Grundlagen der Netzwerktechnik

Grundlagen der Netzwerktechnik
Netzwerk: Gruppe verbundener Systeme die miteinander kommunizieren können!
Systeme: PC`s, TK- Einrichtungen
Kommunikation: Kabelgebunden  Twisted pair
 Koaxialkabel
optisch
 Lichtwellenleiter
 Freiraumübertragung
Funkübertragung
 verschiedene Standards
Netzknoten: Sende- Empfangsysteme, zwischenliegende Systeme
Funktionen: Vermittlungsfunktion (Routing), Speicherfunktion (Store), Regeneration
(Repeater), Protokollwandlung (Gateway), Senden (TX), Empfangen (RX)
Verbindungsstrecken: Kabel, Funk, Licht
Begriff Kommunikation: Austausch (zweiseitig oder mehrseitig) Übermittlung (einseitig)
Ohne oder mit Kontrolle der korrekten Übertragung
Mit oder ohne Zeitanforderungen
Einfache Kommunikationsmodelle
Einfaches Modell: Punkt zu Punkt Verbindung
TX
TX
RX
RX
RX
TX
LAN
MAN
WAN
Local Area Network
1 km
Grundstück
Privat
Keine Gesetze
Metropoliten Area Network
10 km
Ballungsraum (Stadt)
Kabelnetze
Gesetze des Betreibers
Wide Area Network
100 km
Welt
Telefongesellschaft
Gesetze des Staates
GAN (Global Area Network)
Austausch von Daten (digital) Sprache, Binärfiles, Bilder
Übertragungsmedium
Leitungsungebunden
Laser Funk Infrarot
metallischer Leiter
Mikrowelle
Leitungsgebunden
metallischer Leiter
Symmetrische Koaxleitung
Kupferleitung
nicht
Glasfaser
Stufenindex
Gradienten
Monomode
Übertragungsverfahren
Basisbandverfahren
Trägerbandverfahren
Breitbandverfahren
Buszugriffsverfahren
Deterministische
stochastische
Verfahren
Verfahren
(senden der Daten genau zeitlich definiert)
(senden der Daten zeitlich zufällig)
CSMA/CD
Carrier Sense Multiple Access with
Collision Detection
Kabelarten
50 OHM
75 Ohm
93 Ohm
105 Ohm
Ethernet
RG58
Thin, Chespernet
10 Base2
10 Base5
Theck, Yellow Cabel
Breitband-Dienste (Fernsehen)
Arcnet
RG62
Twinax
Verkabelungsarten
Kategorie
Cat.1
Klasse
A
Frequenzbereich
100 kHz
Netzanwendung
Analoge Sprache
Cat.2
Cat.3
B
C
1
16
Digitales Telefon
Einfache Datendienste
Cat.4
Cat.5
Cat.6
20
D
E
Simplex: gerichtet in eine Richtung
Halbduplex:
der
100
300
S
E
Hochleistungsdatendienste
Höchstleistungsdatendienste
E
S
wechselseitige Übertragung, zeitmultiplex (Umschalteinrichtung zum Wechsel
Übertagungsrichtung)
S
E
E
S
Vollduplex: „gleichzeitige“ Übertragung in beide Richtungen (Gegensprechen) Bsp.:
Frequenzmultiplex
S
E
E
S
Asynchrone Übertragung: kein gemeinsamer Zeittakt zwischen TX und RX
Taktinformation durch ein Starbit oder eine Startsequenz (Festgelegte
Bitfolge)
bestimmt
Zeichen und Blockende durch Stoppbit
Synchrone Übertragung: alle Binärzeichen in festen Zeitraster
Synchronismus zwischen den Stationen
Taktübertragung durch separate Taktleitung, selbsttaktende
Leitungscodierungen,
(enthalten Informationen und den Takt in den Signalflanken
Einzelverbindung- Unicast
Gruppenverbindung- Multicast
Rundsenden (an alle)-Broadcast
Erforderlich für Netzwerk
Hardware
Netzwerkkarten
und Weise der
ISDN-Karten
Netzwerkkabel
Software
