Folien zum Buch Rechnernetze 4. aktualisierte Auflage Hanser, 2012 Wolfgang Riggert

Folien zum Buch Rechnernetze 4. aktualisierte

Auflage Hanser, 2012Wolfgang Riggert

Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012

• Serverbandbreite und –geschwindigkeit steigen

• Latenzzeit-Reduktion• Multimedia-Anwendungen• Multicast-Anwendungen

80%Workgroup

80%Backbone

80-20-Regel

Topologie-Übersicht

Bus Ring Stern

Anzahl der Kommunikationsteilnehmer

Unicast:one-to-oneKommunikation

Multicast:one-to-manyKommunikation

Anycast:one-to-nearestKommunikation

Philosophenmodell mit drei Schichten

Philosophenschicht

Übersetzerschicht

Technikschicht – reale Übertragung

ISO-Schichten7. Application

6. Presentation

5. Session

4. Transport

3. Network

2. Data Link

1. Physical

ISO-/OSI-Referenzmodel

7. Application

6. Presentation

5. Session

4. Transport

3. Network

2. Data Link

1. Physical

Anwendung

Darstellung

Sitzung

Transport

Netzwerk

Leitung/Sicherheit

Bitübertragung

Vergleich ISO-Referenzmodell – DoD-Modell

Anwendung

Sitzung

DarstellungProzess/

Anwendung

Transport

Netzwerk

Sicherung/Leitung

Bitübertragung

Host-to-Host

Internet

Netzwerkzugang

OSI-Modell DOD-Modell NetzwerkFunktion

• Anwendung• Benutzerschnittstelle

• Garantierte Zustellung

• „Routing“ zwischen Netzwerken

• Physikalische Verbindung zwischen zwei Punkten

Bytedarstellung nach Prozessortyp

Nutzdaten vs. Overhead

Analoge Übertragung

Spannung in Volt

Amplitude

Periode

Frequenz = 1 / Periode

Signalerkennung

Bedeutung des Abtastzeitpunktes

Codierungsverfahren

0 1 1 1 1 1 0 1 0

Manchester

Primärverkabelung

Lichtwellenleiterkabel für den Backbonebereich

Sekundärverkabelung

Tertiärverkabelung

Strukturierte Verkabelung

1 Primärbereich2 Sekundärbereich /Vertikalverkabelung3 Tertiärbereich / Horizontalverkabelung

Distributed und Collapsed Backbone

Tertiärverkabelung

Primärverkabelung

Tertiärverkabelung

Primärverkabelung

Sekundärverkabelung

Distributed Backbone Collapsed Backbone

Glasfaseraufbau

primary Coating

secondary Coating

Cladding

Unterschiedliche Glasfaserkabel

Multimode-Stufenfaser

Multimode-Gradientenfaser

Aufbau eines Kupferkabels mit 8 Adern

Category 5

R250Mb/S

250Mb/ST

R250Mb/S

250Mb/ST

R250Mb/S

250Mb/ST

R250Mb/S

250Mb/ST

+1 GBit/s

Übertragung auf 4 Paaren

Ethernet-Entwurf R.Metcalfe

Ethernet-Entwurf

Transgener

Interface cable

Interface

Controller

Station

Terminator

The Ether

Ethernet V2

Präambel8 Bytes

Ziel-MAC-Adresse6 Bytes

Quell-MAC-Adresse6 Bytes

Typ2 Bytes

Daten46 bis 1500 Bytes

Prüfsumme4 Bytes

Minimale Framegröße : 64 Bytes – Maximum 1518 Bytes

Präambel8 Bytes

Typ2 Bytes

Prüfsumme4 Bytes

Präambel8 Bytes

Typ2 Bytes

Prüfsumme4 Bytes

Frame 1 Frame 2

20 Bytes Abstand zwischen zwei Frames = Interframe Gap

sende-

willig

Datensende

Medium

CSMA/CD

sende-willig

Datensenden

Mediumfrei?

Versanderfolgreic

Mediumfrei?

