5. aktualisierte Auflage

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1 5. aktualisierte Auflage
Folien zum Buch Rechnernetze 5. aktualisierte Auflage Hanser, 2014 Wolfgang Riggert

2 80-20-Regel 20 % 80 % Backbone 20 % 80 % Workgroup
Serverbandbreite und –geschwindigkeit steigen Latenzzeit-Reduktion Multimedia-Anwendungen Multicast-Anwendungen 20 % 80 % Backbone 20 % 80 % Workgroup

3 Topologie-Übersicht Bus Ring Stern

4 Anzahl der Kommunikationsteilnehmer
Unicast: One-to-one Kommunikation U M Multicast: One-to-many Kommunikation M M A Anycast: One-to-nearest Kommunikation A A

5 Anzahl der Kommunikationsteilnehmer
Philosophenschicht Übersetzerschicht Technikschicht – reale Übertragung

6 ISO-Schichten Application 7. Presentation 6. Session 5. Transport 4.
Network 3. Data Link 2. Physical 1.

7 ISO-/OSI-Referenzmodel
Application Anwendung 7. 7. Presentation Darstellung 6. 6. Anwendungssystem Session Sitzung 5. 5. Transport Transport 4. 4. Network Vermittlung 3. 3. Transportsystem Data Link Sicherung 2. 2. Physical Bitübertragung 1. 1.

8 ISO-Referenzmodell vs.
DoD-Modell OSI-Modell DoD-Modell Netzwerk-Funktion Anwendung Prozess/ Anwendung Anwendung Benutzerschnittstelle Darstellung Sitzung Transport Host-to-Host Garantierte Zustellung Netzwerk Internet „Routing“ zwischen Netzwerken Sicherung Netzwerkzugang Physikalische Verbindung zwischen zwei Punkten Bitübertragung

9 ISO-/OSI-Referenzmodel
Beispiel: Ablage des Wortes 76 54 32 10 = im Speicher: Little Endian n+3 76 n+2 54 n+1 32 Adresse n 10 Big Endian n+3 10 n+2 32 n+1 54 Adresse n 76 Zum Beispiel: Intel IA-32 MIPS64 Alpha SPARC 29K MIPS64 Alpha (optional)

10 Nutzdaten vs. Overhead Host A Host B Subnetz 7. Anwendung Anwendung 7.
Anwendungsprotokoll 7. Anwendung Anwendung 7. Darstellungsprotokoll 6. Darstellung Darstellung 6. Sitzungsprotokoll 5. Sitzung Sitzung 5. Transportprotokoll 4. Transport Transport 4. Netzwerk- Subnetz protokoll 3. Netzwerk Netzwerk 3. Subnetz-interne Protokolle Sicherungs- protokoll 2. Sicherung Sicherung 2. Physikalisches Protokoll 1. Bitübertragung Bitübertragung 1. Physikalisches Medium

11 Analoge Übertragung Spannung (V) Amplitude Phase Zeit Periode
Frequenz = 1/Periode

12 Signalerkennung Bereich für 1 Bereich für 0 Signal t Abtastzeitraum
Undefiniert Undefiniert

13 Bedeutung des Abtastzeitpunktes
Sender Empfänger Signal Taktraster Abtastzeitpunkt Abtastfrequenz zu hoch

14 Codierungsverfahren 1 Manchester NRZI MLT-3
1 Manchester NRZI Non Return to Zero Inverted MLT-3 Multilevel Transmission Encoding - 3 Levels

15 Lichtwellenleiterkabel für den Backbonebereich
Primärverkabelung Lichtwellenleiterkabel für den Backbonebereich

16 Lichtwellenleiter- oder Kupferkabel für den Steigbereich
Sekundärverkabelung Lichtwellenleiter- oder Kupferkabel für den Steigbereich

17 Kupferkabel für den Horizontalbereich
Tertiärverkabelung Kupferkabel für den Horizontalbereich

18 Strukturierte Verkabelung
Primärbereich Sekundärbereich (Vertikalverkabelung) Tertiärbereich (Horizontalverkabelung) 3 2 1

19 Distributed vs. Collapsed Backbone
Distributed Backbone Collapsed Backbone Tertiärverkabelung Tertiärverkabelung Verzicht auf Sekundärverkabelung Sekundärverkabelung Primärverkabelung Primärverkabelung

20 Glasfaseraufbau Primary Coating Secondary Coating Cladding Core

21 Unterschiedliche Glasfaserkabel

22 Multimode-Stufenfaser
Refractive Index Profile High-Order Mode Dispersion r η2 η Input Pulse Output Pulse η1 r Stufenindex Low-Order Mode

