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Teil 4<br />
Local Area Networks<br />
(LANs)<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 1<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Klassifikation Netzwerke<br />
Primär nach Ausdehnung:<br />
Local Area Network (LAN)<br />
Metropolitan Area Netzwork (MAN)<br />
Wide Area Network (WAN)<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 2<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Local Area Network<br />
kommt häufig vor<br />
Kenndaten/Anforderungen<br />
– Hoher Durchsatz<br />
– relativ geringe Kosten<br />
– nur für kurze Distanzen<br />
– verwendet meist Shared Medium<br />
Lokalitätsprinzip<br />
Ein Computer kommuniziert hauptsächlich mit Computern<br />
in seiner unmittelbaren Nähe.<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 3<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Topologie (von Netzen)<br />
Anordnung der Stationen im Netz<br />
==> Verbindungen zwischen Stationen<br />
Grundtypen (besonders im LAN)<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 4<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Stern-Topologie<br />
zentrale Komponente oft als Hub bezeichnet<br />
jeder Computer hat eigene Leitung zum Hub<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 5<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Ring-Topologie<br />
keine zentrale Einheit<br />
Teilnehmer durch Verbindungen aufgefädelt<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 6<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Bus-Topologie<br />
Teilnehmer hängen an gemeinsamer Bus-Leitung<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 7<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Beispiel für Bus-Netzwerk: Ethernet<br />
Äußerst populär<br />
weit verbreitet<br />
IEEE standard 802.3<br />
mehrere Generationen<br />
– Gleiches bzw. sehr ähnliches Frame-Format<br />
– verschiedene Datenraten<br />
– verschiedene Verkabelungsschemata<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 8<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Zugriff auf Shared Medium<br />
Shared Medium wird für alle Übertragungen<br />
verwendet<br />
==> gleichzeitig kann nur eine Station senden<br />
==> Sender nutzen Medium hintereinander, wechseln<br />
sich ab<br />
Zugriffsverfahren / Media Access Control (MAC)<br />
garantiert Fairness beim Zugriff<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 9<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Beispiel für Übertragung bei Ethernet<br />
nur EINE Station sendet gleichzeitig<br />
Signal breitet sich über ganzes Kabel aus<br />
alle Stationen hören Nachricht<br />
Zugriffsverfahren bei Ethernet: CSMA/CD<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 10<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Multiple Access (MA)<br />
CSMA/CD<br />
– jeder Computer an gemeinsame Leitung angeschlossen<br />
– alle verwenden gleiches Zugriffsverfahren<br />
Carrier Sense (CS)<br />
– sendewillige Station wartet auf Freiwerden der Leitung<br />
trotzdem kann gleichzeitiges Senden passieren :-(<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 11<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
CSMA/CD<br />
(Fortsetzung)<br />
Gleichzeitig gesendete Frames<br />
– überlagern sich: Kollision<br />
CSMA mit Collision Detection (CD)<br />
– Sender hört Medium auch während Übertragung ab<br />
– bricht Sendung bei Kollision ab und wiederholt<br />
– Algorithmus zum Vermeiden wiederholter Kollisionen:<br />
Exponential Back Off<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 12<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
ei Kollision<br />
Exponential Back Off<br />
– warte zufällige Zeit t i bei i-ter Wiederholung<br />
0
Identifizierung von Stationen<br />
Frame wird von allen Stationen (am shared Medium)<br />
gehört<br />
Sender spezifiziert Empfänger<br />
– durch eindeutige Nummer<br />
– genannt Adresse<br />
– jeder Frame enthält (zumindest) Adresse des Empfängers<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 14<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Adressen in Ethernet<br />
standardisiert durch IEEE<br />
jede Station bekommt eindeutige Adresse (48 bit)<br />
Adresse hart in Netzwerkkarte (network interface<br />
card, NIC) codiert<br />
– vgl. zB http://coffer.com/mac_find/<br />
...<br />
00000C Cisco<br />
00000E Fujitsu<br />
00000F NeXT<br />
000010 Hughes LAN Systems (formerly Sytek<br />
000011 Tektronix<br />