Störsignalsenden

Warten

CSMA/CD Zusammenfassung

Quelle: Bildungsinitiative Networking

Übertragungskapazität

Paketanzahl pro Sekunde

Framegröße (Bytes)

64 128

14,880

2,3491,586 1,197 961 812

10,000

12,000

14,000

16,000

18,000

Bedeutung der IFG

10Base 5 Architektur

Abschluss-widerstand

Koaxial-kabel

min. 2.5 m

maximale Segmentlänge 500 m

Dropkabelmax. 50 m

TransceiverAUI

10Base 2 Architektur

Abschluss-widerstandKoaxial-

kabelmin. 0.5 m

maximale Segmentlänge 185 m

AnschlussBNC-Stecker

5-4-3 Regel

Diese Regel beschreibt die max. Netzausdehnung des Ethernets : 5 Segmente können durch 4 Repeater/Hubs verbunden werden, wobei nur drei Segmente Host aufnehmen dürfen.

500 m 500 m

2500 m

10Base T Architektur

ServerPCs

100 Mbps MAC (Media Access Control)802.3 CSMA/CD Ethernet

MII (AUI Äquivalent)

100BaseTX

2-Paar CAT5

2-Paar STP

100BaseT4

4-Paar CAT3

4 und 5 UTP

100BaseFX

MultimodeGlasfaser

Fast Ethernet : Medienunterstützung

Coax(10Base5)

Coax(10Base2)

Fiber(10BaseF)

TP - (10BaseT)(Cat 3, 4, 5)

Wahlmöglichkeit

Ethernet

CSMA/CD MAC

Anwendungen

Management

Vier Paar UTP (100BaseT4) (Cat 3, 4, 5)

Fiber(100BaseFX)

2 Paar UTP, STP(100BaseTX) (Cat 5)

Wahlmöglichkeit

Fast Ethernet

CSMA/CD MAC

Management

AnwendungenKein Wechsel

Kein Wechsel

Migration: Ethernet zu Fast Ethernet

Übergang von Fast-Ethernet zu Gigabit-Ethernet

Vier Paar UTP (100BaseT4) (Cat 3, 4, 5)

Fiber(100BaseFX)

2 Paar UTP, STP(100BaseTX) (Cat 5)

Wahlmöglichkeit

Fast Ethernet

CSMA/CD MAC

Management

Anwendungen

Gigabit Ethernet

Kein Wechsel

Kompatibel CSMA/CD MAC

Management

Anwendungen

Wahlmöglichkeit

Shielded Twisted Pr(1000BaseCX)

Kurz WL Optics(1000BaseSX)

Twisted Pair(1000BaseT)

Lang WL Optics(1000BaseLX)

ELFEXT-Werte

Gigabit-SchichtendiagrammGigabit-Ethernet

IEEE 802.3

1000BaseSXIEEE 802.3z

1000BaseLXIEEE 802.3z

1000BaseCXIEEE 802.3z

1000BaseTIEEE 802.3ab

MM LWL850 nm

MM LWL1300 nm

SM LWL1300 nm

Twinax STP150 Ohm

Kat . 5100 Ohm

50 µm500 m*550 m*

62,5 µm220 m*275 m*

50 µm550 m*

62,5 µm550 m*

9/10 µm3000 m*

2 Paare25 m*

4 Paare100 m*

10-Gigabit-Schichten

MAC (Media Access Control )Reconciliation Sublayer (RS)

MAC (Media Access Control)Reconciliation Sublayer

XGMII (10 XGMII (10 Gigabit Gigabit Media Media Independant Independant InterfaceInterfaceXGMII (10 XGMII (10 Gigabit Gigabit Media Media Independant Independant InterfaceInterface

64B/66B PCS64B/66B PCS

PMAPMA

PMDPMD

WISWIS

PMAPMA

PMDPMD

PMAPMA

PMDPMD

MDIMDI

10GBASE -R10GBASE -W

10GBASE -X

IPv4-Header

0 4 8 16 31

Version IHL Type of Service Paketlänge (in Bytes)

