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Vernetzte IT-Systeme4. Direktverbindungsnetze
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke
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Vernetzte IT-Systeme4. Direktverbindungsnetze4.1 Ethernet Grundlagen
Prof. Dr. Volkmar Langer
Florian Schimanke
Direktverbindungsnetzwerk
Direktverbindungsnetze 3
Eine Idee wird vierzig: 22. Mai 2013 – 40 Jahre Ethernet
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14
Direktverbindung – Shared Media
Wie wird der Zugriff auf das Medium geregelt?
– Medienzugriffssteuerung– Fairness: Durchsatz und Verzögerung– Kodierung und Framebildung– Zuverlässigkeit und Fehlererkennung– …
Direktverbindungsnetze 4
Protokoll: CSMA/CD
Direktverbindungsnetze 5
1
2
3
CScarrier sense
1
2
3
MAmultiple access
1
2
3
CDcollision detection
Ethernet-Algorithmus
Direktverbindungsnetze
Station ist sendebereit
Medium abhören
Daten übertragen und Medium
abhören
Übertragung beendet
Backoff Time abwarten
Übertragung abbrechen u. Jam-
Signal senden
Medium frei?
Kollision entdeckt
?
6
Einordnung ins ISO/OSI-RM Layer 2 - Ethernet
Differenzierung in Sublayern
Übertragungsmedium
Bitübertragungs-schicht
Sicherungsschicht
Vermittlungsschicht
Transportschicht
Sitzungsschicht
Darstellungsschicht
Anwendungsschicht
2a: MAC medium access control
2b: LLC logical link control
Logische Verbindungssteuerung
Medien Zugriffssteuerung
Ethernetframe II nach IEEE 802.3
SOFPräambel Bitfolge 10101010…10101011; Synchronisation und Frameanfang
Zieladresse Quelladresse MAC – Adressen von Empfänger und Sender
Typ Typ-Feld zur Identifizierung der Layer 3 Protokolle – z.B. ARP, IP, usw.
Daten… ggf. Pad 46-1500 Bytes Daten, die ggf. durch Pad 0…45 aufgefüllt werden
FCS Frame check sequence: CRC32 – Checksummenbildung, Fehlererkennung
Präambel Zieladresse Quelladresse
Typ Daten… ggf. Pad FCSSOF
7 + 1 Byte 6 + 6 Byte 2 Byte 46- 1500 Byte 4 Byte
MAC Adressen – IEEE 802.3
weltweit eindeutige Identifikation des Netzwerkadapters
6 Byte (48 Bit) lang
Darstellung byteweise hexadezimal
00-60-2F-B2-95-5A
Hersteller-Kennung
(hier Cisco)
Adressen224
~16,7 Millionen
Unicast und Broadcast
Bsp. Broadcast: ARP 60 Who has 192.168.2.15? Tell 192.168.14.191
Bsp. Unicast HTTP 969 GET /wiki/Wikipedia: Hauptseite HTTP/1.1
Vernetzte IT-Systeme4. Direktverbindungsnetze4.2 Ethernet Technologien
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Florian Schimanke
Ethernet - ursprünglich
Transceiver
Bus-abschluss
Yellow Cable (thick Coaxial)max. 500m
Bus-abschluss
10 Base 510Mbps
Basisband(digital)
500m Segmentlänge
Ethernet heute – switched Ethernet
x Base T/SX/LXxMbps
Basisband(digital)
Twisted Pair/LWL
Ethernet Evolution
EthernetEvolutionEthernetEvolution
StandardEthernetStandardEthernet
FastEthernetFastEthernet
GigaEthernetGigaEthernet
Ten-GigaEthernetTen-GigaEthernet
10 Mbps 100 Mbps 1 Gbps 10 Gbps
100-GigaEthernet100-GigaEthernet
100 Gbps
Ethernet im IEEE Komitee
802.1.
802.2.
802.3. 802.4. 802.5. 802.6.
