten-Frames transportiert.
Die Konvergenzzeiten bei RSTP liegen zwischen 1s und etwa 10s.
BEISPIEL: – Wäre in den Bridges STP oder RSTP aktiviert, würde zwischen LAN1 und LAN2 nur ein
aktiver Pfad z.B. über B1 gespannt. – Würde B1 ausfallen, würde ein Ersatzpfad über B2 gespannt.
A B
C D
E
G H
F
B2 B2
B1 B1 LAN1 LAN2
LAN / MAN
Spanning Tree: Schleifenfreie redundante Systeme
97 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Bisher existierten mehrere unabhängige Kommunikationssysteme: Fernsprech-netze, Funknetze, Rechnernetze. Totalausfall aller Dienste unwahrscheinlich.
Heute verwendet man im Anschlussbereich Lokale Netze, an die gleichermaßen Rechner, VoIP-Endgeräte usw. angeschaltet sind. Totalausfall möglich.
Deshalb schafft man Redundanzen, deren Schleifenfreiheit durch STP/RSTP herge- stellt und gesichert wird.
Switch Switch Switch
Switch Switch Switch
Switch Switch Switch Switch
Backbone
Distribution
Access Edge Ports
Single homed TEs Dual homed TEs
Non-Edge Ports
Non-Edge Ports
LAN / MAN
STP/RSTP: Grundlagen1) /IEEE-802.3D-2004/
98 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
(1) Eine einmalige Gruppen-MAC-Adresse, zur Kommunikation zwischen den STP/RSTP-Instanzen auf den Switches (Bridges): IANA 01-80-C2-00-00-00.
(2) Einen Bridge identifier BID (8 Byte), einmalig im LAN:
(3) Einen Port identifier PID (2 Byte) für jedes Port, einmalig innerhalb der Brigde.
STP/RSTP ermitteln die aktive Topologie aus der BID, PID und den Port Path Cost.
1) In diesem Script soll hauptsächlich RSTP besprochen werden. Viele Konzepte basieren aber auf STP, z.B. die Ermittlung der Root-Bridge usw. Wo es sinnvoll erscheint, werden STP-/RSTP-Konzepte besprochen, gegenübergestellt, verglichen.
Priorität u.a., 2 Byte MAC-Adresse, 6 Byte
LAN / MAN
STP/RSTP: Grundlagen
99 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Der Bridge identifier BID, ohne Virtual-LAN-ID (8 Byte):
– Bridge_Priorität: 0 .. 61 440 (0x0000 .. 0xF000), in Schritten von 4096. Standardwert: 32 768 (0x8000)
– Beispiele:
Der Bridge identifier BID, mit Virtual-LAN-ID(8 Byte):
– Bridge_Priorität: Multiplikator (0..15) * 4096 0 .. 61 440 (0x0000 .. 0xF000),. Standardwert: 0x8 32 768
– Beispiele:
1) In den 4 Bit steht ein Prioritätsmultiplikator * 4096
4 Bit1) VLAN-ID, 12 Bit MAC-Adresse, 6 Byte
Priorität u.a., 2 Byte MAC-Adresse, 6 Byte
Priorität MAC-Adresse BID Hexformat
Bridge x 4096 00-06-52-5C-6D-C1 10 00 00 06 52 5C 6D C1
Bridge y 32768 00-30 80-B3-AC-48 80 00 00 30 80 B3 AC 48
Priorität VLAN-ID MAC-Adresse BID Hexformat
Bridge x 4096 100 00-06-52-5C-6D-C1 10 64 00 06 52 5C 6D C1
Bridge y 32768 200 00-30 80-B3-AC-48 80 C8 00 30 80 B3 AC 48
LAN / MAN
STP/RSTP: Grundlagen - Port-Path-Cost /IEEE-802.3D-2004/
100 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
STP-PPC werden von der Segment-Datenrate bestimmt: – 1) PPC= 1.000.000.000/ Link-Datenrate in Mbit/s – 2) PPC wurde festgelegt (neue höhere Datenraten machten dies
erforderlich).
Für die Übertragung der summierten PPC, werden 2 Byte verwendet. Damit lassen sich Gesamt-Pfadkosten von 0 .. 65.534 in der BPDU abbilden.
Segment- Datenrate
STP- PPC 802.3D-19981)
STP- PPC Revision2)
10 Mbit/s 100 100
100 Mbit/s 10 19
1 Gbit/s 1 4
10 Gbit/s 1 2
Segment- Datenrate
Empfohlener Wert
Empfohlener Bereich
<= 100 kbit/s 200.000.000 20.000.000 .. 200.000.000
1 Mbit/s 20.000.000 2.000.000 .. 200.000.000
10 Mbit/s 2.000.000 200.000 .. 20.000.000
100 Mbit/s 200.000 20.000 .. 2.000.000
1 Gbit/s 20.000 2.000 .. 200.00
10 Gbit/s 2.000 200 .. 20.000
100 Gbit/s 200 20 .. 2.000
1 Tbit/s 20 2 .. 200
10 Tbit/s 2 1 .. 20
RSTP-PPC werden von der Segment-Datenrate bestimmt: RSTP-PPC = 20.000.000.000/Link-Datenrate in kbit/s
Für die Übertragung der summierten PPC, werden 4 Byte (siehe auch RSTP-BPDU ) verwendet. Damit lassen sich Gesamt-Pfadkosten von 0 .. 4.294.967.296 abbilden. Das entspricht einem Pfad über 20 Hops, jeder mit maximalem PCC.
LAN / MAN
STP/RSTP: Grundlagen - BPDU (Bridge Protocol Data Unit)
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6 DMAC 01-80-c2-00-00-00
6 SMAC Bridge-MAC
2 DSAP (0x42)
2 SSAP (0x42)
1 UI (0x03)
35 BPDU
802.3-LLC-Header mit BPDU
Aufbau der BPDU STP RSTP
2 Protocol ID 0x0000
1 Protocol Vers.ID1) 0x00 0x02
1 BPDU Type 0x00 Configuration BPDU 0x80 Topology Change Notification BPDU
0x02 RST BPDU
1 BPDU Flags1)
Bit 1 Topology Change (TC) Bit 8 Topology Change Ack (TCA) Beachte: im Protokollumfeld werden die Bits von 1..8 nummeriert
Bit 1/8 TC/TCA Bit 2/7 Proposal-Agreement Handshake Bit 3/4 Port role:
00 unknown 01 alternate/backup 10 root 11 designated
Bit 5 Port state: Learning Bit 6 Port state: Forwarding
8 Root Identifier
4 Root Path Cost
8 Bridge Identifier
2 Port Identifier
2 Message Age Damit BPDUs nicht endlos in redundanten Pfaden kreisen, inkrementieren Bridges diesen Wert. Ist er größer als Maximum Age, wird die BPDU verworfen.
2 Maximum Age Erhält eine STP-Bridge in diesem Zeitraum keine Config.-BPDUs, nimmt sie Verbindungsverlust zur Root-Bridge an u. initiiert Topologie-Anpassung (z.B. 20s)
2 Hello Time Zeitraum, nachdem Root-Bridge neue Config.-BPDU sendet (z.B. 2 s)
2 Forward Delay Zeitraum, indem STP-Bridges im Zustand Learning u. Listening bleiben u. dann erst den Port auf Forwarding setzen (z.B. 15s)
1 Version 1 Length bei STP nicht vorhanden Längenangabe für Zusatzdaten. Bei RSTP 0x00
1) Felder, die bei STP, RSTP unterschiedlich sind oder anders genutzt werden
LAN / MAN
STP/RSTP: Grundlagen - Rollen und Zustände
102 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Switch-Rollen: Root-Switch or Non-Root-Switch
Port-Rollen:
1) designated – bestimmt, ausgewählt
Port-Rollen bei RSTP
Root-Port Jeder Non-Root-Switch hat genau ein Root-Port. Dieses Port markiert den besten Pfad zur Root-Bridge. Root-Port wird der Port, an dem die BPDU mit den "besten" Werten (BridgeID,
PortID, Path-Cost) empfangen wird.
Designated1)-Port Pro Segment gibt es genau einen Designated-Port. Er markiert den besten Pfad von/zu der Root in dieses Segment. Designated-Port wird der Port, der die BPDU mit den "besten" Werten (BridgeID, PortID, Path-
Cost) in das Segment senden kann.
Alternate-Port Port, der ein Segment alternativ zum derzeitigen Designated-Port versorgen kann und nicht am gleichen Switch ist, wie der derzeitige Designated-Port.
Backup-Port Backup-Ports gibt es nur dann, wenn zwei Ports des gleichen Switches an das gleiche Segment angeschaltet sind.
Disabled-Port Port ist nicht betriebsbereit oder wurde administrativ aus der Topologie ausgeschlossen
LAN / MAN
STP/RSTP: Grundlagen - Rollen und Zustände
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Port-Zustände RSTP (mit Gegegüberstellung der STP-Portzustände)
BPDU-Flag's (siehe Folie BPDU)
Port state Betriebs- zustand
BPDUs empfangen
BPDUs senden
Dataframes auswerten
Dataframes weiterleiten Bemerkungen zu RSTP-States
STP RSTP
0 Disabled 0 Discarding deaktiv - - - -
• Empfang/Verarbeitung/Weiterleitung von BPDU's • In Cisco-Dokumentationen wird anstelle Discarding
der Begriff Blocking verwendet.
