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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
20%
80%Workgroup
20%
80%Backbone
80-20-Regel
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Topologie-Übersicht
Bus Ring Stern
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Anzahl der Kommunikationsteilnehmer
Unicast:one-to-oneKommunikation
Multicast:one-to-manyKommunikation
Anycast:one-to-nearestKommunikation
M
M
M
A
A
A
U
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Philosophenmodell mit drei Schichten
Philosophenschicht
Übersetzerschicht
Technikschicht – reale Übertragung
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
ISO-Schichten7. Application
6. Presentation
5. Session
4. Transport
3. Network
2. Data Link
1. Physical
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
Anw
endu
ngT
rans
port
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Bytedarstellung nach Prozessortyp
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Nutzdaten vs. Overhead
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Analoge Übertragung
Zeit
Spannung in Volt
Amplitude
Periode
Frequenz = 1 / Periode
Phase
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Signalerkennung
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Bedeutung des Abtastzeitpunktes
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Codierungsverfahren
0 1 1 1 1 1 0 1 0
Daten
Manchester
NRZI
MLT-3
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Primärverkabelung
Lichtwellenleiterkabel für den Backbonebereich
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Sekundärverkabelung
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Tertiärverkabelung
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Strukturierte Verkabelung
1 Primärbereich2 Sekundärbereich /Vertikalverkabelung3 Tertiärbereich / Horizontalverkabelung
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Distributed und Collapsed Backbone
Tertiärverkabelung
Primärverkabelung
Tertiärverkabelung
Primärverkabelung
Sekundärverkabelung
Distributed Backbone Collapsed Backbone
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Glasfaseraufbau
primary Coating
secondary Coating
Cladding
Core
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Unterschiedliche Glasfaserkabel
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Multimode-Stufenfaser
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Multimode-Gradientenfaser
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Aufbau eines Kupferkabels mit 8 Adern
Category 5
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
+
+
T
R250Mb/S
R
250Mb/ST
T
R250Mb/S
R
250Mb/ST
T
R250Mb/S
R
250Mb/ST
T
R250Mb/S
R
250Mb/ST
+
+1 GBit/s
Übertragung auf 4 Paaren
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Ethernet-Entwurf R.Metcalfe
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Ethernet-Entwurf
Transgener
TAP
Interface cable
Interface
Controller
Station
Terminator
The Ether
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
Ziel-MAC-Adresse6 Bytes
Quell-MAC-Adresse6 Bytes
Typ2 Bytes
Daten46 bis 1500 Bytes
Prüfsumme4 Bytes
Präambel8 Bytes
Ziel-MAC-Adresse6 Bytes
Quell-MAC-Adresse6 Bytes
Typ2 Bytes
Daten46 bis 1500 Bytes
Prüfsumme4 Bytes
Frame 1 Frame 2
IFG
20 Bytes Abstand zwischen zwei Frames = Interframe Gap
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
CSMA
sende-
willig
ja
nein
Datensende
n
Medium
frei?
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
CSMA/CD
sende-willig
ja
nein
Datensenden
Mediumfrei?
ja
nein
Versanderfolgreic
h
Mediumfrei?
Störsignalsenden
Warten
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
CSMA/CD Zusammenfassung
Quelle: Bildungsinitiative Networking
Übertragungskapazität
Paketanzahl pro Sekunde
Framegröße (Bytes)
64 128
256
512
768
1024
1280
1518
14,880
8,445
4,528
2,3491,586 1,197 961 812
0
2,000
4,000
6,000
8,000
10,000
12,000
14,000
16,000
18,000
Bedeutung der IFG
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
10Base 5 Architektur
1 2 3
Abschluss-widerstand
Koaxial-kabel
min. 2.5 m
maximale Segmentlänge 500 m
Dropkabelmax. 50 m
TransceiverAUI
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
10Base 2 Architektur
1 2 3
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
AB
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
10Base T Architektur
ServerPCs
100 m
100 m
100 m
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
Kein Wechsel
Migration: Ethernet zu Fast Ethernet
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
Kein Wechsel
Kompatibel CSMA/CD MAC
Management
Anwendungen
Wahlmöglichkeit
Shielded Twisted Pr(1000BaseCX)
Kurz WL Optics(1000BaseSX)
Twisted Pair(1000BaseT)
Lang WL Optics(1000BaseLX)
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
ELFEXT-Werte
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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*
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
64B/66B PCS64B/66B PCS
WISWIS
PMAPMA
PMDPMD
8B/10B PCS8B/10B PCS
PMAPMA
PMDPMD
MDIMDI
MDIMDI
MDIMDI
10GBASE -R10GBASE -W
10GBASE -X
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
DATEN
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
DATEN
DATEN
DATEN
Paketschichtung
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
Daten
Flags
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
TCP-Verbindungsaufbau
SYN(Kann ich mit Dir sprechen?)
