Date post: | 05-Apr-2015 |
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Thema 6: Ethernet, Fast- und Gigabit-Ethernet
Proseminar: Grundlagen der Telematik
18.07.2000
Juan C. Fries
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 2
Übersicht
1. Einleitung2. Ethernet3. Fast Ethernet4. Gigabit Ethernet5. Zusammenfassung
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 3
1. Kapitel
1. Einleitung2. Ethernet3. Fast Ethernet4. Gigabit Ethernet5. Zusammenfassung
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 4
Einleitung Netzwerk:
modulares, erweiterbares und anpassungsfähiges System
LAN = Local Area Network Woher der Name Ethernet?
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 5
Warum heißt es Ethernet? Ursprünglicher Name:
Alto Aloha Network (1972) Erfinder Metcalfe bei Xerox Äther zum Transport von Bits
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 6
2. Kapitel
1. Einleitung2. Ethernet3. Fast Ethernet4. Gigabit Ethernet5. Zusammenfassung
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 7
Geschwindigkeit der Datenübertragung: 10 Mbit/s
Kabelvarianten: Thick-Ethernet Thin-Ethernet 10Base-T-Ethernet (Twisted-Pair)
Längenbeschränkungen
Ethernet
Koaxialkabel
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 8
Verschiedene Kabeltypen
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 9
Koaxialkabel
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 10
Thick-Ethernet-Kabel 10Base5-Koax / Yellow-Cable
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 11
Aufbau vonThick-Ethernet-LANs
Wichtig: 50 Abschlusswiderstand
TCR TCR TCR TCR TCR
Wichtig: 50 Abschlusswiderstand
File-Server
TCR: Transceiver
max. 500 m Länge
mind. 2,5 m
max. 50 m
DECSUNUNIXAIX
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 12
Transceiver Kombination aus Transmitter (Sender)
und Receiver (Empfänger) und bedeutet soviel wie Sende- und Empfangseinheit.
mechanisch-elektrische Ankopplung eines Transceivers über einen TAP-Anschluss
Die Anbringung eines Transceivers kann während des Netzwerkbetriebes erfolgen.
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 13
Aufgaben des Transceivers Weiterleitung von kodierten bitseriellen
Datenströmen auf das Koaxialkabel Gewährleistung einer repeaterfreien
Signalisierung bis zu einer Übertragungsstecke von 500 m
Empfangen von bitseriellen Datenströmen vom Koaxialkabel
Kollisionserkennung Carrier Sense Unterstützung einer Datenrate von 10 Mbit/s
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 14
Netzwerkadapter Station im lokalen Netzwerk Kommunikationssoftware für
untere OSI-Transportschichten Protokollsoftware auf Netzwerk-
Controller implementiert, um Workstation zu entlasten
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 15
Thin-Ethernet-Kabel 10Base2-Koax
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 16
Aufbau von Thin-Ethernet-LANs
50 Abschluss- widerstand
aka Cheapernetverwendet das
CSMA/CD-Zugriffsverfahren
mind. 0,5 m
File-Server
50 Abschluss- widerstand
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 17
Kollisionsbehandlung mittels CSMA/CD-Methode sendewillige Station überwacht Bus
Bus frei: Übertragung beginnt (jedoch frühestens 9,6 µs (interframe) nach Freiwerden).
Bus belegt: Bus wird weiter überwacht bis nicht mehr als belegt erkannt, wenn wieder frei -> Übertragung beginnt.
