Thema 6: Ethernet, Fast- und Gigabit-Ethernet Juan C. Fries Thema 6: Ethernet, Fast- und Gigabit-Ethernet Proseminar: Grundlagen der Telematik 18.07.2000

Ethernet -- Juan C. Fries Übersicht Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries 1. Kapitel Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Einleitung Netzwerk: modulares, erweiterbares und anpassungsfähiges System LAN = Local Area Network Woher der Name Ethernet? Unter einem Netzwerk kann man ein modulares, erweiterbares und anpassungsfähiges System verstehen, das an den jeweiligen Bedarf der einzelnen Unternehmen angeglichen werden kann. Die Modularität erleichtert es, neue Komponenten hinzuzufügen oder bestehende Komponenten wieder zu entfernen und an anderer Stelle wieder einzufügen. Ethernet bietet im ursprünglichen Sinn eine lineare Busstruktur mit CSMA/CD-Zugriffsverfahren. Wie wir noch sehen werden, kann Ethernet inzwischen auch als sternförmige Verkabelungsstruktur aufgebaut werden. Als Kabeltyp kommen Thin- oder Thick-Ethernet (Koaxialkabel), Twisted-Pair oder Glasfaserkabel in Frage. Fast Ethernet ist eine Weiterentwicklung der herkömmlichen Ethernet-Technik, um High-Speed-LANs aufbauen zu können. Mit dieser Netzwerktechnik sind Übertragungsgeschwindigkeiten von 100 Mbit/s möglich. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Warum heißt es Ethernet? Ursprünglicher Name: Alto Aloha Network (1972) Erfinder Metcalfe bei Xerox Äther zum Transport von Bits in Anlehnung an den Lichtäther, der aber Bits transportieren sollte, Xerox Erfinder Metcalf bei Xerox 1972 entwickelten Metcalfe und seine Kollegen am Xerox PARC das erste experimentelle Ethernet-System. Das experimentelle Ethernet wurde verwendet, um Alto-Workstations untereinander und an Server und Laser-Drucker anzuschließen. Metcalfes erstes experimentelles Netzwerk hiess Alto Aloha Network. 1973 änderte Metcalfe den Namen zu „Ethernet“, um klarzumachen, dass dieses System jeden Computer unterstützt und sich weit über das Aloha-System hinaus entwickelt hat. Er entschied sich, den Namen auf dem Wort ‚Äther‘ (engl. Ether) basieren zu lassen, weil das ein wesentliches Merkmal seines Systems beschrieb: das physikalische Medium (in diesem Fall ein Kabel) transportiert bits zu allen Stationen, genauso wie der Äther angeblich elektromagnetische Wellen durch den Raum transportierte. Somit war das Ethernet geboren. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries 2. Kapitel Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Geschwindigkeit der Datenübertragung: 10 Mbit/s Kabelvarianten: Thick-Ethernet Thin-Ethernet 10Base-T-Ethernet (Twisted-Pair) Längenbeschränkungen  Koaxialkabel 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Verschiedene Kabeltypen 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Koaxialkabel 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Thick-Ethernet-Kabel 10Base5-Koax / Yellow-Cable Streichen? 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Aufbau von Thick-Ethernet-LANs Wichtig: 50  Abschlusswiderstand Wichtig: 50  Abschlusswiderstand max. 500 m Länge mind. 2,5 m TCR TCR TCR TCR TCR max. 50 m Als Übertragungsmedium werden Koaxialkabel mit 50 Ohm Impedanz eingesetzt. Für die Verkabelung wird dabei das dicke, gelbe Ethernet-Kabel verwendet, anders als beim anschließend behandelten Thin-Ethernet. Diese Kabelsegmente können aus einem oder mehreren gekoppelten Koaxialkabelstücken bestehen und dürfen dabei eine Länge von 500 m nicht überschreiten. Wird ein Koaxialkabelsegment aus mehreren Koaxialkabelstücken zusammengesetzt, dann sollte jedes Teilstück ein ungeraden Vielfaches von 23,4 m sein. An beiden Enden eines Koaxialkabelsegments wird und muss ein Abschlusswiderstand aufgeschraubt werden. Pro Koaxsegment dürfen nicht mehr als 100 Transceiver angeschlossen werden. Zwischen Transceivern muss ein Abstand von mind. 2,5 Metern (Markierungen am Kabel) oder ein Vielfaches davon eingehalten werden, damit sich