1 Blocking 0 Discarding aktiv x - - -
2 Listening 0 Discarding aktiv x x - -
3 Learning 1 Learning aktiv x x x - • Empfang/Verarbeitung/Weiterleitung von BPDU's • MAC-Adresse-Tabelle aufbauen
4 Forwarding 2 Forwarding aktiv x x x x • Empfang/Verarbeitung/Weiterleitung von BPDU's • MAC-Adressen-Tabelle aufbauen • Datenpakete switchen
Bit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1
00 Unknown 01 Alternate/Backup 10 Root 11 Designated
Learning Forwarding Agreement Proposal Topology Change Ack
Topology Change
LAN / MAN
STP/RSTP: Grundlagen - Rollen und Zustände
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SW1 sei Root-Switch: – Port1 und Port3 werden Designated-Port's
SW3 – Port1 wird Root-Port – Port2 und Port3 sind an die gleiche
Kollisionsdomäne angeschlossen • Port2 wird Designated Port, wegen der
kleineren PortID und ist im Zustand Forwarding.
• Port3 wird Backup-Port und ist im Zustand Discarding (Blocking).
SW2 – Port3 sei ebenfalls an die Kollisionsdo-
mäne angeschlossen aber mit schlech-teren Werten als die SW2-Ports.
– Der Port wird Alternate-Port und ist im Zustand Discarding (Blocking).
10 11 12 13
3 De
SW1 1 De
2
1 Ro 3 Di
SW3 2 De
10 11 12 13
1 Ro 3 Di
SW2 2
10 11 12 13
Kollisionsdomäne
Alternative Alternative Backup Backup
Backup-Port
Designated-Port
Alternate-Port
Designated-Port Designated-Port
Root-Port Root-Port
LAN / MAN
STP/RSTP: Algorithmus
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13 1 12
SW1 2 11
10 3
1
3 SW3 2
10 11 12 13
(1) Zuerst wird die sogenannte Root-Bridge ermittelt,
(2) Danach schalten alle anderen Bridges einen besten Pfad in Richtung Root-Bridge, so dass ein schleifenfreie Konfiguration entsteht,
(3) Diese Konfiguration wird permanent überwacht und im Fehlerfall neu gespannt.
Es wird ein Beispiel1) mit 3 Switches zugrunde gelegt: – SW1: BID= 32768, 00-02-00-11-11-11 – SW2: BID= 32768, 00-02-00-22-22-22 – SW3: BID= 32768, 00-02-00-33-33-33
Ports mit einstelligen Portnummern seien hier Ports für Point-to-Point-Links mit 1 Gbit/s PPC=4.
Ports mit zweistelligen Portnummern sind hier Edge-Ports, zum Anschluss von Hosts.
Die Hosts werden bei der Beschreibung der Abläufe weggelassen.
4
4
4
1) Das Beispiel ist an das CCNA-ICND2-Prüfungshandbuch , Kapitel 2 "Das Spanning-Tree-Protokoll" angelehnt
1 13
3 SW2 12
11
2 10
LAN / MAN
STP/RSTP: Algorithmus - Root-Bridge ermitteln
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Werden die Switches eingeschaltet, gehen alle davon aus, das sie die Root-Bridge sind.
Alle 3 senden erst mal über alle aktiven Ports BPDUs sogenannte Hello-Nachrichten: – Root Identifier: den eigenen – Root Path Cost: 0 – Bridge Identifier: den eigenen – Port Identifier: über den Hello gesendet
wird – Timer: Hello=2, MaxAge=20, ForwardDelay=15
Empfängt ein Switch eine BPDU mit kleinerer BID als die eigene, hören sie auf, eigene Hello-Nachrichten zu senden. Sie leiten nur noch die BPDU mit dem kleineren BID über die Segmente weiter, von denen das Hello nicht kam.
SW1 wird Root-Bridge, denn sie hat den kleinsten BID 1).
13 1 12
SW1 2 11
10 3
1 13
3 SW2 12
11
2 10
1
3 SW3 2
10 11 12 13
4
4
4
0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0002
0x8000000200333333 0x000000 0x8000000200333333 0x0003
0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0003
0x8000000200222222 0x00000000 0x8000000200222222 0x0003
0x8000000200222222 0x00000000 0x8000000200222222 0x0002
0x8000000200333333 0x000000 0x8000000200333333 0x0002
1) In diesem Beispiel hat die kleinere MAC-Adresse entschieden, wer Root-Bridge wird. Normalerweise würde der Netzwerker dies über die einstellbare Priorität regeln.
0 0 0 0
0 0 0 0
0 0 0 0
LAN / MAN
STP/RSTP: Algorithmus - Root-Bridge ermittelt
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Aller 2 s (Hello-Time) sendet SW1 über alle aktiven Ports BPDUs: – Root Identifier: 0x8000000200111111 – Root Path Cost: 0x00000000 – Bridge Identifier: 0x8000000200111111 – Port Identifier: 0x0002 bzw. 0x0003 – Timer: Hello=2, MaxAge=20, ForwardDelay=15
SW2 leitet an SW3 weiter: – Root Identifier: 0x8000000200111111 – Root Path Cost: 0x00000004 – Bridge Identifier: 0x8000000200222222 – Port Identifier: 0x0002 – Timer: Hello=2, MaxAge=20, ForwardDelay=15
SW3 leitet an SW2 weiter: – Root Identifier: 0x8000000200111111 – Root Path Cost: 0x00000004 – Bridge Identifier: 0x8000000200333333 – Port Identifier: 0x0002 – Timer: Hello=2, MaxAge=20, ForwardDelay=15
13 1 12
SW1 2 De 11
10 3 De
1 13
3 SW2 12
11
2 10
1
3 SW3 2
10 11 12 13
4
4
4
0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0002
0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0003
0x8000000200111111 0x00000004 0x8000000200222222 0x0002
0x8000000200111111 0x000004 0x8000000200333333 0x0002
1 1
1 1 2 2
2 2
1 1
2 2
2 2
LAN / MAN
STP/RSTP: Algorithmus - Root-Ports ermitteln
108 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Alle Nicht-Root-Switches ermitteln als nächstes den Root-Port ist Port mit dem niedrigsten Kosten zur Root.
Basis sind die Hello-Nachrichten von SW1.
SW2 errechnet Port-Path-Cost zur Root: – Port 2 = 4+4 = 8 – Port 3 = 0+4 = 4 – Port 3 wird Root-Port und in den Zustand
Forwarding gesetzt.
SW3 errechnet Port-Path-Cost zur Root: – Port 3 = 0+4 = 4 – Port 2 = 4+4 = 8 – Port 3 wird Root-Port und in den Zustand
Forwarding gesetzt.
13 1 12
SW1 2 De 11
10 3 De
1 13
3 Ro
SW2 12
11
2 De 10
1 3 Ro
SW3 2
10 11 12 13
4
4
4
0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0002
0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0003
0x8000000200111111 0x00000004 0x8000000200222222 0x0002
0x8000000200111111 0x000004 0x8000000200333333 0x0002
1 1
1 1 2 2
2 2
LAN / MAN
STP/RSTP: Algorithmus - Designated-Ports ermitteln
109 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Alle Nicht-Root-Switches ermitteln als nächstes den Designated-Port ist Port mit dem niedrigsten Kosten zur Root in
einem Segment.
Es muss entschieden werden ob – Port 2 an SW2 oder – Port 2 an SW3 Designated Port werden?
Da die Kosten gleich sind (0x0004) entscheidet die kleinere BID.
SW2, Port 2 – Designated Port – Port-State: Forwarding
SW3, Port 2 Alternate Port Zustand Designated (Blockiert)
13 1 12
SW1 2 De 11
10 3 De
1 13
3 Ro
SW2 12
11
2 De 10
1 3 Ro
SW3 2 Al
10 11 12 13
4
4
4
0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0002
0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0003
0x8000000200111111 0x00000004 0x8000000200222222 0x0002
0x8000000200111111 0x000004 0x8000000200333333 0x0002
1 1
1 1 2 2
2 2
3 3
2 2
3 3
LAN / MAN
STP/RSTP: Algorithmus – Topology Change
110 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Annahme: Link von SW1 zu SW2 defekt
SW2 erhält von SW1 keine BPDU's mehr
Nach Ablauf der Hello-Time (2s) sendet SW2 über Port 2 eine eigene BPDU, worin sie sich als Root-Bridge deklariert
SW3 empfängt nun zwei BPDU's mit Root-Bridge-Deklaration. Root wird die mit der kleineren BID, also SW1.
SW3, Port 2 wird Designated Port.
Die BPDU's von SW1 werden an SW2 weitergeleitet. Die Reaktion ist: – SW2, Port 2 wird Root-Port und in Zustand
Forwarding gesetzt – SW2, Port 3 wird auf Discarding gesetzt.