Übertragungsprotokolle
spezielle Teile des Betriebssystems
legen Art
Treiber
Netzwerk-Betriebssysteme
Datenübertragung fest
(Schichtenmodell)
Internationale Standards
Aufgabenverteilung im Netzwerk
Einfaches Netz: zwei Computer
PC
1
LW:A:
INTERLNK
COM
LPT
C:
D:
E:
INTERSVR
A:
C:
PC
2
Peer to peer- Netzwerk:
keine Zusatzsoftware (ab W3.11)
Alle Rechner gleichberechtigt
Jeder kann Ressourcen zur Verfügung stellen (speziell Ordner, Drucker,
Modem,
Freigabe)
Keine zentrale Verwaltungsinstanz
Geringe Datensicherheit
Für kleine Netze geeignet
Preiswerte Lösung
Client-Server Netzwerke: mindestens ein Rechner in der Hierarchie höher (Server)
Ein leistungsfähiger Rechner
 Mit umfangreichen Kommunikationsmöglichkeiten (mehrere Netzwerkkarten, ISDNKarten)
 Umfangreiche Speichermedien
 Besonders gesichert gegen Stromausfall (USV) und gegen Datenverlust
(Festplattenspiegelung)
 Zentrale Verwaltung der Benutzerkonten (Accounts) und Anmeldung der Benutzer




(heute- Netzerkennung und Passwort) (künftig- biometrische Verfahren)
Nutzerkonto kann beinhalten: Zugriffsrechte, Einlogzeiten, Speicherplatz
Server sollte von einer Person (Admin) verwaltet werden
Server sollten in einem speziell gesicherten Raum stehen (Klimaanlage,
Zugangskontrolle)
Aufteilung auf mehrere spezielle Server (File~, Print~, Fax~)
Groupware Net Meeting: Chat, Witheboard, gemeinsame Dokumentenbearbeitung
Datenverbund
Funktionsverbund
Datensicherung
Verfügbarkeit
Lastverbund
Wartung
zentral, automatisch
Ausfall, Zuverlässigkeit
Fernwartung
Topologien: Verbindungsstruktur eines Netzes
Physikalische Topologie
Lage, Form der Verkabelung
Logische Topologie
Zugriffsorganisation
Müssen nicht
Übereinstimmen
1. Vollständiger Graph
jeder Knoten mit jeden verbunden
hohe Zahl von Verbindungsleitungen (teuer)
3 Stück
3 Leitungen
4
6
5
10
V= n*(n-1)
10
45
2
100
4950
Erweiterungen schwer möglich
Optimale Verbindungseigenschaften
Kein Routing ~dann störanfällig
Mit Routing ~sehr zuverlässig (Alternativstrecken)
Ringstruktur
Geschlossene Kette gerichteter Punkt zu Punkt –Verbindungen
Jede Station ist aktiv (Repeater)
Große Netze
Daten nur eine Richtung
Ausfall einer Stationen = Netzausfall (wenn nicht spezielle Maßnahmen)
Kein Routing nötig (falls Information adressiert)
Gut für Lichtwellenleiter
Sternstruktur
 Zentrale, die alle Verbindungen übernimmt
 Leistungsfähig, genügend Anschlüsse
 Hub
Verteiler (HUB)
 Ausfall der Zentrale= Netzausfall
 Auch als Broadcast- Netz
Baumstruktur (Kaskadierter Stern)
Busstruktur
Gemeinsame Übertragungsmedien
Stationen passiv angekoppelt
Keine Signalverstärkung
Hinzufügen oder entfernen von Strukturen problemlos
Kabelunterbrechung= Netzausfall
Anfang und Ende des Buskabels müssen terminiert sein (Abschlusswiederstand)
Backbone
Leistugsfähig
Maschennetz
Es existieren zwischen den einzelnen Netzknoten jeweils mehrer Verbindungen.
Wenn eine Verbindung ausfällt, kann auf eine andere Verbindung zurückgegriffen werden.