Signalreflexionen am TAP-Anschluss nicht phasenmäßig aufaddieren können. Der TAP-Anschluss stellt die Verbindung des Transceivers zum Innenleiter des Koaxkabels her. DEC SUN UNIX AIX File- Server TCR: Transceiver 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Transceiver Kombination aus Transmitter (Sender) und Receiver (Empfänger) und bedeutet soviel wie Sende- und Empfangseinheit. mechanisch-elektrische Ankopplung eines Transceivers über einen TAP-Anschluss Die Anbringung eines Transceivers kann während des Netzwerkbetriebes erfolgen. Transceiver Das Wort Transceiver ist eine Kombination der beiden Begriffe Transmitter (Sender) und Receiver (Empfänger) und bedeutet soviel wie Sende- und Empfangseinheit. Die mechanisch-elektrische Ankopplung eines Transceivers wird über einen TAP-Anschluss ermöglicht. Dabei wird mit einem Handbohrer das Koaxialkabel an einer Markierung fast bis zum Innenleiter angebohrt. In das kleine Loch wird dann ein Zapfen gedreht. Die Anbringung eines Transceivers kann während des Netzwerkbetriebes erfolgen. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Aufgaben des Transceivers Weiterleitung von kodierten bitseriellen Datenströmen auf das Koaxialkabel Gewährleistung einer repeaterfreien Signalisierung bis zu einer Übertragungsstecke von 500 m Empfangen von bitseriellen Datenströmen vom Koaxialkabel Kollisionserkennung Carrier Sense Unterstützung einer Datenrate von 10 Mbit/s 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Netzwerkadapter Station im lokalen Netzwerk Kommunikationssoftware für untere OSI-Transportschichten Protokollsoftware auf Netzwerk-Controller implementiert, um Workstation zu entlasten Die Kommunikationssoftware ist eine Station in einem lokalen Netz und entsprechend dem ISO/OSI-Referenzmodell in sieben Schichten unterteilt. Die oberen Schichten repräsentieren die vom Transportsystem unabhängigen Dienstleistungen des jeweiligen Rechners zusammen. Deshalb erscheint es sinnvoll, die Protokollsoftware, die durch das Transportsystem realisiert wird, auf einem eigenständigen Netzwerk-Controller zu implementieren. Dadurch wird der Stationsrechner von der Abarbeitung dieser Aufgaben entlastet. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Thin-Ethernet-Kabel 10Base2-Koax 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Aufbau von Thin-Ethernet-LANs verwendet das CSMA/CD-Zugriffsverfahren aka Cheapernet File- Server 50  Abschluss- widerstand 50  Abschluss- widerstand mind. 0,5 m Das unter der Bezeichnung Cheapernet bekanntgewordene CSMA/CD-Netz stellt ein preiswertes Ethernet-Derivat dar. Bei der Installation sollte darauf geachtet werden, welcher Kabeltyp zum Einsatz kommt, da sich Thin-Ethernet-Kabel und Thick-Ethernet-Kabel nicht mischen lassen. Das Cheapernet unterscheidet sich sich vom Thick-Ethernet durch die kürzere Ausdehnung der Koaxialkabelsegmente und das im Vergleich zum Yellow-Cable preiswertere und leichtere RG58-A/U-Koaxialkabel sowie BNC-T Stecker zum mechanischen Anschluss der einzelnen Stationen. Da sich Cheapernet von Ethernet nur auf der physikalischen Ebene unterscheidet und ansonsten gleiche Funktionilität vorherrscht (CSMA/CD und 10 Mbit/s Übertragungsgeschwindigkeit) dürfen Cheapernet-Segmente problemlos über Repeater gekoppelt werden. Die maximale Ausdehnung eines Cheapernet-Segments darf nicht über 185 m hinausgehen, und es können auf dieser Länge auch nur maximal 30 Stationen angeschlossen sein. Die Stationen werden über den BNC-T-Stecker mit dem Kabel verbunden. Anders als bei der Thick-Ethernet-Verkabelung wird dabei das Kabel an der jeweiligen Station unterbrochen. Ein problemloses Einkoppeln und Auskoppeln von neuen Stationen ist mehr möglich 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Kollisionsbehandlung mittels CSMA/CD-Methode sendewillige Station überwacht Bus Bus frei: Übertragung beginnt (jedoch frühestens 9,6 µs (interframe) nach Freiwerden). Bus belegt: Bus wird weiter überwacht