13 1 12
SW1 2 Di 11
10 3 De
1 13
3 Di
SW2 12
11
2 Ro 10
1 3 Ro
SW3 2 De
10 11 12 13
4
4
4 0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0003
1 1
1 1
3 3
2 2
3 3
keine BPDU's mehr
1 1
3 3
0x8000000200111111 0x000004 0x8000000200333333 0x0002
Zum Weiterlesen: http://www.cisco.com/en/US/tech/tk389/tk621/technologies_white_paper09186a0080094cfa.shtml
LAN / MAN
IEEE 802.1Q: Virtual Bridged Local Area Networks (VLAN)
Motivation für VLAN zu Beginn der LAN-Technogie /Sikora/: – Clients und Server befanden sich in einem Netz zugeschnitten auf Aufgabe bzw.
Bereich. – Für das Verhältnis von Intern- zu Externverkehr galt eine 80/20-Regel
Koppelelemente (Hub, Switch)
Abteilung A Koppelelemente (Hub, Switch)
Abteilung A Koppelelemente (Hub, Switch)
Abteilung N Koppelelemente (Hub, Switch)
Abteilung N
Koppelelement(e) Koppelelement(e)
ca. 80% Internverkehr ca. 80% Internverkehr
ca. 20% Externverkehr
ca. 20% Externverkehr
111 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
IEEE 802.1Q: Virtual Bridged Local Area Networks (VLAN)
Motivation für VLAN in vielen Netzen gilt die 80/20-Regel nicht mehr /Sikora/: – Serverbasierte Ressourcen werden oft zentral angeboten. – Zentralisierte Internetzugänge erzeugen mehr Externverkehr. – In Firmen dominiert zum Teil projektbezogene Arbeitsweise. – Die räumliche Zuordnung zu einem Rechnernetz stimmt oft nicht mit der logischen Zuordnung
überein. – Mobilität, z.B. Laptops Unterrichtsräume usw..
Die Zuordnung zu einem VLAN kann realisiert werden: – Portbasiert (OSI-Schicht-1): Feste Zuordnung SwitchportVLAN statisches VLAN. – MAC-basiert (OSI-Schicht-2): VLAN-ID wird aus MAC-Adresse abgeleitet dyn. VLAN:
• Wird an einem Switch-Port eine Station angeschaltet, ermittelt der Switch die MAC-Adresse und mittels einer Managementfunktion den VLA-ID.
• Das Switchport erhält temporär den ermittelten VLAN-ID. • Die Managementfunktion kann:
– Verteilt auf den Switches sein bei großen Netzen hoher Adminaufwand.
– Auf einen VLAN-Management-Server sein Switch-Client greift mittels spezieller Protokolle (meist proprietäre) auf den Server, dieser ermittelt aus Datentabelle die Relation MAC-AdresseVLAN-ID.
– Protokoll- und/oder Adress-basiert (OSI-Schicht-3): Zuordnung zum VLAN erfolgt anhand des verwendeten L3-Protokolls, z.B. IP, IPX, DECNet usw. oder anhand von L3-Adressen, Subnetzadressen usw..
– Anwendungs-basiert (OSI-Schicht-4): Zuordnung zum VLAN erfolgt anhand der verwendeten L4-Protokolle und Portnummern.
112 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Jeder Switch-Port bekommt einen VLAN-Identifier (1, 2, …, i, 4094). Ports mit gleichem VLAN-ID bilden geschlossenes Netz, d.h. es werden nur Pakete zwischen Rechnern übertragen, die Mitglied des gleichen VLAN sind.
Access-Links: vom Nutzer zum Switch. Darüber werden normale MAC-Frames oder LLC/MAC-Frames übertragen.
Trunk-Links: zwischen Switches. Auf Trunk-Links werden drei Rahmentypen ausgetauscht: – Untagged Frames (z.B. Ethernet-II), – VLAN-tagged (Rahmen enthält VLAN-ID und ev. Priorität), – Priority-tagged (Rahmen enthält Priorität aber keine VLAN-Information).
IEEE 802.1Q: Virtual Bridged Local Area Networks (VLAN)
Switch A Switch A Switch N Switch N Switch B Switch B
Trunk Links: Tagged-MAC-Frames, Tagged-LLC/MAC-Frames
Access Links: MAC-Frames, LLC/MAC-Frames
Port 1 Port n Port 1 Port n
VLAN 1 VLAN 1
VLAN 2 VLAN 2
VLAN X VLAN X
Switch X Switch X
113 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-3: Tagged MAC frame
Alle bisher betrachteten MAC-Frames enthalten keine expliziten Konzepte für die Priorisierung von Frames bzw. die Bildung von so genannten Virtual LAN – VLAN.
Diese Erweiterungen werden durch ein Tagged MAC frame möglich. Dazu werden zusätzlich 4 Bytes verwendet, die unmittelbar der Source address folgen.
Netzkomponenten, zwischen denen Tagged MAC frames ausgetauscht werden können, müssen deshalb eine maximale Rahmengröße von 1522 Byte unterstützen.
IEEE 802.3:
Figure 3–3—Tagged MAC frame format
Canonical Format Identifier (CFI):
114 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3-3: Tagged MAC frame
Codierung: – Octett 1: 1000 0001 //0x81 – Octett 2: 0000 0000 //0x00 – Octett 3: pppc vvvv //ppp Priorität c Adressformat – Octett 4: vvvv vvvv //vvvvvvvvvvvv VLAN-Identifier
Die ersten zwei Oktett enthalten die Tagged-Kennzeichnung (0x8100).
ppp: Bildung von 8 Prioritätsklassen möglich: – bedeutsam für Echtzeitübertragung, z.B. VoIP, – Verwendung wird durch IEEE 802.1D geregelt.
c: Canonical Format Identifier (CFI): dient zur Identifikation des MAC-Adressformats: – C=0 MAC-Adressen werden in der Reihenfolge Bit 20, 21, 22, …, 27 gesendet (Ethernet). – C=1 MAC-Adressen werden in der Reihenfolge Bit 27, 26, 25, … 20 gesendet (Token-Ring).
vvvv…: VLAN-Identifier (VID): – Es sind 212-2 VLAN adressierbar. – Die VIDs 0x000 und 0xfff sind reserviert.
115 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Autonegotiation – AN (negotiation Verhandlung, Übertragung)
AN wurde 1994 von der Fa. National Semiconductor unter der Marke „Nway“ ein-geführt, weil inzwischen twisted-pair-basierte Ethernets mehrere Geschwindigkeiten unterstützten: 10, 100 Mbit/s und in den Modi dx und hx operieren konnten.
IEEE hat diesen Ansatz aufgenommen und in IEEE 802.3, Kapitel 28 1) übernommen.
AN-Ziele: – Linkpartner tauschen automatisch ihre Fähigkeiten bzw. Einstellungen aus. – Beide Partner verwenden dann das gemeinsame Maximum an Fähigkeiten. – Vermeidung falscher oder unzweckmäßiger Einstellungen durch Nutzer minimiert. – Möglichkeiten der Fernwartung von Hubs oder Switches verbessert.
Autonegotiation über einen Link erfolgt: – Beim Stecken von Verbindungen (zwischen DTEs, zwischen DTE und Hub usw.). – Wenn ein Device eines Links aktiviert wird (z.B. beim Einschalten des Rechners). – Beim Reset oder Initialisierung eines Device. – Bei Anforderung einer ReNegotiation, z.B. durch das Treibermanagement.
1) Kap. 28: Physical Layer link signaling for 10 Mb/s, 100 Mb/s, and 1000 Mb/s Auto-Negotiation on twisted pair
116 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Vor Autonegotiation gab es für 10BASE-T den NLP (normal link pulse) zum Link-Integritätstest.
– Aller 16 ± 8 ms (also 8 ms … 24 ms) nach einem Datenrahmen bzw. im Ruhezustand werden Linkpulse gesendet.
– Werden 2..10 aufeinanderfolgende NLPs empfangen:
• Annahme: Kabel verbunden
• Verbindung wird aktiviert
• Protokoll-Parameter: lc_max
– Empfängt man 50 … 150 ms keinen NLP oder Daten :
• Annahme: Verbindung unterbrochen
• Protokoll-Parameter: link_loss
Für Autonegotiation wurde FLP (fast link pulse) kreiert, ist mit dem NLP kompatibel.
Autonegotiation: Prinzip
NLPs
16 ± 8 ms (von 8 bis 24 ms)
… FLPs … …
FLP-Burst FLP-Burst FLP-Burst
117 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Autonegotiation: Prinzip
S4 S3 S2 S1 S0 0 0 0 0 0 Reserviert 0 0 0 0 1 802.3 0 0 0 1 0 802.9 0 0 0 1 1 802.5
Taktimpulse
Datenimpulse 100 ns Dauer
S0 S0 S1 S1 S2 S2 S3 S3 S4 S4 A0 A0 A1 A1 A2 A2 A3 A3 A4 A4 A5 A5 A6 A6 A7 A7 RF RF Ack Ack NP NP
FLP
16 Datenbit
S(4:0) = Selectorfeld (Codierung des Standards)
S(7:0) = Ability-Feld A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Unterstützte Betriebsart
1 1 Reserviert 1 Pause-Operation für Flow-Control
1 100BASE-T4 1 100BASE-TX, dx
1 100BASE-TX, hx 1 10 BASE-T, dx
1 10 BASE-T, hx
125µs
118 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
RF Remote Fault - Anzeige, dass im FLP des Partners ein Fehler war
Ack Acknowledge - Quittierung, dass man 3x vom
Linkpartner die gleichen FLP bekommen hat.