Während der Übertragung wird der Bus weiter abgehört
Senden zwei Stationen gleichzeitig, tritt eine Kollision auf
1. Übertragung wird sofort abgebrochen und ein spezielles Störsignal (jamming signal) auf den Bus geschickt
2. Nach Aussenden des Störsignals wird eine bestimmte Zeit (Backoff) gewartet -> maximal 16 Sendeversuche (backoff limit)
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 18
CSMA/CD-Zugriffsverfahren
Stationsendebereit
Stationsendebereit
Kanalabhören
(1)
Kanalabhören
(1)
(6) Warten gemäßBackoff-Strategie
(6) Warten gemäßBackoff-Strategie
SendevorgangabgeschlossenSendevorgangabgeschlossen
Daten senden undKanal abhören (4)Daten senden undKanal abhören (4)
Störsignalsenden (5)Störsignalsenden (5)
keine Kollision
bei Kollision
= Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
neuer Versuch
Kanal besetzt (3)
Kanal frei (2)
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Aufbau von 10Base-T LANs
Twisted Pair
RJ-45 Anschluss
Concentrator/Hub
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 20
UTP
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 21
Twisted-Pair-Stecker
RJ45-Stecke
rVerdrillte
Kabel (twisted)
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 22
STP
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 23
Glasfaserkabel
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 24
Ethernet-Längenrestriktionen
Kabelbezeichnungmax.
Segmentlänge
10Base5-Koaxkabel
500 m
10Base2-Koaxkabel
185 m
10BaseT-Twisted-Pair
100 m
10BaseF-Glasfaser 2000 m
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 25
Ethernet Frame Format
Präambel: Muster: 101010...10dienen zur Taktsynchronisation des Empfängers
Pad: 1 oder 0 byte zum Auffüllen auf gerade Anzahl bytes
Präambel Zieladresse Quelladresse Länge Protokol Header, Daten und Pad
IEEE 802.3 Frame
min. 64 bytesbytes 8 6 6 2 0-1500
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 26
Ethernet Frame Format
IEEE Ethernet DIX Ethernet (II)
Präambel Zieladresse Quelladresse Länge Protokol Header, Daten und Pad
Bytes 8 6 6 2 0-1500
IEEE 802.3 Frame
Präambel Zieladresse Quelladresse Typ Protokol Header, Daten und Pad
DIX Ethernet Frame
min. 64 k
Bytes 8 6 6 2 0-
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3. Kapitel
1. Einleitung2. Ethernet3. Fast Ethernet4. Gigabit Ethernet5. Zusammenfassung
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100 Mbit/s (statt 10 Mbit/s) Kabelvarianten:
Twisted-Pair-Kabel Glasfaserkabel
Längenrestriktionen Kompatibilität Ethernet – Fast
Ethernet
Fast Ethernet
sternförmigeVerkabelung
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 29
Fast Ethernet 100Base-T kann einfach und
schnell in bestehende 10Base-T-Umgebungen eingefügt werden
automatische Erkennung der Netzwerkgeschwindigkeit durch Auto-Negotiation (aka NWay)
max. 2 Repeater zwischen Sendestationen und Empfängerstation
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 30
Fast Ethernet Kabel
Kabeltyp max. Segmentlänge
Verkabelung
100Base-TX 100 m 2-paarig (Cat. 5) UTP/STP
100Base-T4 100 m 4-paarig (Cat. 3, 4, 5) UTP
100Base-FX 400 m Glasfaser
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 31
KompatibilitätEthernet – Fast-Ethernet
AnwendungAnwendung
ManagementManagement
CSMA/CDCSMA/CD
AUI InterfaceAUI Interface
AnwendungAnwendung
ManagementManagement
CSMA/CDCSMA/CD
MII InterfaceMII Interface
Thick Koax10Base5Thick Koax10Base5
Thin Koax10Base2Thin Koax10Base2
Glasfaser10Base-FGlasfaser10Base-F
2-Paar Cat. 3, 4, 5 UTP10Base-T
2-Paar Cat. 3, 4, 5 UTP10Base-T
Glasfaser100Base-FXGlasfaser100Base-FX 4-Paar Cat. 3,
4, 5 UTP/STP100Base-TX
4-Paar Cat. 3,4, 5 UTP/STP100Base-TX2-Paar Cat. 5
UTP/STP100Base-TX
2-Paar Cat. 5UTP/STP100Base-TX
keine Änderung
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 32
4. Kapitel
1. Einleitung2. Ethernet3. Fast Ethernet4. Gigabit Ethernet5. Zusammenfassung
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 33
Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet Standard IEEE 802.3z
erlaubt half- und full-duplex Operationen bei 1000 Mbit/s
verwendet das 802.3 Ethernet Frame Format
verwendet das CSMA/CD-Zugriffsverfahren
abwärtskompatibel zu 10Base-T und 100Base-T
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 34
CSMA/CD-Zugriffsverfahren
Stationsendebereit
Stationsendebereit
Kanalabhören
(1)
Kanalabhören
(1)
(6) Warten gemäßBackoff-Strategie
(6) Warten gemäßBackoff-Strategie
SendevorgangabgeschlossenSendevorgangabgeschlossen
Daten senden undKanal abhören (4)Daten senden undKanal abhören (4)
Störsignalsenden (5)Störsignalsenden (5)
keine Kollision
bei Kollision
= Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
neuer Versuch
Kanal besetzt (3)
Kanal frei (2)
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 35
Kollisionsbehandlung Jede Station muss eine Kollision beim
Aussenden des kleinsten Paketes erkennen. Die benötigte Zeit, um von einem Netzwerk-
Ende bis zum anderen Netzwerk-Ende und zurück zu gelangen, nennt man die Signallaufzeit (Round Trip Delay).
