Schichten - Protokolle

Kap 1. ISO-OSI Referenzmodell
OSI - Open System Interkonektion
Architektur
- Schichten
- Protokolle
- Schnittstellen zwischen den Schichten
1. Physikalische Ebene
Eigenschaften der physikalischen Verbindungen
2. DataLink Ebene
Steuerung der Übertragung (z.B. BSC; DHDLL => WAN
Eth, TR, FDDI => LAN )
3. Netzwerk Ebene
Steuerung der Nachrichten ( Meldungen ) innerhalb des globen Netzes. Aufteilen der
Nachrichten in Pakete
4. Transport Ebene
Übertragung der Meldungen unabhängig vom Datennetz.
5. Sitzungs Ebene
Steuerung der logischen Verbindungen
( Verbindungen zwischen Reden - Prozesse )
6. Darstellungs Ebene (Präsentation)
Interprätation der übermittelten Pakete.
7. Anwendungs Ebene (Applikation)
Informationsdienste für Anwendungen
1,2,3 => Kommunikationssysteme
1.2 Schichten Konzept
Terminologie: - Service User
- Service Provider
- Service Access Point ( SAP )
[= Sockets im Falle von TCP / UDP ]
- Protokoll Data Unit ( PDU )
- Protokoll Entity
Funktionen:
- Encapsulation
Daten komprimieren/codieren zur schnelleren
Übertragung & Sicherheit
- Segmentation
Daten können nicht so schnell weitergereicht
werden, wie sie ankommen.
( Ethernet nur 1500 Byte auf einmal
Token Ring 4000 Bytes )
=> Daten zerlegen und mit Identifizierung versehen
um sie wieder zusammensetzen zu können.
- connection Establishment / ( Verbindungsaufbau, abbau ) Close
- Flow Controll
Verbindung ist aufgebaut, Daten werden übertragen
( Flußkontrolle )
- Error Controll
( Fehlerkontrolle )
- Multiplexing
Puffer des gegenübers voll => bitte um Wartezeit
=> es darf nicht gesendet werden
! Verbindung muß bestehen bleiben.
Wenn Daten nicht “verstanden” werden
=> Korrektur des Packets
Mehrere Verbindungen pro Kanal zu übertragen
Informations-Aufbau: (Meldungsaufbau) innerhalb des Schichtenturms.
Kommunikationsmechanismus zwischen Schichten
Service Spezifikationen:
- Request
- Indication
- Response
- Confirm
Protocol Operation
Timer Interface: Abarbeitung in Echtzeit!
Menagment Interface: Fehler?-> Bereinigung
Kap 2: Protokoll-Klassifikation
2.1 Simple Nonpolling (Prot) Vereinbarung
DTE = Daten Terminal Equipment
DTE
RS232C
DTE
Beschreibung RS232C:
Pins: 1 Schutzerde, 2 Sendeleitung, 3 Empfangsleitung 7 Betriebserde
+3 bis +15 = 0, -3 bis -15 = 1
1. RTS/CTS - Methode
Verbindunsaufbau ( Handshake / MODEM - Leitungen )
Ÿ RTS (4) ->
Ÿ CTS (5) <Ÿ DTR (20) ->
Ÿ DSR (6) <Ÿ RD (2) ->
Ÿ RD (3) <Ÿ Erde (7) ---
2
3
4 RTS
5
CTS
6
20
Asynchron: Bitweise übertragen:
Start
Data 5-6-7
Parity Stop
1 Bit 1 1/2 Bit
2Bit
even
odd
Stop
Start
T
T => Baud - Rate
Ÿ 9,6 Kbit/sec
Ÿ
Ÿ 56 Kbit/sec
Ÿ
Synchrone - DÜ
Tx
Rx
BCC ~ CRC
Takt
SYN SYN
Kopf
0x16 0x16
DATEN BCC PAD
max 1-1.5sec
Datenübertragung
DATA
CTS <- off (Ende)
2. Xon / Xoff - Methode
Ÿ
Ÿ
Kein Verbindungsaufbau
Keine Bestätigung
Pause
Ÿ
Flusskontrolle mittels Xoff
2.2 Polling / Selekt Konzept
Konfiguration: Punkt zu Punkt Verbindung
Verbindungsaufbau:
A) Data Receive: - Poll (Aufforderung Daten zu senden)
B) Data Send: - Select / ACK (Aufforderung Daten zu empfangen )
NAK ( not ACK ) ( ACK = Acknowledged)
P = Primary ( Master )
S = Secondary ( Trabant )
Verbindungsaufbau:
A) EOT
B) EOT
Konfiguration: Multipunkt - Verbindung ( 1 Binary, und Secondary über1 Kanal! )
A) Master - Slave - Verbindung
B) Slave - Slave - Verbindung
2.3 Fehlerkontrolle
Mechanismen:
Ÿ
Ÿ
Ÿ
Ÿ
Ÿ
Szenario:
STOP & WAIT
Zeitzähler -> Zeitüberwachung
Wiederholzähler-> Wiederholungs - Überwachung
Durchnummerierung von Meldungend
(Pol, Frames)
Durchnummerierung von Bestätigungen
STOP & WAIT mit WZ + ZZ
D0
STOP nac 1. Sendung
WAIT
Auswertung
ACK0
Bestätigung
D1
WAIT => ZZ setzen
WZ =+1
WAIT
WZ = 0
D1
ACK1
ZZ = 0
D0
ACK0
BCC
Kopf
Pos. ACK
Neg. NAK
1. STOP & WAIT:
Vorteile:
Nachteile:
- Einfach zu implementieren.