Identifikation Flags Fragmentation Offset

Time to Live Protokoll Header Prüfsumme

Quell- IP Adresse

Ziel-IP Adresse

Optionen Padding

ARP-Paketaufbau

Operation codeARP request = 1ARP reply = 2RARP request = 3RARP reply = 4

0 4 8 16 31

Hardware-Adresse

Protokoll-Adresse

Hardwareadresslänge in Byte

Hardware- und Protokolladresse des Senders

Operation Code

Protokolladresslänge in Byte

Hardware- und Protokolladresse des Empfängers

Die Hardware Adresse entspricht der MAC-Adresse,die Protokolladresse der IP-Adresse

EthernetHeader

IP Header TCP/UDPHeader DATEN

Anwendungsschicht(Telnet, FTP etc.)

Transportschicht(TCP, UDP)

Netzwerkschicht(IP)

Verbindungsschicht(Ethernet, TR etc.)

IP Header TCP/UDPHeader

TCP/UDPHeader

Paketschichtung

TCP Header

0 4 8 16 31

Destination TCP Port NummerSource TCP Port Nummer

Sequenz Nummer

Acknowledgement Nummer

Offset Reserviert Window Größe

Optionen Padding

TCP Prüfsumme Urgent Pointer

TCP-Verbindungsaufbau

SYN(Kann ich mit Dir sprechen?)

SYN, ACK(Sicher, was gibt‘s?)

ACK, Daten (Gut, ich höre Dich, blabla ..)

FritzHanna

TCP-Verbindungsabbau

FIN(Das ist genug für heute, bye

FIN, ACK(OK, tschüss!)

FIN(Verbindung geschlossen)

FritzHanna

IP-Adressbeispiel 1

Verwaltung

EDV- Abteilung

Geschäftsleitung

3.250 3.10-3.49

1.250 1.10-1.24

2.250 2.10-2.59

IP-Adressbeispiel 2

lokalerRouter

Unterneh-mensnetz

• 140.25.32.0• 140.25.64.0

• 140.25.96.0• 140.25.128.0• 140.25.160.0

• 140.25.192.0• 140.25.224.0

Internet

Ein bekanntes Netz, sieben Subnetze

Netzwerk- und Hosteinteilung der Adressklassen

IP-Adresshierarchie

• Netzwerk-ID = Identifikation des physikalischen Netzwerkes• Host-ID = Identifikation des Rechners am Netzwerk

Netzwerk der Firma XY (Netzwerk-ID)

Rechner des Mitarbeitersder Firma XY (Host-ID)