Die Signallaufzeit ist von der Paketgröße und von der Übertragungsgeschwindigkeit abhängig.
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 36
Problem: Kollisionserkennung Die maximale Signallaufzeit von Gigabit
Ethernet schränkt die Ausdehnung des Netzes auf 10 Meter ein, wenn Kollisionserkennung noch möglich sein soll
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 37
Lösung: Frame Extensions (auch Carrier Extensions) jede Station sendet eine Mindestzeit lang, bis an
jeder Stelle des Netzwerksegments ausreichend bits angekommen sind
wenn ein Datenpaket kleiner als 512 byte ist, werden einfach unsinnige Daten übertragen, die bereits nicht mehr zum ursprünglichen Datenpaket gehören:
Frame Extensions (auch Carrier Extensions) sind spezielle Symbole, die nicht mit Daten oder mit Frame-Informationen verwechselt werden können.
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 38
5. Kapitel
1. Einleitung2. Ethernet3. Fast Ethernet4. Gigabit Ethernet5. Zusammenfassung
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 39
Vorteile des Gigabit Ethernet Optimale Lösung für hohe
Leistungen bei geringen Kosten Kompatibilität zu Ethernet und Fast
Ethernet Investitionsschutz für Komponenten,
Betriebssysteme und Anwendungen Quality of Service (QoS) / Class of
Service
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 40
Warum?
Ausblick
10 Gigabit Ethernet= 10 000 Mbit/s
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 41
„Weil man niemals zu reich oder zu dünn sein oder zu viel Bandbreite haben kann“ (Som Sikdar, CTO von nCore Networks)
Datenverkehr zwischen 1990 und 1998 um Faktor 400 gestiegen
1000-facher Datenverkehr erwartet
10 Gigabit Ethernet
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 42
10 Gigabit Ethernet Vorbereitung auf Multi-Gigabit-
Netze bereits in diesem Jahr erste Tests von 10 Gigabit Ethernet
in den kommenden 8 Monaten Voraussichtlich bereits 2001 auf
dem Markt IEEE 802.5ae
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 43
Danke!Ende
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Noch Fragen?