- Datiepakete werden nicht durchnummeriert
Nur die ACK-Pakete werden nummeriert
Bzw. ACK0 / ACK 1
Performance WAIT intervall >>> Sendeintervall
Beispiel: BSC / MSV1 ist laut STOP & WAIT Mechanismus implementiert
2. SELECTIVE REPEAT::
Sehr selten verwendet
3. GO-BACK to N
( Auf Folie ausbessern bei Methode GO-BACK-N auf der unteren Leitung fehlt ACK1 )
2.4. Flußkontrolle:
Wieviele Pakete sind ohne Bestätigung nacheinander zu senden????
Abängigkeit:
Ÿ
Ÿ
Puffergrößeauf beiden Seiten
Auswertungszeit (Verfügbarkeit) auf beiden Seiten
Lösung: Anzahl Pakete wird vor der Übertragung von beiden Seiten ausgehandelt
Fenster-Technik (WINDOW)
Sliding Window
2.5 Zeichenorientierte Protokolle für DataLink Ebene / WAN
Varianten:
Ÿ BSC (IBM) -> Labor Übung
Ÿ MSV1 (Siemens)
Ÿ DDCMP (DIGITAL)
2.5.1. BSC
Phasen:
Ÿ
Ÿ
Ÿ
Verb. Aufbau
Datei-Übertragung / Text-Übermittlung
Verb. Abbau
Prinzip:
Ÿ
Ÿ
STOP & WAIT
Master-Slave ( Sendeaufforderung / Empfangsaufforderung )
Polling / Select
Ÿ Synchron Datenübertragung
Ÿ Zeichenorientiert
Formate:
1. Non-Transparent-Data
XT E
PADPAD SYN SYN STX
DATA
BCC PAD
Sonderzeichen
BCC: Wird berechnet (ähnlich wie CRC) gemäß eines vorher vereinbarten Algorithmus
E.
S.
BCCs
BCCe
Über alle Daten einschließlich ETX ausschließlich STX
BCCS vgl BCCE -> Ergebnis -> pos. ACK
-> neg. ACK (NACK)
i
2. Mehr-Block Übertagung
b
-> Leader = Feste Länge
( Information bezüglich Adresse des Empfängers =
Z.B. Innerhalb einer Multipunkt-Konfiguration )
Protokoll-Ablauf:
Bemerkung:
Es gibt KEINE Std. Darstellungsform.
e
r
Varianten:
Ÿ Als Zustandsdiagramm
Ÿ Als Flußsequenzen
Ÿ Etc.
Ablauf-> Fehlerfrei
Station
SYN
PAD
SYN
Master
ENQ
PAD
DATA
E T X
BCC
SYN V
SYN
S T X
Empfang ACK0
unnumerierte Blöcke
Empfang ENQ
ACK0
PAD
Station bereit, Verbindung
aufzunehmen.
(Meldung zu empfangen)
Empfang Block
BCCm vgl. BCCs => OK
(vorausgesetz: STX & ETX erkannt!
STOP&WAIT
ACK1
....... DATA ......
Empfänger
( pos. ACK werden
alternierend (ACK0/1)
gesendet)
ACK0
....
EOT
Station wartet erneut auf
Verbindungsaufbau
Ablauf-Seqeunzen:
1: Fehlerfreier Ablauf bei DÜ
Anfrage
Anfrage = ENQ
Bestätigung 0 = ACK 0
1 = ACK 1
Best. 0
Datenblock
Best. 1
Datenblock
Best. 0
usw.