23 Multimode-Gradientenfaser
Refractive Index Profile Dispersion r η2 η Input Pulse Output Pulse η1 r Gradientenindex

24 Aufbau eines Kupferkabels
mit 8 Adern

25 Übertragung auf 4 Paaren

26 Ethernet-Entwurf R. Metcalfe

27 Ethernet-Entwurf Station TAP Interface Cable Transceiver Interface
The Ether Controller Terminator

28 (20 Bytes Abstand zwischen zwei Frames)
Ethernet V2 Präambel Ziel-MAC-Adresse Quell-MAC-Adresse Typ Daten Prüfsumme 8 Bytes 6 Bytes 2 Bytes 46 bis 1500 Bytes 4 Bytes Minimale Framegröße: 64 bis max Bytes Frame 1 Frame 2 20 Bytes Prä. Ziel Quelle Typ Daten Prüf. Prä. Ziel Quelle Typ Daten Prüf. Interframe Gap (20 Bytes Abstand zwischen zwei Frames)

29 CSMA nein Medium frei? ja Sende-willig Daten senden

30 CSMA/CD nein ja ja nein Medium frei? Medium frei? Sende-willig Daten
senden Versand erfolgreich nein Warten Störsignal senden

31 CSMA/CD: Zusammenfassung
B C D Carrier-Sense Kollision t0 t1 t2 t3 A möchte senden und horcht A sendet C möchte senden A und C senden Kollision! Ausbreitung der

32 Übertragungskapazität

33 10Base5-Architektur Dropkabel max. 50m min. 2,5m Abschluss- widerstand
Koaxialkabel Transceiver AUI Max. Segmentlänge 500m

34 10Base2-Architektur Abschluss- widerstand Koaxial- min. 0,5m kabel
Anschluss BNC-Stecker Max. Segmentlänge 185m

35 5-4-3 Regel Diese Regel beschreibt die max. Netzausdehnung des Ethernets: 5 Segmente können durch 4 Repeater/Hubs verbunden werden, wobei nur 3 Segmente Host aufnehmen dürfen. 500m 500m 500m 500m 500m 2.500m

36 10BaseT-Architektur PCs Server 100m 100m 100m 100m 100m

37 Fast Ethernet: Medienunterstützung
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 Multimode Glasfaser

38 Ethernet zu FastEthernet
Migration: Ethernet zu FastEthernet Kein Wechsel Anwendungen Anwendungen Kein Wechsel Management Management Kein Wechsel CSMA/CD MAC CSMA/CD MAC Wahlmöglichkeit Wahlmöglichkeit Coax (10Base5) Coax (10Base2) Vier Paar UTP (100BaseT4) (Cat. 3, 4, 5) Fiber (10BaseF) TwistedPair (10BaseT) (Cat. 3, 4, 5) Fiber (100BaseFX) 2 Paar UTP, STP (100BaseTX) (Cat. 5) Ethernet Fast Ethernet

39 FastEthernet zu GigabitEthernet
Migration: FastEthernet zu GigabitEthernet Kein Wechsel Anwendungen Anwendungen Kein Wechsel Management Management Kein Wechsel CSMA/CD MAC CSMA/CD MAC Wahlmöglichkeit Wahlmöglichkeit Vier Paar UTP (100BaseT4) (Cat. 3, 4, 5) Kurz WL Optics (1000BaseSX) Lang WL Optics (1000BaseLX) Fiber (100BaseFX) 2 Paar UTP, STP (100BaseTX) (Cat. 5) Shielded TP (1000BaseCX) Twisted Pair (1000BaseT) Fast Ethernet Gigabit Ethernet

40 ELFEXT-Werte

41 Gigabit-Schichtendiagramm
Gigabit-Ethernet IEEE 802.3 1000BaseSX IEEE 802.3z 1000BaseLX IEEE 802.3z 1000BaseCX IEEE 802.3z 1000BaseT IEEE 802.3ab MM LWL 850 nm MM LWL 1300 nm SM LWL 1300 nm Twinax STP 150 Ohm Cat Ohm 50 µm 500 m* 550 m* 62,5 µm 220 m* 275 m* 50 µm 550 m* 62,5 µm 550 m* 9/10 µm 3000 m* 2 Paare 25 m* 4 Paare 100 m*