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18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 46
I. Anhang
1. Einleitung2. Ethernet3. Fast Ethernet4. Gigabit Ethernet5. ZusammenfassungI. Vergleiche
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QoS des Gigabit Ethernet Quality of Service (QoS) / Class of
Service Resource Reservation Protocol (RSVP) IEEE 802.1p Priority Functions IEEE 802.3x Flusskontrolle auf der
Verbindungsebene Prioritätssteuerung für IP-
Datenströme
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 48
Nachteile des Gigabit Ethernet Nachteile
reine LAN-Technologie nicht besonders attraktiv für
vehemente Token-Ring-Anwender
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 49
FDDI-LANs FDDI = Fibre Distributed Data Interface Token Ring mit 100Mbit/s
entwickelt für hohe Bandbreite und reines Glasfasersystem
mittlerweile auch UTP möglich (aber mit geringerer Längenausdehnung)
auf 100 km bis zu 500 Stationen möglich max. Entfernung zweier Stationen: 2 km häufiger Einsatz in leistungsfähigen Backbones
(UTP/STP)
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 50
Konzeption des FDDI-LANs Zur Überbrückung von
Leistungsfehlern aus zwei Ringen konzipiert Primärring Sekundärring
als Backup-Ring oder zur Kapazitätssteigerung (Dual-MAC)
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 51
ATM ATM = Asynchronous Transfer Mode Vorteile
ATM sehr gut für LAN- und WAN-Integration geeignet
QoS qualifiziert ATM, Video, Sprache und Daten gleichzeitig zu übertragen
Isochrone und Echtzeit-Kommunikation
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 52
ATM Nachteile
sehr komplex hoher Schulungsaufwand ATM muss sichtbar für Anwendungen
werden z. Zt. geringes Interesse am Einsatz
von Sprachübertragung über ATM im LAN
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 53
Token Ring-LAN sternförmig IBM Token-Ring (IEEE 802.5) IBM-Verkabelungssystem
unterschiedliche technische und physikalische Eigenschaften für vorgesehene Einsatzbereiche optimale Einsatzbedingungen gewährleisten
einzelne Systeme über unterschiedl. Kabeltypen miteinander verknüpft und dazu noch unterschiedliche Steckdosen
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 54
Beispiele für Token-Ring-LANs Beispiele bei IBM:
IBM 3600/4700: Klinkenstecker IBM 5250: Twinax-Kabel mit
Spezialsteckern 3270-Welt: Bildschirme und Drucker
über BNC-Kabel angeschlossen 8100 oder 4300: Ringleitungssysteme
mit Spezialsteckern
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 55
VergleichFunktionen Gigabit
EthernetFast Ethernet
ATM FDDI
IP kompatibel
Ja Ja RFC 1577 oder LANE; MPOA
Ja, 802.1h
Ethernet Pakete
Ja Ja Ja, aber Änderungen in den Applikationen nötig
Ja
Quality of Service
Ja, mit RSVP und 802.1p
Ja, mit RSVP und 802.1p
Zuordnung von 802.1p zu SVC
Ja, mit RSVP und 802.1p
VLANs mit 802.1Q/p
Ja Ja Benötigt Zuordnung von SVC zu 802.1Q
Ja
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 56
Weitere Informationen http://www.ieee.org http://www.gigabit-ethernet.org http://www.10gea.org http://www.uwsg.iu.edu/usail/exter
nal/ethernet/ethernet-guide.html
http://www.seas.upenn.edu/~ross/applets/daniel_brushteyn/enet.html (CSMA/CD Simulation)
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 57
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 58
Sondermüll Aus Vortrag entfernte Folien Bildersammlung
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 59
Längenrestriktionen für 100Base-T-Ethernet
Grafik Zenk99 4.19
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 60
FDDI-Ring-Topologie
Klasse A Klasse A?
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 61
Gigabit Ethernet
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Begriffe/Glossar LAN = Local Area Network
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 63
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 64
Hub Hub, auch Multiport-Repeater
genannt Aufgabe, Netzwerksignale für
viele Benutzer (4, 8 oder sogar 24 Benutzer) auf Bit-Ebene zu verstärken und zu synchronisieren. Den dafür verwendeten Vorgang nennt man Konzentration. Wenn mehrere Geräte (z. B. Hosts) mit einem gemeinsam benutzten Gerät (z. B. einem Server) verbunden werden sollen und dieser Server nur über eine Netzwerkkarte verfügt, können Sie einen Hub einsetzen
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 65
Repeater Ein Repeater verstärkt und
synchronisiert Netzwerksignale auf Bit-Ebene
neu. Repeater können als Singleport-Repeater
reine Ein- oder Ausgangsgeräte sein.
Mittlerweile haben sich jedoch stapelbare (modulare) bzw.