Ablauf -> Fehlerkontrolle ( Sequenz )
A
a)
B
Datenblock n
Best 1
Wait ca. 3sec
Fehler
TIME-OUT
Anfrage
Best 1
Datenblock n+1
b)
Schlussfolgerung
( - DBlock n richtig angekommen
- Weiter mit DBlock n+1 )
Datenblock n
Best 1
Fehler
Datenblock n+1
Wait ca. 3sec
TIME-OUT
Anfrage
Best 1
Datenblock n+1
usw.
Best 1 => Datenblock n ist zuletzt richtig
erhalten.
Datenblock n+1 erneut senden
Flußkontrolle:
A Verzögerung durch Sender
A
B(Sender)
D. Bl(n)
Zeitraum
ca. 2sec
Wartezeit
Best.1
Verzögerung( STX ENQ)
Rückfrage (NAK)
Zeitraum ca 2sec
Wartezeit
(STX ENQ)
NAK
Zeitraum ca 2sec
D. BL(n+1)
ACK0
B Verzögerung durch Empfänger
A
D. Bl(n)
B(Sender)
keine mögl.
D.Bl(n) aus zu W.
Wartezeit = 2sec
Verz. Best(DLF DLF)
WZ=0
Anfrage
(ENQ)
Wartezeit = 2sec
VerzögZeit)
(DLE DLE)
ENQQ
2sec
Best.1
D-BL(n+1)
Best 0
2.5.2. MSV1
MSV1 basiert auf BSC
Pasen: = BSC
Prinzip:
Ÿ Ähnlich BSC
Ÿ Unterschiede:
Ÿ
Die Initiative zum Senden oder Empfangen ist nur auf der Seite
des MASTERS
Formate: = BSC
Konfig ->Pkt zu Pkt-Verbindung
Mehrpaket-Verbindung ( Verbindung MSV2, MSV1 + KMS )
Prot.-Ablauf: Darstellung ( Kein Standard )
Konventionen:
Initiative
nur auf M-Seite
- Sendeauff: Polling
-Empfänger: Selekt.
DVA
(Master)
WZ DVA
ZZ DVA
WZ T
ZZ T
Terminal
( Sklave )
Zeichen die von Term empfangen
werden.
Zeichen die vom Term nicht richtig
empfangen sind
Zeichen die von DVA empfangen
werden
bzw nicht richtig empfangen
_______________
RVI -> Reverse Interrupt
WABT => Wait Before Transmit (Verzögerung)
_______________
Data-Link
Pysikalisch
WAN LAN
-BSC
MSV1
DDCMP
HDLC (Bestandteil der x.25 def.)
-(SDLC)
2.5.3 DDCMP (Digital Equipment)
Verbesserungen:
Ÿ Längere Daten werden übertragen
Ÿ Meldungen werden durchnummeriert
Ÿ Fehlerkontrolle: Go Back to N ( folge vom durchnummerieren )
Ÿ Bessere Informationen im Falle von negativer Bestätigung
Formate:
1. Nummerierte Datenblöcke:
Header
S S S Count
Rcv.Nr Tsm Nr St. Adr BCC Data-Feld
YYO
Flag
Header Modulo8
NNH
8B 14B 2B
Ÿ
Ÿ
Ÿ
Ÿ
8Bit 8Bit
8Bit
BCC
Data
16 Bit
16Bit
Count: #Bytes innerhalb des Datenfeldes.
Flag: Steuerung der DÜ-Richtung
Q-Bit = 1 => d.h. Es wird der Empfangsstation gemeldet, daß nach dem Blockende
SYN-Zeichen folgen
S-Bit = 1 => - wird der Empfangsstation das Ende der DÜ gemeldet.
(Select)
- sie wird zur Antwort aufgefordert
Rcv.Nr => # des zuletzt korrekt empfangenen Datenblocks
Tsm.Nr => Sendelaufnummer für den gerade gesendeten Block
2. Unnummerierte Blöcke
S S E(D) Type Subtype Flags Response Nr. St.Adr. BCC
Y Y N(L)
N N Q(E)
8Bit
6Bit
2Bit
8Bit
8Bit 8Bit
16Bit
2.1 -> ENQ-Identifizierer:
A) -> ACK
B) -> NAK -> anhand von Type- und Subtype - Felder werden die Gründe angegeben.
C) -> REP-Message
D) -> START
E) -> START-ACK
2.2 DLE -> Id.
Maintanance Message
Response entspricht RCV Sender
Nr. Entspricht RSV Empfänger
3. X.25 ( DATEX-P )
Packet-Vermittlungs-Netz.