NP Next Page - Escape-Mechanismus zur
Erweiterung des Codierungsraumes
LAN / MAN
Autonegotiation: Prinzip
Autonegotiation mit: 10BASE-T, hx 10BASE-T, dx 100BASE-TX, hx 100BASE-TX, dx
Autonegotiation mit: 10BASE-T, hx 10BASE-T, dx 100BASE-TX, hx 100BASE-TX, dx
A B
Switch
100BASE-TX, dx 10BASE-T, hx
Taktimpulse
Datenimpulse
125µs
S0 S0 S1 S1 S2 S2 S3 S3 S4 S4 A0 A0 A1 A1 A2 A2 A3 A3 A4 A4 A5 A5 A6 A6 A7 A7 RF RF Ack Ack NP NP
1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0
200 mV
Welche Eigenschaften hat dieses Device?
FLP
A und Switch unterstützen AN, B nicht. Auf welche Betriebsmodi werden die Interfaces eingestellt?
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LAN / MAN
IEEE-802.3af: Power over Ethernet (PoE)
Motivation: – Insbesondere für den Betrieb von Kleingeräten an Ethernets entwickelt (VoIP-Telefon,
WLAN-AP, Kamera usw.). – Ist ursprünglich eine Fernsprechtechnologie (Ortbatterie Zentralbatterie).
Man unterscheidet: Powered Devices (PD), Power Sourcing Equipment (PSE).
Kamera
WLAN-AP
VoIP-
Telefon
Ethernet-Switch
PSE – Power Sourcing Equipment
(Midspan)
PD – Powered Devices
USV – Unterbrechungsfreie
Stromversorgung
Abbildung nach http://www.poweroverethernet.com/articles.php?article_id=52
120 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
IEEE-802.3af: Power over Ethernet (PoE)
Alternative A: Speisung vom Switch/Hub (Endspan-PSE) über die Signaladernpaare (1-2 , 3-6): Die Gleichstromspeisung erfolgt über Mittelanzapfungen
der Übertrager Phantomkreise. Auf PSE-Sendepaar (Paar 2: 1-2) liegt + Auf PSE-Empfangspaar (Paar 3: 3-6) liegt – Kann das PD die Polarität automatisch erkennen, ist
auch die umgekehrte Belegung zulässig (1-2: - und 3-6: + )
Alternative B: Speisung vom Switch/Hub (Endspan-PSE) über extra Adernpaare (4-5, 7-8): Die Gleichstromspeisung erfolgt direkt in beide Adern. Auf Adernpaar 1 4-5 liegt + Auf Adernpaar 4 7-8 liegt –
1
2
3
6
1
2
3
6
+ (-)
- (+)
4
5
4
5
+
7
8
7
8 -
4
5 7
8
4
5 7
8
+
-
Alternative B: Speisung mittels Midspan-PSE über extra Adernpaare (4-5, 7-8): Die Gleichstromspeisung erfolgt über eine
Zwischeneinrichtung direkt in beide Adern. Auf Adernpaar 1 4-5 liegt + Auf Adernpaar 4 7-8 liegt –
121 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
IEEE-802.3af: Power over Ethernet (PoE)
122 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Allgemeine Parameter: – Das PSE kann bis 48 Volt und bis max. 350 mA einspeisen. – In der Startphase ist ein Strom bis 500 mA für 100 ms zulässig. – Dem Powered Device (PD) sollen bis zu 45 Volt bei max. 350 mA zur Verfügung stehen. – Maximale Leistungsaufnahme eines PD ist auf 12,95 Watt begrenzt.
Es wurden fünf Leistungs-Klassen eingeteilt:
Das PSE prüft, ob ein PD PoE-fähig ist: – PD-Widerstand: 19 bis 26,5 kOhm, PD-Kapazität < 150 nF. – Werden diese Bedingungen nicht erfüllt, wird Port nicht gespeist.
Weitere Entwicklungen: – Höhere Leistungen, – Intelligentes Powermanagement:
• Verbesserter Schutz von Nicht-PoE-Geräten, • Nur so viel Power, wie erforderlich.
Klasse Max. Speiseleistung vom PSE entnommene Leistung durch PD
0 default 15,4 W 0,44 bis 12,95 W 1 optional 4 W 0,44 bis 3,84 W 2 optional 7 W 3,84 bis 6,49 W 3 optional 15,4 W 6,49 bis 12,95 W 4 (reserviert)
LAN / MAN
Fast Ethernet (100BASE-T): Einordnung in die Modelle
reconcilation Abgleich, attachment - Anschluss
MDI Medium Dependent Interface
MII Media Independent Interface
PCS Physical Coding Sublayer
PMA Physical Medium Attachment
PMD Physical Medium Dependent
Figure 1-1-LAN standard relationship to the ISO/IEC OSI reference model
OSI REFERENCE MODEL LAYERS
LAN CSMA&CD LAYERS
APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
NETWORK
DATA LINK
PHYSICAL
LLC – LOGICAL LINK CONTROL
MAC CONTROL (OPTIONAL)
MAC - MEDIA ACCESS CONTROL
PLS
MEDIUM
PMA
RECONCILATION
MEDIUM
PMA
PLS
PMA
RECONCILATION
MEDIUM
PMD
PCS
PMA
RECONCILATION
MEDIUM
PMD
PCS
HIGHER LAYERS
MDI MDI MDI MDI
MII
AUI
AUI
MII GMII
INTERFACES FUNCTIONS
1 Mb/s, 10 MB/s 10 Mb/s 100 Mb/s 1000 Mb/s
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LAN / MAN
Fast Ethernet (100BASE): Überblick
Fast-Ethernet-Standardisierung: – Erfolgt im Standard IEEE-802.3, SECTION TWO Kapitel 21..33, Anhänge 22A..32 A. – In älterer Literatur werden oft noch die Entwicklungsbezeichner 802.3u/y usw.
angegeben.
Fast-Ethernet – basiert immer noch auf der CSMA/CD-basierten MAC-Layer – standardisiert mehrere 100 Mb/s Physical Layers, basierend auf Twisted Pair oder LWL.
• 100BASE-T2, dx, Cat-3/4/5-Kabel, 2 Adernpaare, Gleichlageverfahren mit Brückenschaltung, PAM, keine Bedeutung mehr.
• 100BASE-T4, nur hx, Cat-3/4/5-Kabel, 3 Paare DÜ, 1 Paar Steuerung, keine Bedeutung mehr.
• 100BASE-TX, hx/dx, Cat-5-Kabel, 2 Adernpaare,
• 100BASE-FX, hx/dx, 100 Mb/s-Ethernet über LWL
• 100BASE-SX, hx/dx, 100 Mb/s-Ethernet über LWL
– Erlaubt mehrere Repeater zur Zusammenschaltung von Segmenten unter Beachtung der maximalen Länge (zur Sicherstellung der Kollisionserkennung im hx-Mode).
124 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Fast Ethernet: 100BASE-T-Architektur
Fig. 21-1 zeigt die Einordnung von 100BASE-T in das 802.3-Model.
Bei 100BASE-T steht als Ordnungsbegriff für folgende Architektur:
Nutzung der bisherigen MAC-Layer, Anpassung verschiedener Physical Layer (z.B. 100BASE-T4, 100BASE-TX oder 100BASE-FX) über ein
medienunabhängiges Interface (MII). MII* ist ein optionales Interface PMD** diese Subschicht gibt es nur für 100BASE-X; 100BASE-T4 hat diese Subschicht nicht Autonegotiation*** ist optional
MDI Medium Dependent Interface MII Media Independent Interface
INTERFACES PCS Physical Coding Sublayer PMA Physical Medium Attachment PMD Physical Medium Dependent
FUNCTIONS
Figure 21–1
Architectural positioning of 100BASE-T APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
NETWORK
DATA LINK
PHYSICAL
LLC – LOGICAL LINK CONTROL
MAC - MEDIA ACCESS CONTROL
PMA
RECONCILATION
PMD**
PCS
MDI
MII*
100 Mb/s link-segment
Autonegotiation***
PMA
PMD**
PCS
MDI
Autonegotiation***
100BASE-T baseband Repeater Unit
PMD**
MDI
Autonegotiation***
PMA
PCS
MEDIUM
100 Mb/s link-segment
MEDIUM
125 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
802.3,21/22: Fast Ethernet (100BASE-T) – RS und MII
Reconcilation Sublayer (RS): – Liefert Mapping-Funktion zwischen MII und dem Stationsmanagement – Liefert Mappingfunktion zwischen MII und den MAC/PLS-Diensten (PLS - physical
signaling) PLS-Dienste siehe Folie
MII (Media Independent Interface): – 40 Signale umfassendes Interface:
• 7 Signale zur Datenübertragung je Richtung (4 Data, 1 Clock, 1 Error, 1 Delimiter) • 2 Medienstatussignale (Presence of Carrier, Collision detect) • 2 Managementsignale, usw.
