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Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 1 The diagram.. was drawn by Dr. Robert.

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1 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 1 The diagram.. was drawn by Dr. Robert M. Metcalfe in 1976 to present Ethernet to the National Computer Conference in June of that year.

2 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 2 Inhalt Historie, Standards, Begriffe Übertragungsmedien Topologien Protokoll Zugriffsverfahren, Kollisionsbewältigung

3 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 3 Was ist Ethernet ? Das Ethernet ist ein bestimmter Typ eines lokalen Netzwerkes (LAN), das von Robert Metcalfe 1972 im berühmten PARC- Forschungszentrum von Xerox in Palo Alto entwickelt wurde. Von den Firmen Intel, DEC und Xerox wurde inzwischen ein gemeinsamer Standard erarbeit, der in der IEEE-Norm festgelegt wurde.

4 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 4 Historie 1969 entwickelt der Student Robert Metcalfe (gründet Com) für DEC einen Host Interface Controller für DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) 1970 wird an der Universität Hawaii das ALOHA-Netz (Mehrfachzugriffsprotokoll) entwickelt und erprobt 1972 wurde die Idee vom XEROX Palo Alto Research Center aufgegriffen (Metcalfe arbeitet dort). Das Projektziel lautete: experimental Ethernet

5 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 5 Historie 1976 werden die Ergebnisse des Projektes veröffentlicht. Die Firmen DEC, Intel und Xerox schliessen sich zusammen zur Firmen- gruppe DIX und führen Ethernet zur Produktreife wird die Ethernet-Version 1.0 verabschiedet Normungsbemühungen durch IEEE und im wesentlichen wird die Ethernet-Spezifikation übernommen Veröffentlichung der Ethernet-Version weltweite Anerkennung des Ethernet-Standard als ISO/DIS 8802/3

6 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 6 Historie 1986 Veröffentlichung des 10Base2- und 10BroadT-Standards 1987 Standardisierung der 10BaseT-Spezifikation 1991 Veröffentlichung des 10BaseF-Standards 1994 über Hersteller unterstützen global das Ethernet- Verfahren 1995 Normung des 100-Mbit/s Ethernets 1997 Normungsbemühungen des Gigabit-Ethernet und Präsentation der ersten Produkte noch vor der Standardisierung

7 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 7 Zugriffsverfahren: CSMA/CD Station ist sendebereit Ether abhören Senden der Daten und abhören des Ethers Warten gemäß Back-Off- Algorithmus Kanal belegt Kollision entdeckt Kanal frei Jam-Signal senden keine Kollision neuer Versuch

8 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 8 Back-Off Algorithmus Fand eine Kollision statt, senden die Station nach einer bestimmten Zeit nochmal. Nach der ersten Kollision stehen 2 verschiedene Zeiten zur Verfügung, aus denen zufällig eine ausgewählt wird. Übertragungswahrscheinlichkeit 50% Nach der zweiten aufeinanderfolgenden Kollision stehen 4 verschieden Zeiten zur Verfügung, aus den eine zufällig ausgewählt wird. Übertragungswahrscheinlichkeit 75%

9 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 9 Truncated Binary Exponential Back-Off-Algorithmus Anzahl der Wartezeiten, aus denen zufällig auswählt wird % 75% 87,5% 93,75% 96,88% 98,44 99,22% 99,61% 99,80% 99,90%

10 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 10 Welche Wartezeiten werden verwendet ? Es werden fache der zweifachen max. Signallaufzeit zw. den entferntesten Stationen + Offset verwendet. Beim 10 Mbit/s Ethernet heißt das: Die Wartezeit wird auch als Kollisionsfenster, der Offset (9,6µs) als Gap bezeichnet. Erst nachdem die Zeit des Kollisionsfensters vergangen ist, ist sichergestellt, daß es zu keiner Kollision mehr kommt. Station 1Station 2 25,6µs 51,2µs

11 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 11 Beispiel Nach der ersten Kollision wählen die sendewilligen Stationen eine zufällige Wartezeit von entweder 9,6µs oder 9,6µs plus 51,2µs (Dauer des Kollisionsfensters). Bedingung: Nur zwei beteiligte Stationen, es kommen während der Kollisionsbewältigung keinen neuen Stationen hinzu. Wartezeit(A)Wartezeit(B)Übertragung 9,6µs9,6µsNEIN 9,6µs9,6µs+51,2µsJA 9,6µs+51,2µs9,6µsJA 9,6µs+51,2µs9,6µs+51,2µsNEIN