Architektur: S.A-Blatt X.25/1
Ebene1 -> X.21
-> X.21 bis = RS232C
DEE
DÜE
Transmit
Controll
Recv
Indication
SIGNAL ELEM TIMING
BYTE TIMING
Gnd
DTE
X.21 Recommandation
of ITU(CCITT)
DCE
DEE = Data Endeinrichtung
DTE = Data Term Equipment
DÜE = Data übertragungs Einrichtung
DCE = Data Communication Equipment
Zugangsmöglichkeit: Siehe Arbeitsblatt 3/2
PAD = Packet Assembly Disassembly
Triple X Recommandation: X.28, X.29, X.3
Ebene 2:
Ÿ
Ÿ
Steuermechanismen für die Übermittlung von Meldungen.
Varianten: LAP -> Link Access Protocol
Unterstützt eine nicht symetrische Betriebsart ( M - Slave )
LAPB -> LAP Version B
Unterstützt symetrischen Betrieb
( erlaubt jeder der beiden Stationen die initiative zu ergreifen.)
LAPB ist auch als HDLC bekannt
Funktionen:
Ÿ
Ÿ
Ÿ
Ÿ
Ÿ
Auf- und Abbau der Verbindung zwischen DEE und X.25-Netzknoten.
Fehlerkontrolle durch Rahmenprüfung: Fortlaufende Nummerrierung der Datenrahmen.
Fehlerkorrektur von fehlerhaften Meldungen.
Weitermelden von nicht korregierbaren Fehlern zur nächsthöheren Ebene.
Übertragung mit voller Daten-TRANSPARENZ durch festgelegtes Format.
Format:
FLAG
Adresse Control
Data
CRC
01111110
8Bit
FLAG
01....10
8Bit
8Bit
16Bit
Typen:
A) Daten -> I-Frame
B) Steuer -> S-Frame ( Supervisory )
-> U-Frame ( Unnumberd )
Wiederholung
X.25
ISO. RM
Höhere
Protokolle
X.25-Ebene
HDLC (LAP,LAPB)
X.21/X.21bis
X...., X....
Control Frames:
S-Typ -> 4 Varianten
U-Typ -> 15 Varianten
DLC
Phys.
B) Stations-Arten
B1: PRIMARY:
Ÿ
Ÿ
Übernimmt die Kontrolle der Verbindung
Primary sendet sogenannte “COMMANDS” und erhält als Antwort ->
“RESPONCE”
B2: SECONDARY:
Ÿ Agiert wie ein Sklave
Ÿ Antwortet mit “RESPONCE” und “PR-COM”
B3: COMBINED:
Ÿ Sendet und erhalt “COMMANDS” und “RESPONCE”
Ÿ Eine Combined-Station hält Verbindung nur mit einer anderern
Combined-Station
C) Operations-Modi (Betriebsarten)
C1: SNRM:
C2: SARM:
C3: SABM:
Set Normal Responce Mode
SEC darf nur dann senden, wenn sie die entsprechende ERLAUBNIS vom
PRIMARY erhalten hat.
D.h. PRIMARY muß den SECONDARY pollen.
Set Asynchron Responce Mode
SECONDARY darf
ohne Erlaubnis senden
D.h. PR muß nicht
den SECONDARY
P
S1
pollen.
Vorteil: Höhere
Effizienz
S2
Set Asynchron Balanced Mode
Verwendet für
COMBINED-Stations die
ohne ERLAUNIS der
S3
Partner-COMBINED senden
darf.
D) Konfigurationen
D1: Unbalanced:
[UN: Unbalanced Normal]
Ÿ Punkt zu Punkt Verbindung oder Multipunkt
Ÿ Hdx oder Vdx
Ÿ PRIMARY ist verantwortlich für die Festlegung der Operations-Modi
D2: Symetrical:
[ UA: Unbalanced Asynchron ]
Ÿ
Ÿ
C
C
Jede Station erhält 2 logische
Teile
Jedes Teil steht mit dem Partner-Teil in Form von Punkt zu Punkt unbalanced in
Verbindung.
D3: Balanced:
[ BA: Balanced Asynchron ]
Ÿ Punkt zu Punkt Verbindung zwischen den 2 C-Stationen
Ÿ C-Station hat den gleichen Status und kann jederzeit Informations-Transfer initieren.
Ÿ Jede Station hat eine ähnliche Verantwortung für die Überwachung/Steuerung der
Verbindung
E) HDLC-Varianten:
E1: LAP: Link Access Procedure
Ÿ Unterstütz eine Unbalanced-Operation-Modi
Ÿ Es ist erforderlich daß beide Partner die COMMANDS => SARM und UA senden bevor
eine Verbindung zustande kommt.
Ÿ Festlegen einer PRIMARY-Station und einer SECONDARY-Station ist absolut notwendig.