DB
logarithmisches Maß |a|db 20*Lg |Uausg|
gemessen am gleichen
Wiederstand
|Ueing
Kabelarten |
Koaxialkabel: war häufigste Form der Netzwerkverkabelung, sie sind günstig und wenig
störanfällig.
Besteht aus Mantel, Abschirmung, Isolation und Innenleiter
Ausführungen:
75 OHM (RG 59), für Breitbandnetze (Kabelfernsehen)
50 OHM (RG 58), für Computer-Vernetzung
93 OHM (RG 62), für ArcNet- Netzwerke oder IBM 3270-Terminals
Um eine Reflektion zu verhindern, müssen die beiden Enden mittels eines
Sbschlusswiederstandes in Größe der Impedanz, terminiert werden.
Die Abschirmung darf keinen Kontakt zum Innenleiter aufweisen.
Thicknet (10Base5): wird auch als „Yellow Cable“ oder Standard-Ethernet Kabel
bezeichnet.
Durchmesser beträgt 1 cm und ist bis 500 m verwendbar
Verwendung bei kleineren Thinnet- Netzwerke als Backbone
Nur ein Abschlusswiederstand muss geerdet werden
Thinnet (10Base2): wird oft als Cheapernet bezeichnet
Mantel ist grau oder schwarz
Durchmesser 0,5 cm und bis 185 m im Busnetz verwendbar
Für schnelle und einfache Vernetzung weniger PCs bietet sich das
Thinnet-Kabel an
Funkübertragung
WLAN: Vorteil: Geräte sind ortsveränderlich
Reichweite relativ gering, vom Gebäudeaufbau abhängig
Nicht abhörsicher
Kann gestört werden
ISM-Frequenzbereiche (I-Industrie, S-Spiel, M-Medizin
Multifrequenz
Frequenzhopping
(Frequenzunterbänder)
Brandspreiteverfahren
(volle Bandbreite)
Bluetooth- Technik











Offener Standard im Bereich 2,4 GHz (www.bluetooth.com)
Spreizsprektum- Technik: 1600Frequenzsprünge/Sekunde
Auf 79 Frequenzen (2,402---2,480 GHz)
Reichweiten 10- 100m
Datenrate 1Mbit/s
(im gleichen Frequenzbereich liegen weitere Anwendungen z.B IEEE 802.196,802.11
Möglichkeit gegenseitiger Störungen
Bei Funk-LAN z.Z. Vielzahl konkurrierender Lösungen
Marktanteil z.Z. 1% (2003~10%)
Gebäude-Gebäude-Vernetzung über fremde Grundstücke hinweg
Datenraten unter den im Kabelgebundenen Netzen (bis 24 Mbit/s)
Netzwerkkarten
 Serielle Datenübertragung (alle LAN, WAN, arbeiten seriell) Bit für Bit
 Sitzt Bussignale in Netzwerkstandart
Konfiguration Plug and Play
Interrupt IRQ
zuweisen, Jumper
I/O Adresse
DIP-Schalter, Software
MAC-Adresse (Media Access Control)
Fest in jeder Karte eingebrannt, kann nicht geändert werden
 6 Byte lang 48 BIT (248)
 vergeben von der IEEE
 hexadezimal dargestellt
 damit kann unabhängig vom gefahrenen Protokoll jeder Rechner eindeutig adressiert
werden
 Treiberinstallation --> passend zum Betriebssystem
Signalübertragung
Bassband (BASE)
bei allen LAN-Standards
mehrere Signal direkt übertragen
moduliert (WAN)
Breitband (Signal auf einen oder
Trägerfrequenzen
Bitfolge: 1 1 0 1 0 0 1 1 1 0 100 ns-> 10Mbit/s
Zugriffsverfahren MAC-Verfahren
Detaminiestisch
stochastisch
Senden nur wenn
zufälliges senden
Zugriffserlaubnis vorhanden,
Möglichkeit, dass Kollisionen
Token
auftreten, die aufgelöst werden müssen
Bsp.Master Slave
Bsp. ALOHA-Verfahren
TOKEN PASSING (logischer Ring)
Demond Priority
CSMAICD
CSMAICA- Avoidance
CSMAICD:
 Jede Station hört das Medium ab
 Wenn Kanal als frei erkannt wird, senden gleichzeitig abhören und Vergleich der
Signale
 Wenn Abweichungen bemerkt werden-> Kollision
 Sendeabbruch /JAM-Signal
 Erneute Sendeversuche nach Zufallszeit
Ethernet
XEROX Anfang 70 Jahre
1.Variante 100 Rechner 2,94 Mbit/s
normales Ethernet 10 Mbit/s
Schnellere Varianten, Fast Ethernet 100 Mbit/s
Gigabit Ethernet 1000 Mbit/s
Nur 40 % der vollen Brandbreite nutzbar bezüglich der Struktur der Datenpakete (Frames)
gibt es zwei Varianten.
