Protokolle der Schichten Netzwerktechnik Protokolle der Schichten 1 und 2 Janine Hennig

Physikalische Übertragungsmedien Protokolle im LAN Protokolle im WAN Übersicht ISO/OSI – Modell Physikalische Übertragungsmedien Protokolle im LAN Protokolle im WAN

Physikalische Übertragungsmedien Protokolle im LAN Protokolle im WAN Übersicht ISO/OSI – Modell Bitübertragungsschicht Sicherungsschicht Physikalische Übertragungsmedien Protokolle im LAN Protokolle im WAN

ISO/OSI – Modell

ISO/OSI – Modell In dem „physical layer“ werden die binären Signale über-tragen. Es werden mechanische, elektrische und prozedu-ale Schnittstellen festgelegt. Aufgaben: typische Hardware: Bit-Codierung • Netzwerkkarte Zugriffsverfahren • Repeater Signalanpassung • Media Converter Definition der Anschlüsse

Aufgaben: typische Hardware: ISO/OSI – Modell Der „data layer“ stellt eine zuverlässige Informationsüber-tragung durch den geordneten Zugriff auf das Übertra-gungsmedium und die Strukturierung der Daten sicher. Aufgaben: typische Hardware: Gruppierung der Bits zu Rahmen • Netzwerkkarte Steuer-, Address-, Prüfsummen-, • Bridge Datenfelder Fehlererkennung • Switch

ISO/OSI – Modell Higher layers Logical Link Control Media Access Control Reconcilation Medium Independant Interface Physical Coding Sublayer Physical Medium Attachment Physical Medium Dependant Medium Dependant Interface Medium

Physikalische Übertragungsmedien Übersicht ISO/OSI – Modell Physikalische Übertragungsmedien Übertragungsrate Übertragungsmodi Kodierverfahren Störquellen Zugriffsverfahren Kabel und Geräte Protokolle im LAN Protokolle im WAN

Physikalische Übertragungsmedien Kupferkabel, Lichtwellenleiter Funk

Physikalische Übertragungsmedien Übertragungsrate Cheapernet (10Base-2), 10Base-T und F, FDDI Ethernet (10Base-T), Asynchronous DSL, ATM Analoges Telefon, Modem, ISDN, DSL GBit-Ethernet 103 106 109 [Bit/s]

Physikalische Übertragungsmedien Übertragungsmodi analog digital simplex, halbduplex, vollduplex synchron, asynchron seriell, parallel

Physikalische Übertragungsmedien Kodierverfahren Takt Bits NRZ NRZI Manchester Diff. Manchester

Physikalische Übertragungsmedien Kodierverfahren 4B/5B Nibbles → nie Symbole mit mehr als drei Nullen in Folge 32 verschiede Symbole (je 16 zur Nutzdatenübertragung und zu Steuerzwecke) Nachteil ist der 25%ige Overhead z.B. bei FDDI auf 125 MBit/s → Nutzdatenrate 100 MBit/s 8B/10B → 256 Kombinationen + 786 weitere Kombinationen (für Sonderzeichen und ungültige Zeichen) Anwendung: Fiber – Channel sowie bei den ATM

Physikalische Übertragungsmedien Störquellen

Physikalische Übertragungsmedien Zugriffsverfahren deterministisch Token Passing Polling Time – Multiplexing (bsw. Direct Sequence Spread Spectrum (DSSS)) zufällig (random access) Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/ CD) Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance (CSMA/ CA)