– Das MII unterstützt dx und liefert TTL-Pegel. – Die Daten werden parallel (4-bitweise) übergeben. – Das Interface muss nicht explizit ausgeführt sein.
DTE – Data Terminale Equipment 126 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Fast Ethernet: PCS und PMA für 100BASE-X
100BASE-X unterstützt: – 100BASE-TX: 2 Paare eines Cat-5-Kabels, – 100BASE-FX/SX: 2 LWL.
100BASE-X-Ethernettypen haben: – eine gemeinsame PSC- und PMA-Subschicht, – und je eine spezielle PMD (Physical Medium Dependent):
• Fiber-PMD, • TP-PMD (Twisted Pair).
APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
NETWORK
DATA LINK
PHYSICAL
LLC – LOGICAL LINK CONTROL
MAC - MEDIA ACCESS CONTROL
RECONCILATION
MDI
MII*
PMA
PCS
MEDIUM
Fiber PMD
MEDIUM
TP PMD
127 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
MDI Medium Dependent Interface
MII Media Independent Interface
INTERFACES
PCS Physical Coding Sublayer
PMA Physical Medium Attachment
PMD Physical Medium Dependent
FUNCTIONS
LAN / MAN
Fast Ethernet: PCS für 100BASE-X
128 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Anstelle einer Manchesterkodierung wird ein 4B5B-Code verwendet – Manchester: pro Datenbit ein Ausgleichs- bzw. Taktbit 100% mehr Bitrate. – 4B5B: pro 4 Datenbits 1 zusätzliches Taktbit 25% mehr Bitrate .
5B-Codegruppe 4B-Codegruppe oder Symbol
Gruppe Bemerkungen
00 00000
31 11111
04 00100
Q
I
H
Status
Quiet: Medium wird z.Zt. nicht benutzt
Idle: das Medium ist frei
Hold: Übertragungspause
24 11000
17 10001
13 01101
25 11001
07 00111
J
K
T
S
R
Control
1.Teil des Startdelimiters
2.Teil des Startdelimiters
Ending delimiter
Set
Reset
30 11110
09 01001
20 10100
21 10101
10 01010
11 01011
14 01110
15 01111
18 10010
19 10011
22 10110
23 10111
26 11010
27 11011
28 11100
29 11101
0000
0001
0010
0011
0100
0101
0110
0111
1000
1001
1010
1011
1100
1101
1110
1111
Data
Wie man sieht, werden die 32 Codeworte wie folgt verwendet:
für Statusinformationen,
für die Rahmenbildung und Steuerung,
für die Datenübertragun
ungenutzt.
Die 5B-Muster werden so gewählt, das in jedem Symbol hinreichend Signalwechsel vorhanden sind (es
folgen max. drei Nullen
aufeinander).
Die überzähligen 5B-Symbole haben Sonderfunktionen oder bleiben ungenutzt.
LAN / MAN
Fast Ethernet: PMD für 100BASE-TX/FX
Es kommen folgende Leitungscodes zur Anwendung: – 100BASE-FX: NRZI (Non-Return Zero Invert), – 100BASE-TX: MLT3 (Multilevel Transmission 3).
Sendebitstrom: 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 i d l e i d l e
5B-Codierung: 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1
NRZI
MLT-3:
129 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Durch MLT-3-Leitungscode reichen die 100 MHz Bandbreite des Cat-5-Kabels für die 125 Mbit/s.
Durch MLT3 erfolgt Reduzierung des Bandbreitebedarfs auf ¼ (siehe Idle-Folge).
LAN / MAN
Fast Ethernet: Komponenten
Merkmale Netgear-Switch: – 16 10/100 MBit/s Ports – Autonegotiation-Funktion pro
Port – Halb- und Vollduplex Betrieb
2 UTP, Cat-5 oder 2 STP, 150 Ohm
12-Port Switch-Einschub: 100BASE-FX SC-Stecker
Merkmale 100BASE-FX-NIC: Dual SC-Port Autom. Vü-Erkennung Duplex-Betrieb.
130 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Fast Ethernet: Zusammenfassung
100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-SX
Datenrate 10, 100 100 100
Übertragungsart Basisband Basisband Basisband
Übertragungscode 4B5B MLT3 4B5B NRZI 4B5B NRZI
Betriebsart hx, dx hx, dx hx, dx
Topologie Stern Stern Stern
Medium 2 UTP, Kat 5 oder 2 STP, 150 Ohm
2 Multimodefasern (1300 nm) 50/125 bzw. 62,5/125 µm, Oder 2 Monomodfasern
2 Multimodefasern (850 nm)
Segmentanzahl 1 1 1
Reichweite 100 m Multimode: 2 km,
Monomode: bis 40 km 300 m
Anmerkungen
Bei Monomodefasern werden Laser als Sender benötigt. Relativ teuer und geringere Lebensdauer
gegenüber LEDs.
Preiswerter gegenüber FX, da LED-Sender im
Infrarotbereich preiswerter sind.
Stecker RJ45: 8-polig ST-Stecker, SC-Stecker oder MIC-
Stecker ST-Stecker, SC-Stecker
oder MIC-Stecker
131 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Gigabit Ethernet (1000BASE): Einordnung in die Modelle
reconcilation Abgleich, attachment - Anschluss
MDI Medium Dependent Interface
GMII Gigabit Media Independent Interface
PCS Physical Coding Sublayer
PMA Physical Medium Attachment
PMD Physical Medium Dependent
Figure 1-1-LAN standard relationship to the ISO/IEC OSI reference model
OSI REFERENCE MODEL LAYERS
LAN CSMA&CD LAYERS
APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
NETWORK
DATA LINK
PHYSICAL
LLC – LOGICAL LINK CONTROL
MAC CONTROL (OPTIONAL)
MAC - MEDIA ACCESS CONTROL
PLS
MEDIUM
PMA
RECONCILATION
MEDIUM
PMA
PLS
PMA
RECONCILATION
MEDIUM
PMD
PCS
PMA
RECONCILATION
MEDIUM
PMD
PCS
HIGHER LAYERS
MDI MDI MDI MDI
MII
AUI
AUI
MII GMII
INTERFACES FUNCTIONS
1.. 10 Mb/s 10 Mb/s 100 Mb/s 1000 Mb/s
132 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Gigabit Ethernet: Überblick
Gigabit-Ethernet-Standardisierung: – Erfolgt im Standard IEEE-802.3, SECTION THREE Kapitel 34…43, Anhänge 36A…43C. – Manchmal werden noch Entwicklungsbezeichner 802.3a/b bzw. 802.3z angegeben.
Gigabit-Ethernet – basiert immer noch auf der CSMA/CD-basierten MAC-Layer – Wegen Kollisionserkennung im hx-Mode MAC-Rahmenverlängerung mit Füllbytes
von 64 Byte auf mindestens 512 Bytes.
Welche Länge könnte ein 1000BASE-Netz mit einer MAC-Frame-Grösse von 64 Byte haben, damit Kollisionserkennung funktioniert (Annahme: Laufzeit sei 5ns/m)?
mm
nsMbit
msbit
m
nsMbit
sbit
eitKabellaufz
Sendedauerl 2,51
5*2
*8*64
*5**1000*2
***8*64
*5*2*1000
**8*64
*2max
Welche Länge erhält man bei einer MAC-Frame-Grösse von 512 Byte?
mm
eitKabellaufz
Sendedauerl 6,409
5*2
*8*512
*2max
133 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Gigabit Ethernet: RS und GMII
Reconcilation Sublayer (RS): – Gleiche Aufgaben wie bei Fast-Ethernet.
GMII (Gigabit Media Independent Interface): – Auf dem MII basierendes Interface:
• 11 Signale zur Datenübertragung je Richtung (8 Data, 1 Clock, 1 Error, 1 Delimiter) • 2 Medienstatussignale (Presence of Carrier, Collision detect) • 2 Managementsignale, usw.
– Das MII unterstützt dx und ausschließlich 1000 Mb/s. – Die Daten werden parallel (8-bitweise) übergeben.