...<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 15<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Adresserkennung in Ethernet<br />
jeder Frame enthält Zieladresse<br />
alle Stationen empfangen alle gesendeten Frames,<br />
ignorieren aber fremde Frames<br />
Prüfen der Adressen erfolgt<br />
durch Hardware, nicht Software!<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 16<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Arten von Zieladressen<br />
Frame wird gesendet an<br />
– eine bestimmte Station: unicast<br />
– alle Stationen im Netzwerk: broadcast<br />
– Teilmenge der Stationen: multicast<br />
je nach Art verschiedene Adressen<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 17<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Broadcast bei Ethernet<br />
Broadcast-Adresse: ff:ff:ff:ff:ff:ff<br />
Sender<br />
– stellt Broadcast-Adresse im Frame ein<br />
– sendet EIN Exemplar des Frames<br />
– alle Stationen empfangen Kopie<br />
Empfänger akzeptiert immer Frames mit<br />
– eigener Unicast-Adresse<br />
– der Broadcast-Adresse<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 18<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Multicast bei Ethernet<br />
Hälfte der möglichen Adressen reserviert für Multicast<br />
NIC<br />
– akzeptiert immer Unicast und Broadcast<br />
– zusätzlich 0 oder mehrere Multicast-Adressen<br />
Software<br />
– bestimmt zu akzeptierende Multicast-Adresse(n)<br />
– gibt diese an NIC weiter<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 19<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Promiscuous Mode<br />
spezielle Betriebsart für NICs:<br />
entworfen für Test und Analyse<br />
NIC akzeptiert alle frames<br />
für die meisten NICs verfügbar<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 20<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Header<br />
Frame Format (allgemein)<br />
– enthält Adressen und Typ-Information<br />
– immer gleich<br />
Payload<br />
– zu übertragende Daten<br />
– meist variable Länge<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 21<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Sender platziert<br />
Beispiel: Ethernet Frame<br />
– seine Adresse in Source<br />
– Empfangsadresse in Destination<br />
– Typ in Frame Type (für Demultiplexing)<br />
– CRC<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 22<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Frame Typen in Ethernet (Auszug)<br />
0000-05DC reserviert für IEEE LLC/SNAP<br />
0800 Internet IP Version 4<br />
0805 CCITT X.25<br />
0900 Ungermann-Bass Corporation network debugger<br />
0BAD Banyan Systems Corporation VINES<br />
1000-100F Berkeley UNIX Trailer encapsulation<br />
6004 Digital Equipment Corporation LAT<br />
6559 Frame Relay<br />
8005 Hewlett Packard Corporation network probe<br />
8008 AT & T Corporation<br />
8014 Silicon Graphics Corporation network games<br />
80D5 IBM Corporation SNA<br />
8137-8138 Novell Corporation IPX<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 23<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Falls Netzwerk-Hardware (Frame)<br />
Zwei Alternativen<br />
kein Typ-Feld hat ...<br />
– Implizite Vereinbarung<br />
– Explizit<br />
d.h. auf einen einzigen Typ für Datenteil einigen<br />
d.h. Typinformation am Beginn des Datenteils plazieren<br />
die meisten Systeme verwenden Typinformation<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 24<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Verkabelungsarten für Ethernet<br />
Varianten (gängige)<br />
– verschiedene Generationen<br />
10Base5 (yellow cable, thick Ethernet)<br />
10Base2 (thin Ethernet)<br />
10Base-T (twisted pair Ethernet)<br />
100Base-X Fast Ethernet, 4B/5B block encoding<br />
– 100Base-TX (twisted pair)<br />
– 100Base-FX (fibre)<br />
1000Base-X Gigabit Ethernet, 8B/10B block encoding<br />
– 1000Base-LX, 1000Base-SX (LWL) Gigabit Ethernet<br />
1000Base-T (twisted pair)<br />
– alle verwenden gleiches/ähnliches Format für Frames<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 25<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Das Original: 10Base5<br />
Verwendet wenig flexibles Koaxialkabel<br />
Anschluß über AUI-Kabel<br />
(attachment unit interface)<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 26<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Multiplexing bei Yellow Cable<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 27<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Die 2. Generation: 10Base2<br />