Multiport-Repeater durchgesetzt, die auch Hubs
genannt werden. Repeater werden im OSI-Modell
der Schicht 1 zugeordnet, da sie nur auf Bit-
Ebene arbeiten und keine anderen Daten
auswerten.
Realplayer Video
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 66
Router Ein Router überprüft eingehende
Datenpakete, wählt den besten Pfad innerhalb des
Netzwerks und leitet sie dann zum korrekten Ausgangs-
Port weiter. Router sind die wichtigsten Geräte zur
Regulierung des Datenverkehrs in großen
Netzwerken. Durch sie kann jeder Computer, der über die
geeigneten Protokolle verwendet, mit einem
beliebigen Computer auf der ganzen Welt (oder
darüber hinaus) kommunizieren! Sie erfüllen
über diese Grundfunktionen hinaus auch noch viele
andere Aufgaben.
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 67
Kollisionen Wenn zwei Bits sich gleichzeitig in einem Netzwerk bewegen, kann es zu einer
Kollision kommen. Bei relativ kleinen und langsamen Netzwerken könnte ein System verwendet
werden, bei dem immer nur zwei Computer miteinander kommunizieren und sich gegenseitig abwechseln, damit sich immer nur ein Bit im System befindet. Da Netzwerke jedoch in der Regel aus vielen Computern bestehen und jede Sekunde Milliarden von Bits verarbeitet werden müssen, müssen wir uns die Frage stellen, was passiert, wenn sich zwei Bits gleichzeitig auf einem Draht bzw. einer Glasfaser oder auf derselben drahtlosen Frequenz befinden. In der Realität befinden sich niemals zwei einzelne Bits auf einem Draht, sondern immer Pakete aus vielen Bits.
Schwerwiegende Probleme können aufgrund von zu viel Datenverkehr auf einem Netzwerk auftreten.
Wenn zwischen den einzelnen miteinander verbundenen Geräten eines Netzwerks nur ein Kabel verläuft oder Segmente eines Netzwerks nur durch nicht filternde Geräte (etwa Repeater) miteinander verbunden sind, kann dies dazu führen, dass mehrere Benutzer versuchen, gleichzeitig Daten über das Netzwerk zu senden. Bei Ethernet kann sich immer nur ein Datenpaket in der Leitung befinden. Wenn mehrere Knoten gleichzeitig versuchen, Daten zu übertragen, tritt eine Kollision
auf. Das bedeutet, dass die Daten der verschiedenen Geräte sich gegenseitig beeinträchtigen und beschädigt werden. Der Netzwerkbereich, aus dem die Datenpakete stammen und in dem die Kollision stattfindet, wird als Kollisionsdomäne bezeichnet.
Damit wird die Gesamtheit der Umgebungen mit einem gemeinsamen Übertragungsmedium bezeichnet, in denen Kollisionen auftreten. Ein Kabel kann beispielsweise über Patch-Kabel, Transceiver, Rangierfelder, Repeater und sogar Hubs mit einem anderen Kabel verbunden werden. Trotz all dieser Verbindungen der Schicht 1 ist die Gesamtheit der Verkabelung eine Kollisionsdomäne. Im weiteren Verlauf des Curriculums werden wir uns mit dem Begriff "Kollisionsdomäne" ausführlicher befassen.
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 68
Kollisionen Beide Pakete werden Bit für Bit "zerstört",
und es muss ein Verfahren zur Handhabung der Konkurrenz um das Medium (auch Contention genannt) implementiert werden. Das digitale System kann nur zwischen zwei Zuständen für Spannung, Licht oder elektromagnetische Wellen unterscheiden. Bei einer Kollision tritt Interferenz zwischen den Signalen auf, d. h. sie kollidieren miteinander. Ähnlich wie sich auch zwei Autos nicht gleichzeitig an ein und derselben Stelle auf einer Straße befinden können, ist dies auch bei zwei Signalen nicht möglich. Dies würde zu einer Kollision führen. Die Pakete werden Bit für Bit zerstört.
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 69
CSMA/CD
18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries 70
Netzwerkadapterkarte