Physikalische Übertragungsmedien Kabel Twisted Pair Vorteil: Nachteil: Kostengünstig − störempfindlich Beliebige Topologie − niedrige Übertragungskapazität Unshield Screened/ Unshield Screened/ Shield Industrial Twisted Pair Twisted Pair Twisted Pair TP Isolierter Innenleiter + in konstanten Abstand angebrachten Außenleiter + Isolation Sonderformen: 2 Innenleiter + mehrere zentrisch angeordnete Innenleiter Triaxialkabel = 2 Außenleiter z.B. für Video-Technik Kurze Kabel Bereich von Fernseh- und Videoanlagen längere Kabel Verbinden von Radio- und Fernseh- und Computernetzen Hochfrequenztechnik werden Antennen, Sender und Empfangsanlagen über Koaxialkabel 100 kHz bis 10 GHz hochfrequente Energiefluss zwischen Innenleiter und Außenleiter geführt im Dielektrikum erfolgt → Der Signalverlust → Materialeigenschaften des Dielektrikums Teilweise wird eine Gleichspannung mit übertragen, um einen Verbraucher am anderen Ende mit Energie zu versorgen weniger Übersprechen Parameter: Wellenimpedanz (Näherungsweise unabhängig von der Länge, Frequenz) HF-Technik 50 W üblich Fernsehtechnik 75 W = Verhältnis äußerer – innerer Durchmesser des Kabels Dämpfung [dB/m] niedrig bei: großem Durchmesser Leiter versilbert Dielektrikum zwischen beiden Leitern = Teflon, geschäumtes Material, Luft, Schutzgas Schwefelhexafluorid mit festen Abstandshaltern zum Innenleiter → steif, nur bei festen Installationen (Verwendung bei Verbindung zu Sendeantenne mit einigen Hundert kW Ausgangsleistung) Leistungsanpassung: kein Abschlusswiderstand → Reflexion am Kabelende → stehende Wellen → Leistungseinbuße + sinkende Flankensteilheit bei digitalen Signalen Kabeltypen: Für Bustopologien im Basisband 10 MBit/s, Baseband, 500 m Thick Ethernet oder Yellow Cable Impedanz = Wellenwiderstand = 50 W Max. Länge 500m pro Segment, min. Abstand der Anschlüsse 2,5 m Max. 100 Anschlüsse pro Segment 5-4-3-Regel: max. 10 MBit/s, Base band, 200 m Thin Ethernet oder Cheapernet Impedanz = 50 W Max. Länge 185m pro Segment, min. Abstand der Anschlüsse 0,5 m Max. 30 Anschlüsse pro Segment 5-4-3-Regel Für Stern-Topologien im Basisband Impedanz = 93 W Max. Länge 300m Für Breitband z.B. Kabelfernsehen, Sat-TV Impedanz = 75 W

Physikalische Übertragungsmedien Kabel Twisted Pair Leistungsklassen: konventionelles Telefonkabel 1 MBit/s Einsatz für ISDN 4 MBit/s UTP und STP – Kabel für Ethernet (10Base-T) und Token Ring bis 100 m (16 MHz spezifiziert’) 10 MBit/s UTP und STP – Kabel auch für größere Entfernungen (20 MHz spezifiziert’) 20 MBit/s Standardkabel für Fast Ethernet und FDDI (100MHz) für ATM (Frequenzbereich ab 200MHz) Frequenzbereich bis 600 MHz

Physikalische Übertragungsmedien Kabel Koaxialkabel Vorteil: Nachteil: hohe Bandbreite − nur ein Kabel digitale Übertragung − Längenbegrenzung (10 km) wenig störempfindlich − Keine Abhörsicherheit preisgünstig → hoher Entwicklungsgrad 1 Innenleiter 2 Dielektrikum 3 Außenleiter 4 Isolierung Isolierter Innenleiter + in konstanten Abstand angebrachten Außenleiter + Isolation Sonderformen: 2 Innenleiter + mehrere zentrisch angeordnete Innenleiter Triaxialkabel = 2 Außenleiter z.B. für Video-Technik Kurze Kabel Bereich von Fernseh- und Videoanlagen längere Kabel Verbinden von Radio- und Fernseh- und Computernetzen Hochfrequenztechnik werden Antennen, Sender und Empfangsanlagen über Koaxialkabel 100 kHz bis 10 GHz hochfrequente Energiefluss zwischen Innenleiter und Außenleiter geführt im Dielektrikum erfolgt → Der Signalverlust → Materialeigenschaften des Dielektrikums Teilweise wird eine Gleichspannung mit übertragen, um einen Verbraucher am anderen Ende mit Energie zu versorgen weniger Übersprechen Parameter: Wellenimpedanz (Näherungsweise unabhängig von der Länge, Frequenz) HF-Technik 50 W üblich Fernsehtechnik 75 W = Verhältnis äußerer – innerer Durchmesser des Kabels Dämpfung [dB/m] niedrig bei: großem Durchmesser Leiter versilbert Dielektrikum zwischen beiden Leitern = Teflon, geschäumtes Material, Luft, Schutzgas Schwefelhexafluorid mit festen Abstandshaltern zum Innenleiter → steif, nur bei festen Installationen (Verwendung bei Verbindung zu Sendeantenne mit einigen Hundert kW Ausgangsleistung) Leistungsanpassung: kein Abschlusswiderstand → Reflexion am Kabelende → stehende Wellen → Leistungseinbuße + sinkende Flankensteilheit bei digitalen Signalen Kabeltypen: Für Bustopologien im Basisband 10 MBit/s, Baseband, 500 m Thick Ethernet oder Yellow Cable Impedanz = Wellenwiderstand = 50 W Max. Länge 500m pro Segment, min. Abstand der Anschlüsse 2,5 m Max. 100 Anschlüsse pro Segment 5-4-3-Regel: max. 10 MBit/s, Base band, 200 m Thin Ethernet oder Cheapernet Impedanz = 50 W Max. Länge 185m pro Segment, min. Abstand der Anschlüsse 0,5 m Max. 30 Anschlüsse pro Segment 5-4-3-Regel Für Stern-Topologien im Basisband Impedanz = 93 W Max. Länge 300m Für Breitband z.B. Kabelfernsehen, Sat-TV Impedanz = 75 W