42 10-Gigabit-Schichten MAC (Media Access Control)
Reconciliation Sublayer XGMII (10 Gigabit Media Independant Interface 64B/66B PCS PMA PMD 64B/66B PCS WIS PMA PMD 8B/10B PCS PMA PMD MDI MDI MDI 10GBase-R 10GBase-W 10GBase-X

43 IPv4-Header 0-3 4-7 8-11 12-15 16-19 20-23 24-27 28-31 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

44 ARP-Paketaufbau 0-3 4-7 8-11 12-15 16-19 20-23 24-27 28-31
Hardware-Adresse Protokoll-Adresse Hardwareadresslänge in Byte Protokolladresslänge in Byte Operation Code Hardware- und Protokolladresse des Senders Hardware- und Protokolladresse des Empfängers Operation Code ARP request = 1 ARP reply = 2 RARP request = 3 RARP reply = 4 Die Hardware Adresse entspricht der MAC-Adresse, die Protokolladresse der IP-Adresse.

45 Paketschichtung Anwendungsschicht (Telnet, FTP etc.) Transportschicht
(TCP, UDP) Netzwerkschicht (IP) Verbindungsschicht (Ethernet, TR etc.) Daten TCP/UDP Header Daten IP Header TCP/UDP Header Daten Ethernet Header IP Header TCP/UDP Header Daten Ethernet Trailer

46 TCP Header 0-3 4-7 8-11 12-15 16-19 20-23 24-27 28-31 Source TCP Port Nummer Destination TCP Port Nummer Sequenz-Nummer Acknowledgement-Nummer Offset Reserviert Flags Window Größe TCP Prüfsumme Urgent Pointer Optionen Padding Daten

47 TCP-Verbindungsaufbau
Hanna Fritz SYN (Kann ich mit dir sprechen?) SYN, ACK (Sicher, was gibt‘s?) ACK, Daten (Gut, ich höre dich, blabla…)

48 TCP-Verbindungsabbau
Hanna Fritz FIN (Das ist genug für heute, bye.) ACK (OK, tschüss!) ACK (Verbindung geschlossen) FIN

49 IP-Adressbeispiel 1 Verwaltung ITK-Abteilung Geschäftsleitung
Geschäftsleitung

50 Unternehmens-netzwerk
IP-Adressbeispiel 2 Ein bekanntes Netz, sieben Subnetze. Unternehmens-netzwerk Internet Lokaler Router

51 Netzwerk- und Hosteinteilung
der Adressklassen Class A Network Host Octet 1 2 3 4 Class B Network Host Octet 1 2 3 4 Class C Network Host Octet 1 2 3 4 Class D Host Octet 1 2 3 4

52 IP-Adresshierarchie Netzwerk-ID: Identifikation des physikalischen Netzwerkes Host-ID: Identifikation des Rechners am Netzwerk Netzwerk des Unternehmens XY (Netzwerk-ID) Rechner des Mitarbeiters des Unternehmens XY (Host-ID)

53 Host-Adressen E0 E1 IP: 172.16.2.1 /16 IP: 10.6.24.2 /8 172. 16. 200.
11 255. 0. 10. 1. 1 255. 0. E0 E1 172. 16. 3. 10 255. 0. 10. 250. 8. 11 255. 0. 172. 16. 12. 12 255. 0. 10. 180. 30. 118 255. 0. 172. 16. 12. 12 255. 0. Network Host Forwarding Table Network Interface E0 E1

54 IP-Header-Veränderungen
0-3 4-7 8-11 12-15 16-19 20-23 24-27 28-31 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 Geändert Entfernt

55 IPv4-Header 0-3 4-7 8-11 12-15 16-19 20-23 24-27 28-31 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

56 IPv6-Header 0-3 4-7 8-11 12-15 16-19 20-23 24-27 28-31 0-31 Version
Klasse Flow Label 32-63 Nutzlastlänge Nächster Header Hop Limit 64-95 Quell-IP-Adresse (128 Bit) 96-127 Ziel-IP-Adresse (128 Bit)

57 Extension Header IPv6 Header Next Header = TCP TCP Header und Daten
Routing Header Fragment Fragment of TCP Header

58 Adressklassen für IPv6 Global Unique-Local Link-Local

59 Kommunikation in Mobile IPv6
Kommunikationspartner Home Agent Foreign Agent Dreiecksverbindung Mobiler Rechner

60 Broadcast- und Kollisionsdomäne
Broadcastdomäne Layer 2-Switches trennen Kollisions- aber keine Broadcastdomänen Kollisionsdomäne