Figure 21–1—Architectural positioning of Gigabit-Ethernet (1000 Mb/s operation)
MDI Medium Dependent Interface GMII Gigabit Media Independent Interface
INTERFACES
PCS Physical Coding Sublayer PMA Physical Medium Attachment PMD Physical Medium Dependent
FUNCTIONS
APPLICATION
PRESENTATION
SESSION
TRANSPORT
NETWORK
DATA LINK
PHYSICAL
LLC – LOGICAL LINK CONTROL
MAC - MEDIA ACCESS CONTROL
MDI
PMA
RECONCILATION
PMD
PCS
GMII
1000 Mb/s link-segment
MDI
1000 Mb/s Baseband Repeater Unit
MDI MEDIUM
1000 Mb/s link-segment
MEDIUM
PMA
PMD
PCS
GMII
PMA
PMD
PCS
GMII
134 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Gigabit Ethernet: PCS, PMA
1000BASE-SX Short Wave Length Optical 2 Multimodefasern
1000BASE-LX Long Wave Length Optical 2 Singlemodefasern oder 2 Multimodefasern
1000BASE-CX Shilded Jumper Cable 2 Cu-Ader, voll geschirmt
1000BASE-T 4 UTP, Cat 5 Erweiterte Multilevelsignalisierung
Diese beiden Sublayers sind gemeinsam für drei PhLs (Sammelname 1000BASE-X):
135 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Funktionen der 1000BASE-X PCS (physical coding sublayer): Encoding (decoding) of GMII data octets to (from) ten-bit code-groups (8B/10B) for
communication with the underlying PMA; Generating Carrier Sense and Collision Detect indications for use by PHY’s half duplex clients; Managing the Auto-Negotiation process, and informing the management entity via the GMII
when the PHY is ready for use.
Funktionen der 1000BASE-X PMA (physical media access): Mapping of transmit and receive code-groups between the PCS and PMA via the PMA Service
Interface; Serialization (deserialization) of code-groups for transmission (reception) on the underlying
serial PMD; Recovery of clock from the 8B/10B-coded data supplied by the PMD; Mapping of transmit and receive bits between the PMA and PMD via the PMD Service Interface; Data loopback at the PMD Service Interface.
LAN / MAN
Gigabit Ethernet: PCS, PMA, Autonegotiation
FD Full Duplex
HD Half Duplex
PS1, PS2 Pause, Anzeige ob und welche MAC-Control-Funktionen zur Steuerung der Datenübertragung angewendet werden können. Dies gilt nur im dx-Mode, wo sich Instanzen durch PAUSE-Nachrichten vor Datenüberlauf schützen können.
RF1,RF2 Remote Failure: No error, Offline, Link_Failure, AN-Error Ack Quittierung, dass man vom Partnerinstanz gültige NP Next Page, Escape-Mechanismus zur Erweiterung des Coderaumes
Autonegotiation in 1000BASE-X-Szenarien1) macht PCS: – Nicht mehr über Fast Link Pulses, sondern über den Austausch von 16-Bit-Kontrollnachrichten über die
LWL-Verbindung
– Beide Seiten wählen daraus die Parameter, die den optimalsten Betrieb ermöglichen.
– Über das Kartenmanagement kann man Autonegotiation ausschalten oder auf einer Seite bestimmte Parameter erzwingen
1) IEEE 802.3, Kap. 37,
rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd FD FD HD HD PS1 PS1 PS2 PS2 rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd RF1 RF1 RF2 RF2 Ack Ack NP NP
D0 D1 D15
136 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Autonegotiation in 1000BASE-T-Szenarien wird durch eine spezielle Sequenz von Fast Link Pulses realisiert.
LAN / MAN
Gigabit Ethernet: Flußsteuerung beim dx-Mode
Gezeigt wird ein dx-Repeater mit 4 Ports und den zugehörigen Input-Output-Queues.
A, B, C, …, X kennzeichnen die Reihenfolge am Hub eingetroffener Rahmen.
A D E
Station1
F
C
Station2
PAUSE
Station3
B
Station4
I O
D E F
B
C
B B
A G A A
Zeit t=1
I O I O I O I O I O I O I O
Zeit t=1 Da die I-Queue von Port1 fast voll ist,
wird der Station ein PAUSE-Frame gesendet.
Im PAUSE-Frame steht ein Zeitparameter
Zeit t=2 Momentan wird Frame A an die Stationen
2,3,4 gesendet.
Frame B steht zur Sendung an die Stationen 1,2,3,bereit
Station 4 empfängt Frame A und sendet gleichzeitig Frame G
Station1 Station2 Station3 Station4
137 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Zeit t=2
LAN / MAN
Gigabit Ethernet: Produkte
138 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
3Com® Gigabit Fiber-SX Server NIC
Media: 1000BASE-SX Connector: SC Bus: 32-/64-bit, 33/66 MHz PCI; 32-/64-bit,
33/66/100/133 MHz PCI-X Operating distance: 1000BASE-SX: 850 nm
multimode up to 500 m full-duplex. 220 m with 62.5/125 µm multimode fiber cable and 500 m with 50/125 µm multiMode fiber cable.
Gigabit-Kupfer-PCI-Adapter GA311 von Netgear: 10/100/1000-MBit/s-Autosensing-Port Halb- und Vollduplex 32-Bit-Architektur Auto Uplink Realtek-Chipsatz Unterstützung von 5-Volt und 3,3-Volt-PCI-
Bus-Standard Kompatibel zu IEEE 802.3ab Gigabit-Ethernet,
IEEE 802.3u Fast-Ethernet, IEEE 802u Auto-Negotiation
Gigabit-Ethernet-Switch GA105 von Netgear:
5 x 10/100/1000 MBit/s Gigabit Ethernet Ports
Alle Ports sind Auto-Negotiating und unterstützen Auto Uplink™ Technologie
Geräuschfreier Betrieb, da lüfterlos
LAN / MAN
Gigabit Ethernet: Zusammenfassung
1000BASE-LX 1000BASE-SX 1000BASE-CX 1000BASE-T
Long Wave Length 1270 bis 1355 nm
Short Wave Length 770 bis 860 nm
Short-haul1) Copper
Datenrate 1000 Mb/s 1000 Mb/s 1000 Mb/s 1000 Mb/s
Übertragungsart Basisband Basisband Basisband Basisband
Übertragungscode 8B10B NRZ 8B10B NRZ 8B10B NRZ PAM5
Betriebsart hx, dx hx, dx hx, dx hx, dx
Topologie Stern Stern Stern Stern
Medium 2* 62,5 oder 50 µm MultiModeFiber
2* 10 µm SingleModeFiber
2* 62,5 oder 50 µm MultiModeFiber
2* 10 µm SingleModeFiber
1 Jumper Cable, Spezialkabel mit zwei
Ende-zu-Ende geschirmten CuDAn
4 STP Kat 5, Duplexbetrieb über alle Paare vermittels einer
Brückenschaltung
Segmentanzahl 1 1 1
Reichweite MMF bis 550 m
SMF keine Angaben
MMF bis 550 m
SMF bis 5000 m
bis 25 m 100 m
Stecker Dual-SC-Stecker Dual-SC-Stecker V1: Shilded 9-pol Subminiatur (Sub-D)
V2: 8-pin shielded ANSI Fibre Channel
RJ 45
1)short-haul - Kurzstrecke 2)PAM5 - Five-level Pulse Amplitude Modulation
139 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Geordneter Medienzugriff durch Token (das Zeichen, die Marke)
Token-Verfahren erlauben geordneten Zugriff auf gemeinsamen genutztes Medium: – Von einer festgelegten Station (Monitorstation) wird Token erzeugt, was von Station zu Station
weitergegeben wird. – Nur die Station, die im Besitz des Tokens (Zeichen) ist, darf Daten senden. – Aus Fairnessgründen darf eine Station nur einen Datenrahmen bzw. eine bestimmte Zeit
senden. Danach muss sie das Token an die nächste Station weiter geben.
Token ist ein spezielles Datenpaket.
Subnetze, die dieses Medienzugriffsverfahren nutzen sind: – Token Ring (IEEE 802.5), – Token Bus (IE3 802.4), – FDDI, Fiber Distributed Data Interface ist ein ANSI-LAN-Standard, basierend auf LWL mit
Übertragungsraten von 100 Mbit/s.
Tokens können durch den Ausfall von Stationen oder Leitungssegmenten oder durch Übertragungsfehler zwischen Stationen verloren gehen. Deshalb sind besondere Maßnahmen erforderlich.
Subnetze dieser Art basieren deshalb auf komplizierteren Protokollen. Ihre Reali-sierung ist deshalb gegenüber Ethernet-Netzen teurer.
140 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Token Ring: Beispiel A sei Monitorstation, B und C wollen an D senden
A erzeugt Token, B wartet darauf
B empfängt Token, ist sendeberechtigt und sendet
Rahmen an D
C läßt Rahmen passieren, D erkennt eigene Adresse und
kopiert Rahmen.
A A
D D B B
C C
D D B B
C C
A A
D D B B
C C
D markiert Rahmen als gelesen und sendet ihn an B zurück.
B empfängt gelesenen Rahmen, entfernt ihn vom Ring und gibt
Token an C weiter
C empfängt Token und sendet Daten an D
A A
D D B B
C C
Token
A A
Token Daten an D
A A
D D B B
C C
Token
1
A A
D D B B
C C
Daten an D
2 3
6 5 4
141 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Token Ring: Besondere Probleme
Ein Sendevorgang funktioniert zusammengefaßt wie folgt /KERNER93/, 408: – Eine sendewillige Station wartet auf das Token von der Vorgängerstation. – Hat sie es, sendet sie an dessen Stelle ein Datenpaket. – Die Station wartet, bis das eigene Paket wieder eintrifft (eine Ringrunde wurde absolviert). – Die Station entfernt das quittierte Datenpaket und sendet das Token an den Nachbarn.