Ursprünglich Standard IEEE802.3
Varianten: 10 Base 5 max. Segmentlänge in 100 m (500m) (gerundet)
Datenrate Basisband
5-4-3-Regel: 5 Segmente, max. 4 Repeater (Signalverstärker) nur an 3 Segmente dürfen
aktive Stationen angeschlossen werden
10BASE T->Twisted Pair
100BASET (Fast Ethernet)
HUB
PC
PC
PC
Verlegung erfolgt als Sterntopologie
10BASE-F
Glasfaser (2000m)
Gigabit Ethernet
1000 BASE
SX-Glasfaser (Multimode)500m
LX- Glasfaser 550m (Multimode), 2000m (Monomode)
CX- Twinax BNC- 25m
T - UTP 100m
Kat5 vierpaarig
Token Ring






Normung ist 802.5
Ist als Stern aufgebaut
Wird in einem zentralen Gerät realisiert
Einsatz von Twisted Pair und Glasfaser möglich
Jede Station muss an einen Ringleitungsverteiler (MAU oder SMAU) angeschlossen
sein
Die Ringleitungsverteiler erkennen wenn eine Station nicht aktiv ist und leiten den
Token weiter
RLV (Ringleitungsverteiler): Bsp. IBM 8228
 Entfernung zweier RLV 200m (STP) und 2km (LWL
 jede Station wirkt als Repeater
 in Ruhezustand rotiert nur das Token
 sendewillige Station muss auf das Freitoken warten
 Prioritätsstufen können verschieden sein
 Ständige Ringüberwachung möglich (Monitorring)
ARC-Net IEEE802,4(1977 Datapoint)
 Ist Busnetz auf Koaxkabelbasis (93 Ohm)
 Logischer Ring (Token-Passing Zugriff)
 Varianten: 2,5 Mbit/s max256 PCs (Datapoint)
 20 Mbit/s max 2047 PCs´(NCR)
 100 Mbit/s Glasfaser, Twisted Pair
 Hubs erforderlich
 Aktive Hubs und Busleitungen haben meist 8 Anschlüsse
 Passive Hubs bieten für 3 Geräte Anschluss
passiv, aktiv
HU
B
Normen/ Modelle
Kommunikationshindernis= Unverträglichkeiten zwischen Standards
Erforderlich: Übergänge (Gateways) in sehr großer Zahl
Gemeinsamer Zwischenstandard
Standard:
 ungehinderte Kommunikation
 technische Entwicklung nicht behindern
 ordnungspolitisches Instrument
 Firmenstandards
 Am Markt als „de facts“ Standard
 Von Behörden „de jure“ festgelegt
 Standards müssen global gültig und anwendbar sein
 Es existieren weltweit entsprechende Gremien
 ISO
TC Technischer Committee
SC Subcomm.