Physikalische Übertragungsmedien Kabel Glasfaser Vorteil: Nachteil: unbegrenzte Übertragungsrate − keine Bus-Struktur guter Datenschutz − schwierige Verbindungstechnik geringes Gewicht, kleiner Querschnitt − teuer

Physikalische Übertragungsmedien Geräte Universal Serial Bus (USB) • hot – plugging • “keine“ Eignung für zeitkritische Anwendungen • Host-Controller (Master) notwendig • Begrenzung von einem Gerät pro USB - Port • über HUBs → 127 Geräten → Baumstrukturen Small Computer System Interface (SCSI) • Anbindung von Festplatten, Scanner, CD-ROM/ DVD-Laufwerk/ -Brenner • Abschluss jedes Stranges mit zwei Terminatoren • Lokal Unit Number (LUN) FireWire • i.Link oder IEEE 1394 (Nachfolger für SCSI) • FireWire 800: bis 88 MBit/s

Physikalische Übertragungsmedien Geräte Repeater • Regeneriert und verstärkt das elektrische Signal • Längenbeschränkung des Ethernet wird „aufgehoben“ • 5 Kabelsegmente – 4 Repeater – 3 Segmente mit Rechnern Media Converter Übertragung von Informationen von einem Leitungstyp zu einem anderen Bsp.: 10/100Base-TX = Fast Ethernet Media Converter Übersetzung Signal TP 100Base-TX cable → 100Base-FX fiber optic cable

Physikalische Übertragungsmedien Protokolle im LAN Übersicht ISO/OSI – Modell Physikalische Übertragungsmedien Protokolle im LAN Ethernet FDDI Geräte Protokolle im WAN

Protokolle im LAN Ethernet 10Base-2 10Base-5 IEEE 802.3: 10MBit/s, 200 m bis zu 30 Stationen 5 – 4 – 3 – Repeater – Regel → max. Entfernung zwischen zwei Stationen 2.5 km 10Base-5 IEEE 802.3: 10MBit/s, 500 m Yellow Cable (TP, Cheapernet) hat LLC → können zwar gleichem physikalischen Netz koexistieren aber nicht kommunizieren darf 2,5 km

Protokolle im LAN Ethernet 100Base-X IEEE802.3u: 100MBit/s TP/ Koax (bis 200 m), LWL (bis 2 km) Zugriffsverfahren: CSMA/CD Nachteile: Kollisionsanfälligkeit bei hoher Anzahl von Anwendern Längenrestriktion Probleme bei echtzeitkritischen Anwendungen → Ethernet – Switch schaltet kollisionsfreien Kanal mit der vollen Ethernet-Bandbreite zwischen dem Empfangs- und dem Ausgangsport hat LLC können zwar gleichem physikalischen Netz koexistieren aber nicht kommunizieren