bis nicht mehr als belegt erkannt, wenn wieder frei -> Übertragung beginnt. Während der Übertragung wird der Bus weiter abgehört Senden zwei Stationen gleichzeitig, tritt eine Kollision auf Übertragung wird sofort abgebrochen und ein spezielles Störsignal (jamming signal) auf den Bus geschickt Nach Aussenden des Störsignals wird eine bestimmte Zeit (Backoff) gewartet -> maximal 16 Sendeversuche (backoff limit) Eine sendewillige Station überwacht den Bus (carrier sensing, listen before talking). Ist der Bus frei, wird die Übertragung begonnen, jedoch frühestens 9,6 µs (interframe ) nach Freiwerden des Mediums. Ist der Bus belegt, wird der Bus weiter überwacht bis er nicht mehr als belegt erkannt wird. Dann wird sofort mit der Übertragung begonnen. Während der Übertragung wird der Bus weiter abgehört (listen while talking). Wenn zwei Stationen gleichzeitig senden, tritt dann eine Kollision auf. Wird eine Kollision entdeckt, wird die Übertragung sofort abgebrochen, und ein spezielles Störsignal (jamming signal) wird auf den Bus geschickt. Nach Aussenden des Störsignals wird eine bestimmte Zeit (Binary Exponential Backoff) gewartet, und die Übertragung wird mit einen neuen Versuch gestartet. Es werden maximal 16 Sendeversuche gestartet (backoff limit). Gelingt es einer Station nicht zu senden, bricht sie den Sendeversuch ab und unterrichtet die übergeordnete Protokoll­software. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

CSMA/CD-Zugriffsverfahren = Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSMA/CD-Zugriffsverfahren Station sendebereit neuer Versuch (6) Warten gemäß Backoff-Strategie Kanal abhören (1) Kanal besetzt (3) Kanal frei (2) Eine sendewillige Station überwacht den Bus (carrier sensing, listen before talking). Ist der Bus frei, wird die Übertragung begonnen, jedoch frühestens 9,6 µs (interframe ) nach Freiwerden des Mediums. Ist der Bus belegt, wird der Bus weiter überwacht bis er nicht mehr als belegt erkannt wird. Dann wird sofort mit der Übertragung begonnen. Während der Übertragung wird der Bus weiter abgehört (listen while talking). Wenn zwei Stationen gleichzeitig senden, tritt dann eine Kollision auf. Wird eine Kollision entdeckt, wird die Übertragung sofort abgebrochen, und ein spezielles Störsignal (jamming signal) wird auf den Bus geschickt. Nach Aussenden des Störsignals wird eine bestimmte Zeit (Binary Exponential Backoff) gewartet, und die Übertragung wird mit einen neuen Versuch gestartet. Es werden maximal 16 Sendeversuche gestartet (backoff limit). Gelingt es einer Station nicht zu senden, bricht sie den Sendeversuch ab und unterrichtet die übergeordnete Protokoll­software. Daten senden und Kanal abhören (4) Störsignal senden (5) bei Kollision keine Kollision Sendevorgang abgeschlossen 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Aufbau von 10Base-T LANs RJ-45 Anschluss Concentrator/Hub Twisted Pair Eine sendewillige Station überwacht den Bus (carrier sensing, listen before talking). Ist der Bus frei, wird die Übertragung begonnen, jedoch frühestens 9,6 µs (interframe ) nach Freiwerden des Mediums. Ist der Bus belegt, wird der Bus weiter überwacht bis er nicht mehr als belegt erkannt wird. Dann wird sofort mit der Übertragung begonnen. Während der Übertragung wird der Bus weiter abgehört (listen while talking). Wenn zwei Stationen gleichzeitig senden, tritt dann eine Kollision auf. Wird eine Kollision entdeckt, wird die Übertragung sofort abgebrochen, und ein spezielles Störsignal (jamming signal) wird auf den Bus geschickt. Nach Aussenden des Störsignals wird eine bestimmte Zeit (Binary Exponential Backoff) gewartet, und die Übertragung wird mit einen neuen Versuch gestartet. Es werden maximal 16 Sendeversuche gestartet (backoff limit). Gelingt es einer Station nicht zu senden, bricht sie den Sendeversuch ab und unterrichtet die übergeordnete Protokollsoftware. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries UTP 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Twisted-Pair-Stecker RJ45- Stecker Verdrillte Kabel (twisted) 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries STP 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Glasfaserkabel 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet-Längenrestriktionen Kabelbezeichnung max. Segmentlänge 10Base5-Koaxkabel 500 m 10Base2-Koaxkabel 185 m 10BaseT-Twisted-Pair 100 m 10BaseF-Glasfaser 2000 m 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet Frame Format IEEE 802.3 Frame bytes 8 6 6 2 0-1500 min. 64 bytes Präambel Zieladresse Quelladresse Länge Protokol Header, Daten und Pad IEEE 802.3 Frame Präambel: Muster: 101010...10 dienen zur Taktsynchronisation des Empfängers Pad: 1 oder 0 byte zum Auffüllen auf gerade Anzahl bytes Neben Ethernet gibt es den ISO-Standard IEEE 802.3, der ebenfalls Ethernet-Netzwerke repräsentiert. Der Unterschied zwischen Ethernet und IEEE 802.3 ist nicht besonders groß, jedoch hat er zur Folge, dass beide Systeme nicht miteinander kompatibel sind. In diesem Fall geht es nicht um die technische Spezifikationen, sondern um das Frameformat, welches in beiden Fällen benutzt wird. Man unterscheidet daher DIX-Ethernet (Ethernet II) von IEEE 802.3 Ethernet. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet Frame Format IEEE Ethernet  DIX Ethernet (II) Bytes 8 6 6 2 0-1500 min. 64 k Präambel Zieladresse Quelladresse Länge Protokol Header, Daten und Pad IEEE 802.3 Frame Bytes 8 6 6 2 0- Neben Ethernet gibt es den ISO-Standard IEEE 802.3, der ebenfalls Ethernet-Netzwerke repräsentiert. Der Unterschied zwischen Ethernet und IEEE 802.3 ist nicht besonders groß, jedoch hat er zur Folge, dass beide Systeme nicht miteinander kompatibel sind. In diesem Fall geht es nicht um die technische Spezifikationen, sondern um das Frameformat, welches in beiden Fällen benutzt wird. Man unterscheidet daher DIX-Ethernet (Ethernet II) von IEEE 802.3 Ethernet. Präambel Zieladresse Quelladresse Typ Protokol Header, Daten und Pad DIX Ethernet Frame 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries 3. Kapitel Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Fast Ethernet 100 Mbit/s (statt 10 Mbit/s) Kabelvarianten: Twisted-Pair-Kabel Glasfaserkabel Längenrestriktionen Kompatibilität Ethernet – Fast Ethernet sternförmige Verkabelung Fast Ethernet bietet die zehnfache Geschwindigkeit gegenüber dem herkömmlichen Ethernet, d. h. mit 100 Mbit/s. Ebenso wie 10Base-T wird Fast Ethernet über eine Twisted-Pair-Verkabelung betrieben. Somit wird eine sternförmige Verkabelung benötigt. Nach wie vor wird das CSMA/CD-Zugriffs­verfahren eingesetzt. Da die 100Base-T-Technik sich gegenüber der 10Base-T-Technik kaum verändert hat, kann 100Base-T einfach und schnell in eine bestehende 10Base-T-Umgebung eingeführt werden. Der 100Base-T-Standard beinhaltet einen Mechanismus zur automatischen Erkennung der Netzwerk­geschwindigkeit, den sogenannten Auto-Negotiation-Vorgang, auch als NWay bezeichnet. Beim Aufbau von 100Base-T-Netzwerken dürfen zwischen Sendestationen und Empfängerstation maximal zwei Repeater auftreten, und die maximale Netzwerkausdehnung (Entfernung zwischen Sender und Empfänger) beträgt 205 m beim Einsatz von UTP-Kabeln und 400 Meter beim Einsatz von Glasfaserverbindungen. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Fast Ethernet 100Base-T kann einfach und schnell in bestehende 10Base-T-Umgebungen eingefügt werden automatische Erkennung der Netzwerkgeschwindigkeit durch Auto-Negotiation (aka NWay) max. 2 Repeater zwischen Sendestationen und Empfängerstation Der 100Base-T-Standard beinhaltet einen Mechanismus zur automatischen Erkennung der Netzwerk­geschwindigkeit, den sogenannten Auto-Negotiation-Vorgang, auch als NWay bezeichnet. Beim Aufbau von 100Base-T-Netzwerken dürfen zwischen Sendestationen und Empfängerstation maximal zwei Repeater auftreten, und die maximale Netzwerkausdehnung (Entfernung zwischen Sender und Empfänger) beträgt 205 m beim Einsatz von UTP-Kabeln und 400 Meter beim Einsatz von Glasfaserverbindungen. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Fast Ethernet Kabel 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Kompatibilität Ethernet – Fast-Ethernet Anwendung keine Änderung Anwendung Management Management CSMA/CD CSMA/CD AUI Interface MII Interface Thick Koax 10Base5 Thin Koax 10Base2 Glasfaser 100Base-FX 4-Paar Cat. 3, 4, 5 UTP/STP 100Base-TX 2-Paar Cat. 3, 4, 5 UTP 10Base-T 2-Paar Cat. 5 UTP/STP 100Base-TX Glasfaser 10Base-F 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries 4. Kapitel Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung 83 % aller weltweit installierten Netzwerkkomponenten waren bis 1996 Ethernet-Komponenten und der Trend hält an. Da auf bereits Bekanntes aus dem Ethernet-Bereich zurückgegriffen werden kann, ist der Aufwand dieses neue System in bestehende Netzwerkstrukturen zu integrieren und für die Ausbildung der Netzwerkadministratoren minimal. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet Standard IEEE 802.3z erlaubt half- und full-duplex Operationen bei 1000 Mbit/s verwendet das 802.3 Ethernet Frame Format verwendet das CSMA/CD-Zugriffsverfahren abwärtskompatibel zu 10Base-T und 100Base-T 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

CSMA/CD-Zugriffsverfahren = Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSMA/CD-Zugriffsverfahren Station sendebereit neuer Versuch (6) Warten gemäß Backoff-Strategie Kanal abhören (1) Kanal besetzt (3) Kanal frei (2) Eine sendewillige Station überwacht den Bus (carrier sensing, listen before talking). Ist der Bus frei, wird die Übertragung begonnen, jedoch frühestens 9,6 µs (interframe ) nach Freiwerden des Mediums. Ist der Bus belegt, wird der Bus weiter überwacht bis er nicht mehr als belegt erkannt wird. Dann wird sofort mit der Übertragung begonnen. Während der Übertragung wird der Bus weiter abgehört (listen while talking). Wenn zwei Stationen gleichzeitig senden, tritt dann eine Kollision auf. Wird eine Kollision entdeckt, wird die Übertragung sofort abgebrochen, und ein spezielles Störsignal (jamming signal) wird auf den Bus geschickt. Nach Aussenden des Störsignals wird eine bestimmte Zeit (Binary Exponential Backoff) gewartet, und die Übertragung wird mit einen neuen Versuch gestartet. Es werden maximal 16 Sendeversuche gestartet (backoff limit). Gelingt es einer Station nicht zu senden, bricht sie den Sendeversuch ab und unterrichtet die übergeordnete Protokollsoftware. Daten senden und Kanal abhören (4) Störsignal senden (5) bei Kollision keine Kollision Sendevorgang abgeschlossen 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Kollisionsbehandlung Jede Station muss eine Kollision beim Aussenden des kleinsten Paketes erkennen. Die benötigte Zeit, um von einem Netzwerk-Ende bis zum anderen Netzwerk-Ende und zurück zu gelangen, nennt man die Signallaufzeit (Round Trip Delay). Die Signallaufzeit ist von der Paketgröße und von der Übertragungsgeschwindigkeit abhängig. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Problem: Kollisionserkennung Die maximale Signallaufzeit von Gigabit Ethernet schränkt die Ausdehnung des Netzes auf 10 Meter ein, wenn Kollisionserkennung noch möglich sein soll In kollisionsbehafteten Gigabit Ethernet-Segmenten ist die daraus resultierende Minimallänge eines Ethernet-Paketes viel zu klein, um Kollisionen zu erkennen, es sei denn man würde die maximale Ausdehnung von Gigabit Ethernet auf 10 Meter beschränken. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Lösung: Frame Extensions (auch Carrier Extensions) jede Station sendet eine Mindestzeit lang, bis an jeder Stelle des Netzwerksegments ausreichend bits angekommen sind wenn ein Datenpaket kleiner als 512 byte ist, werden einfach unsinnige Daten übertragen, die bereits nicht mehr zum ursprünglichen Datenpaket gehören: Frame Extensions (auch Carrier Extensions) sind spezielle Symbole, die nicht mit Daten oder mit Frame-Informationen verwechselt werden können. Dieses Problem wird dadurch gelöst, dass man jede Station dazu zwing, eine Mindestzeit zu senden – und zwar so lange wie notwendig, bis an jeder Stelle des Netzwerksegments ausreichend Bits angekommen sind, um eine Kollision erkennen zu können. Da für dieses Verfahren aber nicht immer ausreichend Nutzdaten zur Verfügung stehen, werden für den Rest der dafür erforderlichen Zeit einfach unsinnige Daten übertragen, die bereits nicht mehr zum ursprünglichen Datenpaket gehören. Berechnungen zufolge müssen diese Frame Extensions (auch Carrier Extensions) immer dann eingesetzt werden, wenn ein Datenpaket kleiner als 512 byte ist. Somit wird auch das Kollisionsfenster auf 512 byte erweitert. Man verwendet für diese Extensions auf alle Fälle spezielle Symbole, die nicht mit Daten oder mit Frame-Informationen verwechselt werden können. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries 5. Kapitel Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Vorteile des Gigabit Ethernet Optimale Lösung für hohe Leistungen bei geringen Kosten Kompatibilität zu Ethernet und Fast Ethernet Investitionsschutz für Komponenten, Betriebssysteme und Anwendungen Quality of Service (QoS) / Class of Service IP-Switching? 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Ausblick 10 Gigabit Ethernet = 10 000 Mbit/s Warum? 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries 10 Gigabit Ethernet „Weil man niemals zu reich oder zu dünn sein oder zu viel Bandbreite haben kann“ (Som Sikdar, CTO von nCore Networks) Datenverkehr zwischen 1990 und 1998 um Faktor 400 gestiegen 1000-facher Datenverkehr erwartet 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries 10 Gigabit Ethernet Vorbereitung auf Multi-Gigabit-Netze bereits in diesem Jahr erste Tests von 10 Gigabit Ethernet in den kommenden 8 Monaten Voraussichtlich bereits 2001 auf dem Markt IEEE 802.5ae Nach Darstellung der Lawrence Berkeley National Labs ist der Datenverkehr zwischen den Jahren 1990 und 1998 um den Faktor 400 gestiegen. Laut deren Prognose für die nächsten vier Jahre wird mit einer weiteren Steigerung um den Faktor 1000 gerechnet. Die Vorbereitung auf Multi-Gigabit-Netze beginnt bereits in diesem Jahr. Mit den ersten Tests von 10 Gigabit Ethernet ist in den kommenden 8 Monaten zu rechnen. Durch den Wegfall des klassischen Flaschenhalses beim Übergang von einer höheren zu einer niedrigen Geschwindigkeit ergeben sich für diese High-Speed-Technologie etliche Anwendungen wie Computersimulationen und -visualisierungen, leistungsstarke Datenfernübertragungen etc. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Ende Danke! Weg damit! 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Noch Fragen? 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries I. Anhang Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung Vergleiche 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

QoS des Gigabit Ethernet Quality of Service (QoS) / Class of Service Resource Reservation Protocol (RSVP) IEEE 802.1p Priority Functions IEEE 802.3x Flusskontrolle auf der Verbindungsebene Prioritätssteuerung für IP-Datenströme Besser streichen? Hmm, jo 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Nachteile des Gigabit Ethernet reine LAN-Technologie nicht besonders attraktiv für vehemente Token-Ring-Anwender 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries FDDI-LANs FDDI = Fibre Distributed Data Interface Token Ring mit 100Mbit/s entwickelt für hohe Bandbreite und reines Glasfasersystem mittlerweile auch UTP möglich (aber mit geringerer Längenausdehnung) auf 100 km bis zu 500 Stationen möglich max. Entfernung zweier Stationen: 2 km häufiger Einsatz in leistungsfähigen Backbones (UTP/STP) 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Konzeption des FDDI-LANs Zur Überbrückung von Leistungsfehlern aus zwei Ringen konzipiert Primärring Sekundärring als