SYN, ACK(Sicher, was gibt‘s?)
ACK, Daten (Gut, ich höre Dich, blabla ..)
FritzHanna
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
TCP-Verbindungsabbau
FIN(Das ist genug für heute, bye
FIN, ACK(OK, tschüss!)
FIN(Verbindung geschlossen)
FritzHanna
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
IP-Adressbeispiel 1
Verwaltung
EDV- Abteilung
Geschäftsleitung
2.1
1.1
3.1
3.250 3.10-3.49
1.250 1.10-1.24
2.250 2.10-2.59
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Netzwerk- und Hosteinteilung der Adressklassen
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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)
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Host-Adressen
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Version Klasse Flow Label
Nutzlastlänge Nächster Header
Hop Limit
128 Bit Quelladresse
128 Bit Zieladresse
IPv6-Header
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Adressklassen für IPv6
Link -LocalUnique-LocalGlobal
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Kommunikationspartner
Home Agent
Foreign Agent
Mobiler RechnerDreiecksverbindung
Kommunikation in Mobile IPv6
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Broadcastdomäne
Kollisionsdomäne
1 2
3 4
Layer 2-Switches trennen Kollisions- aber keineBroadcastdomänen
Broadcast- und Kollisionsdomäne
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Quelle: Bildungsinitiative Networking
Cut-Through-Verfahren
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Store-and-Forward-Verfahren
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
MAC Adresse: 0002.ABCD.EF12
E0 E6
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
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
PC 1
PC 2
Switch 2
Switch 3 Switch 1
Redundante Switches
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Redundante Bridges
Redundante Bridges
Station A
Station B
Segment A
Segment B
Bridge 1
1/1
1/2
2/1
2/2
Bridge 2
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Router 1
Router 2
Station A Station B
Station C
Station D
Routerszenario
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Routingablauf
Netz B Netz CE0S0 S0 S1 S0
NetzNetz InterfaceInterface NetzNetz InterfaceInterface NetzNetz InterfaceInterface
E0
Router1 Router2 Router3
AA E0E0BB S0S0
BBCC
S0S0S1S1
CCDD
S0S0E0E0
AA S0S0 BB S0S0
AA S0S0DD S1S1S0S0DD
S0S0CC
Netz A Netz D
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
C
[120/3]
Ethernet0
Ethernet0
Ethernet0
Ethernet0
Ethernet0
Ethernet0
Ethernet0
Ethernet0
Netzwerk InterfaceNächster
Hop Metrik Alter Port
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
B
C
D
A E
Netzwerk1 unerreichbar
Alternativroute:Netzwerk 1, Hops 3
Alternativroute:Netzwerk 1, Hops 4
Netzwerk 1ausgefallen
Routingschleife
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
IPS: SenderD: ZielTTL=1
S: Router AD: SenderTTL expired
Sender Router A Router B Ziel
Sender Router A Router B Ziel
TTL=0
TTL=0TTL=1
IPS: SenderD: ZielTTL=2
IPS: SenderD: ZielTTL=1
S: Router BD: SenderTTL expired
S: Router BD: SenderTTL expired
TTL-Ablauf
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
MIB-Baum
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Serverplatzierung
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
TV&
FMRadio
MobileTelefonie
Mikrowellen-ofen
Röntgen-bilder
Wireless-Spektrum
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Access Point
54 Mbit/s BandbreiteCSMA/CA
Access Point
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Kanalüberlappung
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Channel 1
Channel 6
Channel 11
Channel 1
Channel 6
Channel 11
Channel 11
Channel 1
Channel 6
Channel 11
Kanalabdeckung
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Medium belegt nächster Frame
zufälligerBackoff-MechanismusDIFS
SIFS
PIFS
DIFS
Wartezeit
WLAN-Zeitspannen
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
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
1
2
3
WLAN-Paketformat
Wolfgang Riggert, Rechnernetze, 4. Auflage, Carl Hanser 2012
Initialisierungsvektor = 24 Bit Zufallszahl IV
Schlüssel40 oder 104 Bit
Klartext
kombinieren RC4-Algorithmus
IntegritätsalgorithmusPrüfsummenberechnung
kombinieren
XOR
IV
Schlüsseltext
WEP-Funktion