Jede aktive Station im Ring liest Bit für Bit in ein Empfangspuffer und gibt es auf der Sendeseite unverändert oder verändert (Quittierung eines empfangenen Rahmens) wieder aus. Aus dieser „Registerinsertion“ resultiert eine Verzögerung um mindestens 1 Bit.
Wie groß ist die „Speicherkapazität“ SR eines Ringes, angegeben in Bit? Dabei gelte: – AS = 10 (aktive Stationen), l = 500 m (Gesamtkabellänge), = 5µs/km (Gruppenlaufzeit des
Kabels), Vü auf dem Medium sei 4 Mbit/s, der RI=2bit.
bitbitbitbitm
sm
s
bitRIAlVüS SR 302010210
10
1055001043
66
***
**
***
Oft ist Ringbitzahl kleiner als ein Datenpaket. Während eine Station noch sendet, sind die ersten Bits schon wieder am eigenen Empfänger.
Auf den Ring muss mindestens das Token passen. Ist SR zu klein schleift Monitorstation ein Schieberegister ein.
Ist SR groß, können mehrere Pakete gleichzeitig auf dem Ring sein. Station die Datenrahmen sendete, schickt sofort Token hinterher.
142 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
LAN / MAN
Token Ring: Netzwerkkomponenten /HALSALL92/, 275
Bis zu 260 Stationen können verbunden werden. Üblicherweise über Twisted Pair.
Die Medienübertragungsgeschwindigkeit beträgt 4 oder 16 Mbit/s.
Station D
Trunk Coupling Unit - TCU
Trunk Cable
Bypassed
Inserted
Medium Interface Cable
Stationsentfernung maximal 100 m
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Station E Station F
Station A Station B Station C
Communication Subsystem
LAN / MAN
Token Ring: Netzwerkkomponenten /HALSALL92/, 275
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Physical
MAC
LLC
Medienzugriff, Adressierung Fehlererkennung (CRC)
Manchester-Codierung Senden, Empfangen
Communication Subsystem
Medium Interface Cable
TCU TCU
Rx Pair Tx Pair
Rx Pair Tx Pair
TCU Inserted
Mode
TCU Bypass Mode
Rx Pair Tx Pair
Trunk Cable
Firmware und Hardware
Logische Verbindungssteuerung, Gesicherte DÜ
LAN / MAN
Token Ring: Rahmenformate /HALSALL92/, 277
In Token-Ring-Netzen gibt es zwei Rahmenformate: – den Tokenrahmen, – den Datenübertragungsrahmen.
Start Delimiter
Access Control
Frame Control
Destination Address
Source Address
End Delimiter
Frame Status
1 Byte JK0JK000
1 Byte JK0JK000
Start Delimiter
1 Byte PPPTMRRR
1 Byte PPPTMRRR
1 Byte JK1JK1IE
1 Byte JK1JK1IE
Access Control
End Delimiter
1 Byte JK0JK000
1 Byte JK0JK000
1 Byte PPPTMRRR
1 Byte PPPTMRRR
1 Byte FFZZZZZZ
1 Byte FFZZZZZZ
2/6 Byte I/G 15/47
2/6 Byte I/G 15/47
2/6 Byte I/G 15/47
2/6 Byte I/G 15/47
4500/ 18000 Byte
INFO
4500/ 18000 Byte
INFO
4 Byte CRC
4 Byte CRC
1 Byte JK1JK1IE
1 Byte JK1JK1IE
1 Byte ACxxACxx
1 Byte ACxxACxx
Token
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PPPTMRRR Priority-Bits geben an, welche Priorität der Sende-Rahmen mindestens haben muß. Token-Bit ist beim Token-Frame=0 und beim Datenrahmen=1. Reservation-Bits erlauben einer Station ein Token mit bestimmter Priorität anzufordern.
FFZZZZZZ
Frame-Bits geben an, ob der Rahmen ein MAC-Steuer- oder ein Informationsrahmen ist. Z-Bit enthalten zusätzliche Informationen, wenn der Rahmen ein MAC-Rahmen ist.
I/G 15/47 Individual or Group-Address (I=0, G=1); 15 oder 47 Bit werden zur Adressierung verwendet.
JK1JK1IE
Bei einem Token-Frame sind I und E=0; In einem I-Frame bedeutet I=1: Erstrahmen, Folgerahmen und I=0: Einzelrahmen oder Letztrahmen. E-Bit zeigt dem Sender an, daß der Rahmen beim Empfänger fehlerhaft empfangen wurde.
ACxxACxx
A und C werden bei einem I-Frame durch die Sendestation auf 0 gesetzt. Stationen, die den I-Frame lesen, setzen das A-Bit auf 1. Stationen, die den Rahmen kopieren, setzen das C-Bit auf 1.
LAN / MAN
Token Bus: Das Prinzip
Physikalisch bestehen Token-Bus-Netze aus einer Bus- oder Baum-Struktur.
Die Stationen bilden einen logischen Ring. Dieser wird durch einen Management-Vorgang gebildet. Jede Station hat einen Predecessor (P) und Successor (S).
Modulator and
Interface Control
Coax Cable
Station A Station C
Station B
Station D
Logischer Ring
P: D
S: C
P: D
S: C P: A
S: B
P: A
S: B
P: C
S: D
P: C
S: D
P: B
S: A
P: B
S: A
Vorgänger
Nachfolger
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LAN / MAN
Token Bus: Das Prinzip /KOWALK94/, 149
Die physische Anschlußreihenfolge der Stationen am Bus ist sekundär. Die Sendeberechtigung (Token) wird zum Successor weiter gegeben, es sei denn, die
Station will selbst senden. Die Sendedauern der Stationen sind begrenzt (Fairneß). Dadurch kann man jeder
Station einen Mindestdatendurchsatz garantieren. Danach reicht die Station das Token weiter, und sie überwacht, ob entweder das Token
oder ein Datenrahmen auf dem Medium erscheint. Ist dies nicht der Fall, wird die Tokenübergabe wiederholt.
Reagiert der Successor dann immer noch nicht, sendet die Station einen „Who Follows“-Rahmen, mit der Adresse der ausgefallenen Station.
Alle Stationen empfangen diesen Rahmen. Sie vergleichen die Adresse mit der eigenen Predecessor-Adresse.
Die Station, die Identität feststellt, sendet als Reaktion einen „Set Successor“-Frame an die Station, die den „Who Follows“-Frame aussendete.
Beide Stationen tragen ihren neuen Nachbarn ein; die fehlerhafte oder nicht mehr vorhandene Station ist isoliert.
Bei Token-Bus gibt es nur einen Rahmentyp, der fast identisch mit dem Datenübertra-gungsrahmen beim Token-Ring-Verfahren ist.
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LAN / MAN
DQDB - Distributed Queue, Dual Bus IE3 802.6, ISO 8802.6
DQDB ist eine Technologie zur Verbindung von LANs einer Firma bzw. einer Region bzw. Stadt.
DQDB setzt sich begrifflich zusammen aus: – dem Medienzugriffsverfahren (MAC): Distributed Queue, – der Topologie: Dual Bus.
DQDB hat folgende Hauptmerkmale: – Das Netz besteht aus zwei unidirektionalen Bussystemen. – Die Übertragungsrichtungen sind gegenläufig. – Jede Station ist an beide Bussysteme angeschlossen:
• mit einem Receiver R, • mit einem Transmitter T, • mit einer Medienzugriffsteuerung.
– Die Übertragungsgeschwindigkeit auf dem Medium beträgt 44 Mbit/s bis 155 Mbit/s. – Das Zugriffsverfahren unterstützt:
• Isochrone Kommunikation, d.h. Stationen können zyklisch eine feste Übertragungszeit zugeteilt bekommen. Damit ist eine Echtzeitübertragung garantiert (wichtig für Sprache, Video).
• Asynchrone Kommunikation, Stationen nutzen das Übertragungsmedium nach bestimmten Prioritäten und unter Berücksichtigung der Wünsche aller anderen Stationen.
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LAN / MAN
DQDB: Applikationen
DQDB-LAN LAN LAN
LAN LAN
LAN LAN LAN LAN LAN LAN
LAN LAN
DQDB-MAN LAN LAN
LAN LAN LAN LAN LAN LAN
LAN LAN
Weitere
MAN
B-ISDN (WAN)
auf ATM-Basis
B-ISDN (WAN)
auf ATM-Basis
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LAN / MAN
DQDB: Prinzip
Head of Bus A
HOB A
Head of Bus B
HOB B
Access Control Unit Access Control Unit
R R T T
1
R R T T
1
Access Control Unit Access Control Unit
R R T T
1
R R T T
1
Access Control Unit Access Control Unit
R R T T
1
R R T T
1
Node 1 Node 2 Node N
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LAN / MAN
DQDB: Prinzip
Die Kopfstation erzeugt zu äquidistanten Zeitpunkten (125 µs) einen Rahmen, der dann z.B mit ~34 Mbit/s bzw. ~140 Mbit/s auf dem Medium übertragen wird.