Backup-Ring oder zur Kapazitätssteigerung (Dual-MAC) 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries ATM ATM = Asynchronous Transfer Mode Vorteile ATM sehr gut für LAN- und WAN-Integration geeignet QoS qualifiziert ATM, Video, Sprache und Daten gleichzeitig zu übertragen Isochrone und Echtzeit-Kommunikation 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries ATM Nachteile sehr komplex hoher Schulungsaufwand ATM muss sichtbar für Anwendungen werden z. Zt. geringes Interesse am Einsatz von Sprachübertragung über ATM im LAN 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Token Ring-LAN sternförmig IBM Token-Ring (IEEE 802.5) IBM-Verkabelungssystem unterschiedliche technische und physikalische Eigenschaften für vorgesehene Einsatzbereiche optimale Einsatzbedingungen gewährleisten einzelne Systeme über unterschiedl. Kabeltypen miteinander verknüpft und dazu noch unterschiedliche Steckdosen 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Beispiele für Token-Ring-LANs Beispiele bei IBM: IBM 3600/4700: Klinkenstecker IBM 5250: Twinax-Kabel mit Spezialsteckern 3270-Welt: Bildschirme und Drucker über BNC-Kabel angeschlossen 8100 oder 4300: Ringleitungssysteme mit Spezialsteckern 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Vergleich Funktionen Gigabit Ethernet Fast Ethernet ATM FDDI IP kompatibel Ja RFC 1577 oder LANE; MPOA Ja, 802.1h Ethernet Pakete Ja, aber Änderungen in den Applikationen nötig Quality of Service Ja, mit RSVP und 802.1p Zuordnung von 802.1p zu SVC VLANs mit 802.1Q/p Benötigt Zuordnung von SVC zu 802.1Q 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Weitere Informationen http://www.ieee.org http://www.gigabit-ethernet.org http://www.10gea.org http://www.uwsg.iu.edu/usail/external/ethernet/ethernet-guide.html http://www.seas.upenn.edu/~ross/applets/daniel_brushteyn/enet.html (CSMA/CD Simulation) 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

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Ethernet -- Juan C. Fries Sondermüll Aus Vortrag entfernte Folien Bildersammlung 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Längenrestriktionen für 100Base-T-Ethernet Grafik Zenk99 4.19 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries FDDI-Ring-Topologie Klasse A Klasse A ? Hmm? Würde zu sehr ins Detail gehen. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Gigabit Ethernet 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Begriffe/Glossar LAN = Local Area Network 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Hub Hub, auch Multiport-Repeater genannt Aufgabe, Netzwerksignale für viele Benutzer (4, 8 oder sogar 24 Benutzer) auf Bit-Ebene zu verstärken und zu synchronisieren. Den dafür verwendeten Vorgang nennt man Konzentration. Wenn mehrere Geräte (z. B. Hosts) mit einem gemeinsam benutzten Gerät (z. B. einem Server) verbunden werden sollen und dieser Server nur über eine Netzwerkkarte verfügt, können Sie einen Hub einsetzen 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Repeater Ein Repeater verstärkt und synchronisiert Netzwerksignale auf Bit-Ebene neu. Repeater können als Singleport-Repeater reine Ein- oder Ausgangsgeräte sein. Mittlerweile haben sich jedoch stapelbare (modulare) bzw. Multiport-Repeater durchgesetzt, die auch Hubs genannt werden. Repeater werden im OSI-Modell der Schicht 1 zugeordnet, da sie nur auf Bit-Ebene arbeiten und keine anderen Daten auswerten. Realplayer Video 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Router Ein Router überprüft eingehende Datenpakete, wählt den besten Pfad innerhalb des Netzwerks und leitet sie dann zum korrekten Ausgangs-Port weiter. Router sind die wichtigsten Geräte zur Regulierung des Datenverkehrs in großen Netzwerken. Durch sie kann jeder Computer, der über die geeigneten Protokolle verwendet, mit einem beliebigen Computer auf der ganzen Welt (oder darüber hinaus) kommunizieren! Sie erfüllen über diese Grundfunktionen hinaus auch noch viele andere Aufgaben. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Kollisionen Wenn zwei Bits sich gleichzeitig in einem Netzwerk bewegen, kann es zu einer Kollision kommen. Bei relativ kleinen und langsamen Netzwerken könnte ein System verwendet werden, bei dem immer nur zwei Computer miteinander kommunizieren und sich gegenseitig abwechseln, damit sich immer nur ein Bit im System befindet. Da Netzwerke jedoch in der Regel aus vielen Computern bestehen und jede Sekunde Milliarden von Bits verarbeitet werden müssen, müssen wir uns die Frage stellen, was passiert, wenn sich zwei Bits gleichzeitig auf einem Draht bzw. einer Glasfaser oder auf derselben drahtlosen Frequenz befinden. In der Realität befinden sich niemals zwei einzelne Bits auf einem Draht, sondern immer Pakete aus vielen Bits. Schwerwiegende Probleme können aufgrund von zu viel Datenverkehr auf einem Netzwerk auftreten. Wenn zwischen den einzelnen miteinander verbundenen Geräten eines Netzwerks nur ein Kabel verläuft oder Segmente eines Netzwerks nur durch nicht filternde Geräte (etwa Repeater) miteinander verbunden sind, kann dies dazu führen, dass mehrere Benutzer versuchen, gleichzeitig Daten über das Netzwerk zu senden. Bei Ethernet kann sich immer nur ein Datenpaket in der Leitung befinden. Wenn mehrere Knoten gleichzeitig versuchen, Daten zu übertragen, tritt eine Kollision auf. Das bedeutet, dass die Daten der verschiedenen Geräte sich gegenseitig beeinträchtigen und beschädigt werden. Der Netzwerkbereich, aus dem die Datenpakete stammen und in dem die Kollision stattfindet, wird als Kollisionsdomäne bezeichnet. Damit wird die Gesamtheit der Umgebungen mit einem gemeinsamen Ãœbertragungsmedium bezeichnet, in denen Kollisionen auftreten. Ein Kabel kann beispielsweise über Patch-Kabel, Transceiver, Rangierfelder, Repeater und sogar Hubs mit einem anderen Kabel verbunden werden. Trotz all dieser Verbindungen der Schicht 1 ist die Gesamtheit der Verkabelung eine Kollisionsdomäne. Im weiteren Verlauf des Curriculums werden wir uns mit dem Begriff "Kollisionsdomäne" ausführlicher befassen. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries Kollisionen Beide Pakete werden Bit für Bit "zerstört", und es muss ein Verfahren zur Handhabung der Konkurrenz um das Medium (auch Contention genannt) implementiert werden. Das digitale System kann nur zwischen zwei Zuständen für Spannung, Licht oder elektromagnetische Wellen unterscheiden. Bei einer Kollision tritt Interferenz zwischen den Signalen auf, d. h. sie kollidieren miteinander. Ähnlich wie sich auch zwei Autos nicht gleichzeitig an ein und derselben Stelle auf einer Straße befinden können, ist dies auch bei zwei Signalen nicht möglich. Dies würde zu einer Kollision führen. Die Pakete werden Bit für Bit zerstört. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Ethernet -- Juan C. Fries CSMA/CD Eine sendewillige Station überwacht den Bus (carrier sensing, listen before talking). Ist der Bus frei, wird die Übertragung begonnen, jedoch frühestens 9,6 µs (interframe ) nach Freiwerden des Mediums. Ist der Bus belegt, wird der Bus weiter überwacht bis er nicht mehr als belegt erkannt wird. Dann wird sofort mit der Übertragung begonnen. Während der Übertragung wird der Bus weiter abgehört (listen while talking). Wenn zwei Stationen gleichzeitig senden, tritt dann eine Kollision auf. Wird eine Kollision entdeckt, wird die Übertragung sofort abgebrochen, und ein spezielles Störsignal (jamming signal) wird auf den Bus geschickt. Nach Aussenden des Störsignals wird eine bestimmte Zeit (Binary Exponential Backoff) gewartet, und die Übertragung wird mit einen neuen Versuch gestartet. Es werden maximal 16 Sendeversuche gestartet (backoff limit). Gelingt es einer Station nicht zu senden, bricht sie den Sendeversuch ab und unterrichtet die übergeordnete Protokollsoftware. 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Netzwerkadapterkarte 18.7.2000 Ethernet -- Juan C. Fries