TC97
Information Processing Systems
Protokolle
Kommunikationsregeln im Netzwerk
Protokollfamilien
Protokollstock
(Stock= Stapel)
ISO OSI 7Schichten-Modell
1-3 Transportfunktion (~protokolle)
4-7 Anwendungsfunktionen (~protokolle)
Es existieren Abwandlungen, die sowohl mehr als auch weniger Schichten enthalten können
Schichten verbunden über SAP (Service Accers Point)
SAP ist eine Schnittstelle
Von oben nach unten 7
1
Jede Schicht übernimmt die Netzdaten von der darrüberliegenden und fügt ihre
Verwaltungsinformationen zu
Daten
Daten
Verwaltungsdaten, Header
Schicht1 (Physikal Layer) Bitübertragungsschicht: gewährleistet ungesicherte
Binärübertragung auf der Strecke
Mechanisch, Elektrisch
Schicht2 (Data-Link-Layer) Sicherungs-/Datenverbindungs-Schicht): Fernanmeldung (Paket,
Datagramm)
Header
Daten
Trailer
Quelladresse, Zieladresse, Steuerinformationen
Gesicherte Übertragung
Flusskontrolle
Schicht3 (Network-Layer) Vermittlungs-/Netzwerk-Schicht: optimaler Verbindungsweg
(Routing)
Muss im gesamten Netz existieren
Routing (Vermittlung)
Leitungsvermittlung
Adressinformation vor Verbindungsaufnahme schaltet
in jedem
Permanenten Kanal durch, da während der
werden von
Gesamten Verbindung besteht
ausgewertet
Paketvermittlung
Adressinformationen sind
Dateipunkt erhalten und
Schicht 3 in Router
Schicht 4 (Transport-Layer) Transportschicht
Adressübersetzung z.B. Name
Rufnummer
MTU- MAX. Transmission Unit
Transport
Präampel
Synchronisation
101010
7 Byte
Quelladresse
Source Address
SA
Zieladresse
Destination DA
Typ 2Byte
übergeordneter Protokolltyp
Übergeordnete Protokolle
Protokollstacks
Net BIOS (Net BEU) nicht routingfähig
IPX/SPX
TCP/IP: heute Standard, systemübergreifend, für heterogene Netze geeignet, im Internet
weltweit realisiert,
es gibt nur 4 Schichten
TCP/IP
OSI
4 Anwendung (5,6,7) z.B http, FTP
3 Transport (4)
TCP
2 Internet
(3)
IP
1 Subnetz
(1,2) Ethernet, FRAME
Adressierung: 32 Bit=4Byte (IP Version 4)
(neue Version Ipv6->6Byte)
Schreibweise 0...255.0...255.0...255.0...255
„Private Adressbereiche“ werden im Internet nicht geroutet
für LAN
TCP: Dienstunterscheidung durch Portnummer (z.T. der Anwendung fest zugeordnet in den
RFC (Request for Commats)
Protokollstock: Subnet-Schicht
 Punkt zu Punkt Festverbindung
 Wählverbindung (ISDN, analog, xDSL)
 Paketnetz X25, ATM
 LAN (ARP-> Adress Reulution Protokoll
Internet-Schicht
 Internet Protokoll
 ICMP Internet Control Message Protokoll Bsp. Ping
Transportschicht
 TCP (Portnummer)
 UDP (User datagramm Protokoll) z.B. DNS (Domain Name System)

Anwendung: Ping, Mail, (Pop3, SMTP), http, FTP, TELNET
Strukturierte Verkabelung
Tendenzen: Integration verschiedener Netze, viele Dienste= ein Netz
Verkabelung im Gebäude soll zukunftssicher sein
Konzept Strukturierte Verkabelung EN 50173
3 Bereiche Primär-Sekundär-Tertiär
2LWL
LWL/CU
Geräte zur Kopplung von Netzen
1. Repeater: Signalverstärker, Regenerator
Schicht
1
Beide Seiten, gleiche Netztechnologie
Remote Repeater
Cu
LWL
Cu
~2km
Multiput-Repeater
HUB
aktive (auch Verstärker)
Passive (nur Signalverteiler
Bridge
 Verbindet verschiedene Netze (z.B. Ethernet= Token Ring)
 Wertet Schicht zwei aus (Hardwareadressen anhand von Adresstabellen)
Router (Schicht 3)
 Wertet z.B. IP Adressen aus
 Heute multiprotokollfähig