Die Rahmenlänge wurde wie folgt festgelegt: – Vü=34 Mbit/s: 4296 bit/Frame,
– Vü=140 Mbit/s: 17408 bit/Frame.
Jede Station hat eine Routingtabelle, aus der hervorgeht, über welchen Bus (A- oder B-Bus) eine andere Station erreichbar ist: – Node 1 erreicht z.B. alle anderen Stationen über den A-Bus,
– Node 2 erreicht Node 1 über den B-Bus, alle anderen Nodes über den A-Bus usw.
Jeder Rahmen besteht aus: – dem Frame Header,
– 6 isochronen Slots bei 34 Mbit/s, bzw. 27 isochronen Slots bei 140 Mbit/s
– einem Stuffing Field zum asynchronen Zugriff nach festliegenden Regeln.
Berechnen Sie die exakten Übertragungsgeschwindigkeiten auf einem DQDB-Medium!
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LAN / MAN
DQDB: Rahmenaufbau
Slot 1 Slot 1 Header Header
125 µs
Slot 2 Slot 2 Slot 3 Slot 3 Slot 4 Slot 4 Slot i Slot i Slot 1 Slot 1 Slot 2 Slot 2 Slot 3 Slot 3 Slot 4 Slot 4 Slot k Slot k Trailer Trailer
Slots für isochronen Zugriff Slots für asynchronen Zugriff
1 Byte
ACF
1 Byte
ACF
4 Byte
SH
4 Byte
SH
1 Byte
ACF
1 Byte
ACF
4 Byte
SH
4 Byte
SH
ACF Access Control Field PH Payload Header PT Payload Trailer SH Slot Header
Jeder Subslot entspricht 64 kbit/s.
n*64 kbit/s erhält man durch Kanalbündelung
2 Byte
PH
2 Byte
PH
2 Byte
PT
2 Byte
PT
PA-Slot
QA-Slot
44 Byte
Payload
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48 Byte
LAN / MAN
DQDB: QA-Slot-Aufbau
QA-Slot-Aufbau
1 Bit Busy 1 Bit
Busy 1 Bit SLT 1 Bit SLT
1 Bit PSR 1 Bit PSR
3 Bit Request
3 Bit Request
2 Bit RSVD
2 Bit RSVD
ACF - Access Control Field
8 Bit Header check sequence (HCS) 8 Bit Header check sequence (HCS)
SH – Slot Header
1 Byte ACF 1 Byte ACF
4 Byte SH
4 Byte SH
2 Byte PH
2 Byte PH
2 Byte PT
2 Byte PT
44 Byte Payload
2
PH
2
PH
2
PT
2
PT
44 Byte
BOM
LLC-PDU
2
PH
2
PH
2
PT
2
PT
44 Byte
COM
2
PH
2
PH
2
PT
2
PT
44 Byte
EOM
Segmentierung einer LLC-PDU
PH – Payload Header
PT – Payload Trailer
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4 Bit VCI 4 Bit VCI
2 Bit Content type
2 Bit Content type
2 Bit Priority 2 Bit Priority
8 Bit Virtual circuit identifier (VCI) 8 Bit Virtual circuit identifier (VCI)
8 Bit Virtual circuit identifier (VCI) 8 Bit Virtual circuit identifier (VCI)
BOM - Beginning of Message COM - Continuation of Message EOM - End of Message
LAN / MAN
DQDB: QA-Slot-Aufbau
Das Access Control Field ACF: – Busy-Bit zeigt an, ob der Slot besetzt oder frei ist – SLT-Bit (Slot Type), – PSR-Bit (Previous Segment Received) – RSVD-Bits (Reserved) – Request-Bits, dienen zur Anforderung eines Slots (jedes Bit steht für eine Priorität)
Slot Header SH: – VCI, dient zur Angabe einer logischen Verbindungsnummer. Diese wird z.B. beim
Übergang in das B-ISDN verwendet und ist identisch mit dem VCI bei ATM (Asynchronous Transfer Mode). Mit Hilfe dieses ID werden netzweite Verbindungen geroutet.
– HCS, ist die Prüfsumme über den Kopf.
Schicht-2-PDUs (LLC-PDUs) werden in 44 Byte große Portionen eingeteilt: – die erste heißt BOM: Beginning of Message, – die nächsten heißen COM: Continuation of Message, – die letzte heißt EOM: End of Message. – PH (Payload Header) und PT (Payload Trailer) enthalten den Segmenttyp (BOM, COM,
EOM), eine Folgenummer, Angabe über die Länge des Informationsfeldes und eine Prüfsumme.
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LAN / MAN
DQDB: Medienzugriff
Subslots zur isochronen Übertragung werden bei der Kopfstation angefordert.
Asynchrone Datenübertragung wird durch ACU vereinfacht wie folgt gesteuert: – kommt ein Slot mit Busy-Bit=0 vorbei und ist der Wert des CD-Registers=0,
kennzeichnet sie den Slot als besetzt (Busy-Bit=1) und schreibt die Daten in die Payload.
– Das Schreiben geschieht durch ein logisches ODER, so das in den Nodes keine Verzögerungen durch das Einlesen vom und Rausschreiben auf den Bus entstehen.
– Ohne Vorkehrungen wären die Stationen bevorteilt, die näher am HOB angeschlossen sind. In der Kopfstation wird ja der Rahmen erzeugt und alle asynchronen Slots sind als frei markiert. Die erste Station könnte nun, wenn sie Bedarf hat, die gesamte Übertragungskapazität nutzen.
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LAN / MAN
DQDB: Medienzugriff
Die Fairneß beim Medienzugriff wird wie folgt geregelt: – jeder Knoten hat für jeden Bus einen Request-Counter RC und einen Countdown-
Counter CD – Will ein Knoten z.B. auf Bus A ein Segment übertragen, sendet er auf Bus B einen
Request an alle abwärts liegenden Knoten. Will eine Station auf dem B-Bus senden, wird der Request aufwärts über den A-Bus geschickt. Dazu wird ein Request-Bit im ACF genutzt.
– Jede Station, die einen Request auf Bus-B empfängt, inkrementiert RCA und umgekehrt.
– Jeder freie Slot, der an der Station auf dem A-Bus vorbeikommt, dekrementiert RCA. – Will eine Station senden, initiiert sie einen Request, kopiert den Zählerstand von RCA
in den Countdown Counter CDA und setzt RCA auf Null. – RCA arbeitet so weiter wie beschrieben. – Jeder vorbeikommende freie Slot auf dem A-Bus dekrementiert nun neben RCA auch
CDA. Ist CDA=0, hat der Knoten Sendeberechtigung, und er schreibt seine Daten slotweise auf den Bus.
– Negative Zählerstände gibt es nicht. Wenn also nichts los ist, stehen alle Zähler auf Null. Will ein Knoten senden, kann er in diesem Fall sofort beginnen.
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LAN / MAN
DQDB: Medienzugriff
HOB B
HOB A
R R T T
1
R R T T
1
Node i
CTA CTA
CTB CTB
CDA CDA
CDB CDB
R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload
R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload
Dec(CTA, CDA)=f(Busy=0)
Inc(CTB)=f(Request=1) Inc(CTA)=f(Request=1)
Dec(CTB, CDB)=f(Busy=0)
if CDA=0 „du darfst ... senden“
if CDB=0 „du darfst ... senden“
CT-Stand wird nach CD kopiert, CT auf Null gesetzt
3 Reservation-Bit im Access Control Field - ACF R
1 Busy-Bit im Access Control Field - ACF
B
QA-Slot j
QA-Slot i+1 QA-Slot i+2 QA-Slot i+3
QA-Slot j+1 QA-Slot j+2
QA-Slot i
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LAN / MAN
Literatur
158 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de
Fachbücher
/SIKORA/ Technische Grundlagen der Rechnerkommunikation, Fachbuchverlag Leipzig, 2003, ISBN 3-446-22455-6
/HALSALL96/ Data Communications, Computer Networks and Open Systems, Addison-Wesley, 1996, ISBN 0-201-42293-X
/HALSALL01/ multimedia communications, Addison-Wesley, 2001, ISBN 0-201-39818-4
/COMER/ Computernetze und Internets, Pearson Studium, 2002, ISBN 3-8273-7023-X
/KERNER/ Rechnernetze nach OSI, Addison-Wesley, 1993, ISBN 3-89319-632-3
/ZENKER/ Lokale Netze - Kommunikationsplattform der 90er Jahre, Addison-Wesley, 1993, ISBN 3-89319-567-X
/KOWALK/ Rechnernetze, Teubner, 1994, ISBN 3-519-02141-2
Taschenbuch
/STEIN/ Taschenbuch Rechnernetze und Internet, Fachbuchverlag Leipzig, 2004, ISBN 3-446-22573-0
Standards
/IEEE 802-2002/ IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks: Overview and Architecture
/IEEE 802.1F,H,D,G,./
IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - LAN/MAN Bridging & Management
/IEEE 802.2/ IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements - Part 2: Logical Link Control - LLC
/IEEE 802.3/
IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications
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