802.1. Higher Layer Interface Standard ( OSI, X.25 )
802.2. Logical Link Control ( LLC )
802.3. CSMA/CDCSMA/CD
802.4. Tokenbus
802.5. Token Ring
802.6. DQDB ( Distributed Queue Double Bus )
Ethernet im IEEE Komitee
802.3 Ethernet
802.3u Fast Ethernet
802.3z Gigabit Ethernet
802.3an 10 Gigabit Ethernet (BaseT)
802.3ae 10 Gigabit Ethernet (Base SR,LR – LWL)
802.3ba-2010 40 GBE, 100 GBE Standards
802.3bq 40GBASE-T (2014)
…
http
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ww
.ieee
802.
org/
http://www.ieee802.org/3/
Ethernet vom LAN zum Carrier
Met
ro E
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net F
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Sta
nd 1
8.08
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4
Vernetzte IT-Systeme4. Direktverbindungsnetze
4.3 Funknetze
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Entfernungsklassen bei Funknetzen
Mbit/s
1000
100
10
1
WPAN WLAN WMAN WWAN
~ 10m ~ 100m ~ 50 km ~ 30km
IEEE802.15 IEEE802.11 IEEE802.16 3GPP
Bluetooth3.0
2.0
WiFi802.11n
802.11a/g
802.11b
WiMax802.16m
802.16e
802.16-2004
4G
LTE(3,9G)
3G+(HSPA)
3G (UMTS)
WLAN – OSI Schichten
„Übertragungsmedium“
Bitübertragungs-schicht
Sicherungsschicht
Vermittlungsschicht
Transportschicht
Sitzungsschicht
Darstellungsschicht
Anwendungsschicht
802.11 Media Access Control
LLC logical link control
802.11Infrarot
802.11FHSS*
802.11DSSS*
802.11 Physical Layer Convergence Protocol (PLCP)
*FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum*DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum
WLAN – Standards
Standard Jahr FrequenzGHz
Reichweite (innen/außen)
Datenrate Mbit/s
802.11 1997 2,4 20/100m 2
802.11b 1999 2,4 40/140m 11
802.11g 2003 2,4 40/140m 54
802.11a/h 1999/2003 5 35/120m 54
802.11n 2009 2,4/5 70/250m 600
Vgl. IEEE 802.11 Working Group for WLAN, http://www.ieee802.org/11/ , Stand 20.8.2014
WLAN – Topologien
Ad-hoc-Netzwerke BSS Basic Service Set Infrastructure
Access Point
Switch
ESS Extended Service Set Infrastructure
Access Point WLC
Access Point
Access Point
Switch
Herausforderung – technische Dimension
Herausforderung – Ausleuchtung
Bild
HS
W, W
LAN
Sig
nald
ämpf
ung,
21.
08.2
014
Herausforderung – Datenschutz
Verschlüsselungsstandard WiFi Protected Access2: WPA2
2004, WiFi Alliance
basiert auf AES (Advanced Encryption Standard)
IEEE 802.11 Standard (Revision, 2007)
Vgl. AirTight, http://www.airtightnetworks.com/WPA2-Hole196 , Stand 21.08.2014
IEEE 802.11ac/ad
802.11n 802.11ac 802.11ad
max. Übertragungsrate 600 Mbit/s 3,2 Gbit/s 7 Gbit/s
max. Reichweite ca. 100m ca. 50m ca. 10m
Frequenzband 2,4/5 GHz 5 GHz 60 GHz
max. Sende/Empfangseinheiten
4 x 4 8 x 8 1
Antennentechnik MIMO MU-MIMO Beamforming
max. Kanalbreite 40 MHz 160 MHz 2 GHz
Modulationsverfahren QAM-64 QAM-256 QAM-64
Vgl. IEEE 802.11 Working Group for WLAN, http://www.ieee802.org/11/ , Stand 20.8.2014
Quellenhinweise
[1] J. Scherff: Grundkurs Computernetze. Eine kompakte Einführung in die Netzwerk- und Internet-Technologien, 2., überarbeitete und erweiterte Auflage 2010, Wiesbaden: Vieweg + Teubner Verlag.
[2] M. Sauter: Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme. Von UMTS und HSDPA,GSM und GPRS zu Wireless LAN und Bluetooth Piconetzen, 3., erweiterte Auflage 2008, Wiesbaden: Vieweg + Teubner Verlag.
[3] BSI, Sichere Nutzung von WLAN (ISi-WLAN), BSI-Leitlinie zur Internet-Sicherheit (ISi-L), Version 1.0, 2009, https://www.bsi.bund.de/SharedDocs/Downloads/DE/BSI/Internetsicherheit/isi_wlan_leitlinie_pdf.pdf?__blob=publicationFile , Stand 20.8.2014
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