61 Cut-Through-Verfahren
DA SA L oder Type PDU + PAD FCS 6 2 46 – 1500 4 Bytes First in Ermitteln des Zielports aus der Switchingtabelle Herstellen der Verbindung First out Cut Through Latency Fifo-Latency Cut Through-Switching Quelle: Bildungsinitiative Networking

62 Store-and-Forward-Verfahren
DA SA L oder Type PDU + PAD FCS 6 2 46 – 1500 4 Bytes First in Last in 64 bis zu 1518 Bytes Ermitteln des Zielports aus der Switchingtabelle Herstellen der Verbindung First out Lifo- Latency Fifo-Latency Store and Forward Switching Quelle: Bildungsinitiative Networking

63 Switchingablauf Frame E0 E6 Switching Tabelle MAC Address
Destination 0002.ABCD.EF12 MAC Address Output Interface AAAA.1111.BBBB Ethernet 10 AFFC Ethernet 5 Ethernet 0 AA05 0002.ABCD.EF12 Ethernet 6 0005.3ADB.1112 Frame Paket E0 E6 Switching Tabelle MAC Adresse: MAC Adresse: 0002.ABCD.EF12

64 Redundante Switches Switch 3 Switch 1 PC 2 Switch 2 PC 2

65 Redundante Bridges Station A Segment A 1/1 2/1 Bridge 1 Bridge 2 1/2
2/2 Segment B Station B

66 Routerszenario Station A Station B Router 1 Router 2 Station C
Station D

67 Routingablauf Netz A Netz D Router 1 Router 2 Router 3 Netz B Netz C
S0 S0 S1 S0 E0 Netz Interface A E0 B S0 C D Netz Interface B S0 C S1 A D Netz Interface C S0 D E0 B A

68 Routingtabelle Netzwerk Interface Nächster Hop Metrik Alter Port
Ethernet0 [170/304793] 02:03:50 D [110/9936] O [120/3] 00:00:20 R C

69 Routingschleife B Netzwerk 1 unerreichbar C A E D Alternativroute:
Netzwerk 1, Hops 3 Alternativroute: Netzwerk 1, Hops 4 Netzwerk 1 ausgefallen

70 TTL-Ablauf TTL = 0 Sender Router A Router B Ziel TTL = 1 TTL = 0
IP S: Sender D: Ziel TTL = 1 TTL = 0 S: Router A D: Sender TTL expired Sender Router A Router B Ziel IP S: Sender D: Ziel TTL = 2 IP S: Sender D: Ziel TTL = 1 TTL = 1 TTL = 0 S: Router B D: Sender TTL expired S: Router B D: Sender TTL expired Sender Router A Router B Ziel

71 Switch-Router-Taxonomie
Kontrolle Kosten Layer 3 Routing Route everywhere Layer 3 Cut-Through Route once, switch afterwards Layer 2/3 VLAN- Switching Switch where you can, route where you must Layer 2 Switching Switch everywhere

72 MIB-Baum

73 Serverplatzierung Die Server hinter einem Router zu platzieren,
stellt sicher, dass das MAC-Spoofing diese Server nicht beeinträchtigt. Router 1 Router 2

74 Serverplatzierung Wellenlänge Frequenz [Hz] NF- Bereich HF-
3.000km 30km 102 103 104 105 106 107 108 109 1010 1011 1012 1013 1014 1015 1016 1017 1018 300m 3m 3cm 300µm 3µm 30nm 0.3nm Frequenz [Hz] NF- Bereich HF- Mikrowellen- Optischer Röntgen/ Gamma- bereich Analoge Telefonie TV & FM- Radio Mikrowellen- ofen Röntgenbilder AM-Radio Mobile Telefonie

75 Access Point Access Point 54 Mbit/s Bandbreite CSMA/CA

76 Kanalüberlappung Channel 5 10 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 4 9 3 8 2 7 1 6
2400 2441 2483

77 Kanalabdeckung Ch1 Ch11 Ch6

78 WLAN-Zeitspannen DIFS PIFS Zufälliger Backoff-Mechanismus DIFS SIFS
Medium belegt Nächster Frame Wartezeit

79 WLAN-Paketformat 1 2 3 Rechner 1 Access Point 1 Access Point 2
Frame Control Duration Access Point 1 Rechner 1 Rechner 2 Sequence Control 2 Access Point 2 3

80 WEP-Funktion Initialisierungsvektor = 24 Bit Zufallszahl IV IV
Schlüsseltext Schlüssel 40 oder 104 Bit kombinieren RC4-Algorithmus X O R Klartext kombinieren Integritätsalgorithmus Prüfsummenberechnung