Host-Adressen

IP-Header-Veränderungen

0 Bit 31

Ver IHL Gesamtlänge

Flags Fragment Offset

32 Bit Quell - Adresse

32 Bit Ziel - Adresse

4 8 2416

Service Type

Optionen und Padding

Time to Live Header PrüfsummeProtokoll

entferntgeändert

Identifikation

Version Headerlänge Dienstgüte Paketlänge in Byte

Identifikation Flags Fragment Offset

Time to Live Protokoll Headerprüfsumme

Quell-IP-Adresse

Ziel-IP-Adresse

Optionen Padding

Nutzdaten

IPv4-Header

Version Klasse Flow Label

Nutzlastlänge Nächster Header

Hop Limit

128 Bit Quelladresse

128 Bit Zieladresse

IPv6-Header

IPv6 HeaderNext Header = TCP

TCP Header und Daten

IPv6 HeaderNext Header = Routing

Routing HeaderNext Header = TCP

TCP Header und Daten

IPv6 HeaderNext Header = Routing

Routing HeaderNext Header =Fragment

Fragment HeaderNext Header = TCP

Fragment of TCP Header und Daten

Extension Header

Adressklassen für IPv6

Link -LocalUnique-LocalGlobal

Kommunikationspartner

Home Agent

Foreign Agent

Mobiler RechnerDreiecksverbindung

Kommunikation in Mobile IPv6

Broadcastdomäne

Kollisionsdomäne

Layer 2-Switches trennen Kollisions- aber keineBroadcastdomänen

Broadcast- und Kollisionsdomäne

Quelle: Bildungsinitiative Networking

Cut-Through-Verfahren

Store-and-Forward-Verfahren

MAC Adresse: 0002.ABCD.EF12

Switching Tabelle

MACAddress

AAAA.1111.BBBB Ethernet 10

3215.2511.AFFC Ethernet 5

0001.2345.6789 Ethernet 0

3005.6798.AA05 Ethernet 0

0002.ABCD.EF12 Ethernet 6

0005.3ADB.1112 Ethernet 6

Frame Paket

Destination0002.ABCD.EF12

OutputInterface

MAC Adresse: 0001.2345.6789

Switchingablauf

Switch 2

Switch 3 Switch 1

Redundante Switches

Redundante Bridges

Station A

Station B

Segment A

Segment B

Bridge 1

Bridge 2

Router 1

Router 2

Station A Station B

Station C

Station D

Routerszenario

Routingablauf

Netz B Netz CE0S0 S0 S1 S0

NetzNetz InterfaceInterface NetzNetz InterfaceInterface NetzNetz InterfaceInterface

Router1 Router2 Router3

AA E0E0BB S0S0

S0S0S1S1

S0S0E0E0

AA S0S0 BB S0S0

AA S0S0DD S1S1S0S0DD

S0S0CC

Netz A Netz D

Routingtabelle

198.113.181.0 [170/304793]192.150.42.177 02:03:50 D

198.113.178.0

192.168.96.0

192.168.97.0

[110/9936]192.150.42.177 02:03:50 O

192.150.42.177 00:00:20 R

[120/3]

Ethernet0

Netzwerk InterfaceNächster

Hop Metrik Alter Port

Netzwerk1 unerreichbar

Alternativroute:Netzwerk 1, Hops 3

Alternativroute:Netzwerk 1, Hops 4

Netzwerk 1ausgefallen

Routingschleife

IPS: SenderD: ZielTTL=1

S: Router AD: SenderTTL expired

Sender Router A Router B Ziel

TTL=0TTL=1

S: Router BD: SenderTTL expired

TTL-Ablauf

Switch-Router-Taxonomie

Routeeverywhere

Route once,switch afterwards

Switch where you can,route where you must

Switch everywhere

Layer 3Routing

Layer 3Cut-Through

Layer 2/3 VLAN-Switching

Layer 2Switching

KostenKostenKontrolleKontrolle

MIB-Baum

Serverplatzierung

Wellenlänge

Frequenz [Hz]102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014

Wellenlänge

Frequenz [Hz]102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018

3000 km 30 km 300 m 3 m 3 cm 30 nm 0.3 nm

NF-Bereich

HF-Bereich

Mikrowellen-bereich

OptischerBereich

Röntgen/Gamma-bereich

AnalogeTelefonie

AM-Radio

FMRadio

MobileTelefonie

Mikrowellen-ofen

Röntgen-bilder

Wireless-Spektrum

Access Point

54 Mbit/s BandbreiteCSMA/CA

Access Point

Kanalüberlappung

Channel 1

Channel 6

Channel 11

Channel 1

Channel 6

Channel 11

Channel 1

Channel 6

Channel 11

Kanalabdeckung

Medium belegt nächster Frame

zufälligerBackoff-MechanismusDIFS

Wartezeit

WLAN-Zeitspannen

Rechner 1

Access Point 1

Rechner 2

Access Point 21 2 3

Frame Control

Duration Access Point 1 Rechner 1 Rechner 2 Sequence Control

Frame Control

Duration Access Point 2 Access Point 1 Rechner 2 Sequence Control

Rechner 1

Frame Control

Duration Rechner 2 Access Point 2 Access Point 2 Sequence Control

Rechner 1

WLAN-Paketformat

Initialisierungsvektor = 24 Bit Zufallszahl IV

Schlüssel40 oder 104 Bit

Klartext

kombinieren RC4-Algorithmus

IntegritätsalgorithmusPrüfsummenberechnung

kombinieren

Schlüsseltext

WEP-Funktion

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