Protokolle im LAN Ethernet 1000Base-X oder GBit-Ethernet IEEE802.3z und ab TP, LWL Zugriffsverfahren: CSMA/CD 8B/10B-Codierung Nachteile: Übersprechen zwischen den Adernpaaren Schicht für Link - Aggregation paralleles Arbeiten über mehrere MAC – Säulen Leistungsredundanz grobe Skalierung der Bandbreite

Protokolle im LAN FDDI Fiber Distributed Data Interface Arbeitsgruppe X3T9.5. → unter ISO 9314 Übertragungsrate: 100MBit/s FDDI Eigenschaft: Stationsmanagement Frame control FDDI – MAC PMD 4B/ 5B Kodierung TP, LWL → 100 km synchronous mode (X3T12 ANSI Standard) Zuordnung einer fester Übertragungsbandbreite (QoS) Bsp.: 30 Stationen für jede 2 MBit/s fest reserviert → 40 MBit/s für übrige Stationen zur normalen Datenübertragung übrig

Protokolle im LAN FDDI Bridge/ Router Dual Attached Stations Ethernet Token Ring FDDI Concentrator FDDI Concentrator Single Attached Stations

Protokolle im LAN Geräte Bridge/Switch • nimmt physikalische Trennung von Netzen vor • führt Fehler- und Lasttrennung durch • rudimentäre Mechanismen zur Wegfindung u. U. vorhanden („routing Bridge“) • Arten: - Frame–Switching (cut through, store & forward) - Cell–Switching HUB • Verstärkerkomponente → Sternförmige Vernetzung möglich • Verbindung mehrer TP -Kabelsegmente über ein Tranceiver - Anschluss mit dem Ethernet • Kaskadierung (4, 8, 16, 32 Ports)

Physikalische Übertragungsmedien ISO/OSI – Modell Protokolle im LAN Übersicht Physikalische Übertragungsmedien ISO/OSI – Modell Protokolle im LAN Protokolle im WAN ISDN DSL wireless ATM

Protokolle im WAN Geräte Modem • Digitale Informationen ↔ analoge Signal • Abstimmung wichtiger Parameter: - Übertragungsgeschwindigkeit - Fehlerkorrektur - Datenkompression - Protokolle ISDN • Ablösung des analogen Telefons • Teilnehmervermittlungsstelle → Network Terminal Basis Anschluss → Hausgeräte • B-Kanal (binär) 64kBit/s; D-Kanal (Systemdaten) 16kBit/s • max. 12 Anschlussmöglichkeiten, 8 Endgeräte, 4 Telefone

Protokolle im WAN Geräte Wireless • Standard der IEEE 802.11 • Modus: - Ad – hoc – Modus - Infrastruktur – Modus • → Teilnehmer teilen sich Leistung • Verschlüsselungsverfahren nötig • Reichweite 80 m in geschlossenen Räumen

Protokolle im WAN ATM Asynchron Transfer Mode vom CCITT feste Paketlänge (Zellen) 5 Byte Header, 48 Byte Daten verbindungsorientierte Übertragung Zuordnung: jeder „time slot“ = Kanal (QoS) TP, LWL (100 MBit/s) ATM Adaption Layer Verbindung: Point to Point Point to Multi – point Multi – point to Multi – point Koppelnetzarchitektur

Protokolle im WAN ATM

Literatur Bücher Internet T. Kipping: Technologie – Wegweiser: Netze, Hüting Verlag, Heidelberg: 1996 S. Müller: Lokale Netze, PC-Netzwerke, Carl Hanser Verlag, München Wien:1991 U. Heuert: Vorlesung Rechnernetze K. Lipinski: Lexikon LAN – Technologien, MITP – Verlag GmbH, Bonn: 2001 M. Hein, T. Vollmer: Bay Networks ATM LAN Guide, 2. Aufl., Fossil – Verlag, Köln: 1998 http://www.et-inf.fho-emden.de/~haass/dat/mux.pdf http://www.elektronik-kompendium.de/sites/kom/0603061.htm ww.wikipedia.de www.itwissen.de Internet

Protokolle der Schichten 1 und 2 Danke für Ihre Aufmerksamkeit