Dünneres wesentlich flexibleres Kabel<br />
bei offener Verlegung: Probleme da leicht<br />
unterbrechbar<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 28<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Moderne Ethernet-Verkabelung<br />
Stern, mit Hub als Verteiler<br />
verwendet twisted pair Kabel<br />
10Base-T, 100Base-TX, (1000Base-T)<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 29<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Ethernet-Verkabelung in Büros<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 30<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Konflikt<br />
Anmerkung zur Topologie<br />
– ursprüngliche Form von Ethernet ist Bus-Topologie<br />
– moderne Form ist aber Stern<br />
Unterscheidung<br />
– Physische Topologie (hier Stern)<br />
– Logische Topologie (hier Bus)<br />
10Base-T als star-shaped bus<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 31<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Fast Ethernet<br />
Schnelles Ethernet<br />
– arbeitet mit 100 Mbps<br />
– offizieller Name 100Base-TX<br />
– 10/100 Ethernet-Geräte verfügbar (auch mit auto sensing)<br />
Gigabit Ethernet<br />
– arbeitet mit 1000 Mbps<br />
– teuer<br />
– Ausführungen<br />
1000Base-T: twisted pair<br />
1000Base-LX, 1000Base-SX: LWL<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 32<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Ring-Topologie<br />
Etwas weniger verbreitet als Bus<br />
Frames wandern in eine Richtung<br />
mehrere Technologien<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 33<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Zugriffsverfahren: Token Passing<br />
verwendet bei Ring-Topologie<br />
garantiert fairen Zugriff<br />
Token<br />
– spezielle Nachricht<br />
– sehr kurz (wenige bits)<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 34<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Das Token-Passing-Paradigma<br />
sendewillige Station<br />
– wartet auf Erhalt des Token<br />
– überträgt dann einen Frame im Ring<br />
– gibt anschließend Token weiter (an nächste Station)<br />
falls keine Station senden will<br />
– Token zirkuliert kontinuierlich im Netz<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 35<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Token Passing (genauer)<br />
Station wartet vor dem Senden auf Erhalt des Token<br />
Signal geht um den ganzen Ring<br />
Sender empfängt eigene Nachricht<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 36<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Stärken und Schwächen von Token<br />
Passing mit Ring<br />
Vorteil<br />
– deterministisches Verhalten<br />
– einfache Fehlererkennung<br />
gebrochener Ring<br />
Hardware fällt aus<br />
Nachteil<br />
– ganzer Ring steht still wenn eine Leitung defekt ist<br />
– Punkt-zu-Punkt-Verkabelung<br />
aufwändig<br />
Hinzufügen und Entfernen von Stationen aufwändig<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 37<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Ausfallssicherheit in FDDI<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 38<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Lokale Netze<br />
Zusammenfassung<br />
– ausgelegt für kurze Enfernungen<br />
– verwenden shared Medium<br />
– verschiedene Technologien<br />
Topologie: Struktur des Netzes<br />
– Bus, Ring, Stern<br />
Adressen<br />
– eindeutige Nummer, einer Station zugeordnet<br />
– im Header von Frames enthalten<br />
– behandelt durch Hardware<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 39<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
Arten von Adressen<br />
Zusammenfassung 2<br />
– Unicast, Broadcast, Multicast<br />
Typ-Information<br />
– beschreibt Struktur von Payload<br />
– eingestellt durch Sender, untersucht durch Empfänger<br />
Frame-Format<br />
– Header enthält Adresse und Typ<br />
– Payload nimmt Daten auf<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 40<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
LAN-Technologien<br />
– Ethernet (Bus)<br />
– IBM Token Ring<br />
– FDDI (Ring)<br />
Verkabelungsschema<br />
Zusammenfassung 3<br />
– Unterscheidung in logische und physikalische Topologie<br />
– mit Hub entstehen<br />
Star-shaped bus<br />
Star-shaped ring<br />
NET 2, Teil 4 - Local Area Networks 41<br />
Gerhard Jahn, SS 2004
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