12 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 12 Verzögerung in Abhängigkeit der Netzwerkauslastung Verzögerung 20 %40 %30 %10 %50 %60 %70 %80 % Netzwerkauslastung niedrig hochHoher Durchsatz Beginnende Probleme Overload

13 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 13 Ethernet Adresse Auch "MAC-Adresse" Weltweit eindeutige Kennung eines Adapters Festgebrannt im ROM, nicht änderbar Sechs Byte, verschlüsseln Hersteller, Adapter-Modell, Seriennummer des Exemplars Auslesbar mit verschiedenen Hilfsprogrammen z.B. WINIPCFG

14 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 14 Ethernet-Adresse WIN-NT: ipconfig /all

15 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 15 Ethernet-Telegramm PreambleSFDDASALENFCSPad Data >=46 4 PreambleDASATypeFCSPad Data >=46 4 Ethernet II DIX Frame: IEEE Frame:

16 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 16 Ethernet Telegramm Preamble Vorspann, besteht aus dem Bitmuster und dient der Bit- Synchronisation des Empfängers. SFD (Start Frame Delimiter) Startzeichen, besteht aus dem Bitmuster und zeigt dem Empfänger, daß ab jetzt die Informationen des Empfängers folgen. DA (Destination Address) Empfängeradresse, wird vom Adressfilter des Empfängers ausgewertet, nur für ihn bestimmte Pakete werden an die Kommunikationssoftware weitergeleitet. SA (Source Address) Absender Addresse LEN (Length) Gibt nach IEEE die Länge des folgenden Datenfeldes in Bytes an.

17 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 17 Ethernet Telegramm Data und Pad Das Datenfeld darf 46 bis 1500 Nutzdatenbytes enthalten. Sind weniger als 46 Datenbytes vorhanden, ergänzt der Ethernet-Controller selbstständig Füllbytes (Padding Bytes) bis die Gesamtzahl (Data + Pad) 46 beträgt. Diese Mindestlänge ist notwendig, damit das CSMA/CD-Verfahren einwandfrei arbeitet. Das Datenfeld kann völlig frei genutzt werden, es muß nur vollständige Bytes enthalten. FCS (Frame Check Sequence) Prüfzeichen, entspricht dem Polynom-Divisionsrest, der sich durch Anwendung des CRC-Verfahrens (Cyclic Redundancy Check) auf die Bitsequenz von den Adressfeldern bis einschließlich des Pad-Feldes ergibt Beim Auftreten eines Fehlers wird das Paket ignoriert, d.h. nicht an die Anwendungssoftware weitergeleitet.

18 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 18 Ethernet TCP/IP Ethernet- Header Ethernet-DATAFCS IP- Header IP-DATA IP-Paket TCP- Header TCP-DATA TCP- Segment Ethernet- Paket LAYER 7 Modbus etc.

19 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 19 Ethernet Topologien

20 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 20 Ethernet Medien

21 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 21 Bezeichnung der Kabelsysteme Bsp.:10base5 –10Übertragungsrate in MBit/s –baseBase oder Broadband –5Segmentlänge in 100m UTPunshielded twisted pair STPshielded twisted pair S/STP screened shielded twisted pair

22 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 22 Ausdehnung Die Ausdehnung hängt vom verwendeten Medium und der Übertragungsrate ab, hier einige Beispiele: –10base5Segment: 500m Gesamt: 2500m (mit 4 Repeatern) –100baseTX UTPHub-Station: 100m –100baseFXHub-Station: 400m 25km (bei Monomodefaser) –1000baseSXHub-Station:550m

23 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 23 Repeater / Hub Repeater Hub

24 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 24 Bridge A B C D EF

25 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 25 Switch = Multiport Bridge Bridge Switch

26 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 26 Hub - Switch Switch A B C D E F G H Hub A B C D E F G H A B C D E F G H Zeit

27 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 27 Eigenschaften der Switches Cut-Trough Switch –keine Kontrolle der Datenrahmen Store-and-Forward –Kontrolle der Datenrahmen Gleiches Ziel –interner Kurzzeitspeicher –Datenrahmen verwerfen oder Kollision wird erzeugt Broadcast Meldungen –gehen an alle Stationen (z.B. ARP), daher bringt der Switch keinen Vorteil mehr –es gibt spezifische Möglichkeiten, div. Switchhersteller den Broadcast-Datenverkehr zu reduzieren

28 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 28 Typische Büroverkabelung Hub/Switch Patchfeld Netzwerkdose Patchkabel normales Cat 5 Kabel RJ 45

29 Moeller Kolleg GmbH Schutzvermerk nach DIN 34 beachten Ethernet und TCP/IP in der Automatisierung 5-Jan-14, Seite 29 www hernet


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