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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15.

8.20

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)

…

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802.

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http://www.ieee802.org/3/

Ethernet vom LAN zum Carrier

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4

Vernetzte IT-Systeme4. Direktverbindungsnetze

4.3 Funknetze

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Florian Schimanke

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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