E2: LAPB: LAP Balanced
Ÿ Unterstützt eine Balanced-Operation-Modi
Ÿ Ein symetrischer Betrieb ist möglich da jeder der beiden Stationen eine logische
PRIMARY-Einheit beinhaltet.
E3: LLC: Logical Link Control ( IEEE 802.2, ISO 8802.2 ) (( 802 ist LAN .x ist Untergruppe ))
Ÿ Erlaubt die Schnittstelle zwischen LANs und WANs
Ÿ Verwendet Asynchronos Balance Mod-Opartion-Modi
Ÿ Liefert die Schnittstelle zwischen höheren Schichten und LAN-MAC-Ebene
( MAC => Medium Access Controll )
E4: LAPD: LAP für D-Channel
Ÿ Verwendet als DLC für
ISDN-Netze
( ISDN -> Kanäle B1 + B2 +
D ) (B sind Datenkanäle und
D Kontrolleitung)
E5: LAPX: LAPB- eXtended.
Ÿ Verwendet für Teletex
Standards
Station A
Station B
P
P
S
S
F) Meldungsformate
(Bitorientierte Protokoll)
FLAG
Adresse
01111110
8Bit
Kontroll Daten
(Bit-Strom)
CRC
8Bit
16Bit
FLAG
011...10
Bem: Innerhalb des Daten-Stroms erscheint NIEMALS ein Bitmuster der gleichen Form wie
FLAG.
Der Sender prüft den Bit-Strom und inseriert entsprechende Bits (Bit-Stuffing ) falls
notwendig.
Meldungstypen:
Ÿ I-Frame -> Information Frame
Ÿ S-Frame -> Supervisory Frame ( 4 Mld )
Ÿ U-Frame -> Unnumbered Frame ( 14 Mld )
I-Frame:
7
6
5
4
Bestätiguns
Segmentnummer
3
P/F
2
1
0
Meldungs-Segmentnummer
0
ID für
I-Frame
Bem.: Bestätigungssegementnummer: Meldungsnummer die zuletzt korrekt erhalten wurde.
P/F
-> Poll
Es wird signalisiert, daß der Empfänger/sender aufhört zu senden
-> Final
und auf Antwort wartet.
S-Frame:
7
6
Bestätigungs
Segmentnummer
5
4
3
P/F
Typ
0
0
1
1
2
1
0
0
1
0 -> RR Receive Ready
1 -> RNR Receive Not Ready
0 -> REJ Reject
1 -> SREJ Selective Reject
U-Frame:
7
6
5
4
3
P/F
Typ
2
Typ
1
0
1
1
ID- für U-Frame
Bem:
0
1
0
0
0
0
x
x
.
.
.
Protokoll-Ablauf:
Phasen:
Ÿ
Ÿ
Ÿ
Verbindungs Aufbau
Daten Übermittlung
Verbindungs Abbau
1
0
.
.
.
1 -> SARM: Set Asynchron Response Mode
0 -> SNRM: Set Normal Response Mode:
-> SABM: Set Asynchron Balanced Mode:
-> DISC: Disconnect
-> SIM: Set Init Mode
-> UP: Unnumbered Poll
-> UI: Unnumbered Inform
-> XID: Exchange Identification
-> UA: Unnumbered ACK
-> CMDR: Command Reject
-> DM: Disconnect Mode
-> RD: Request Disconnect Mode
-> RIM: Request Init Mode
-> FRMR: Frame Reject
A) Fehlerfreien Protokollablauf: (Bsp)
PRIMARY
Verb.
Aufbau
SNRM,P
(U-Frame)
I 0,0/ I 1,0 / I 2,0,P
Datenübermittlung
Segm. Nr Best Nr.
I 3,5/I 4,5/I 5,5,P
SECONDARY
UA, F
I 0,3/I1,3/I2,3/I3,3/
I 4,3,F
P/F = 1 =>
Warte auf Best
d.h. -Alle Mld bis Mld #3 sind
korrekt angekommen
- Ich warte auf Mld #3
I5,6/I6,6/I7,6/I0,6,F
I6,1/I7,1/I0,1,P
I1,1/I2,1,P
Verb.
Abbau
PR,1,F
(S-Frame)
PR,3,F
DISC,P
UA,F
B) Fehlerhafter Protokollablauf
PRIMARY
SECONDARY
Verbindungsaufbau
.....
.......
I0,0/I1,0/I2,0,P
I3,5/I4,5/I5,5,P
I0,3/I1,3/I2,3/I3,3/i4,3F
Meldung #4 kommt nicht an
I5,4/I6,4/i7,4/i0,4,F
I4,1/I5,1 /I6,1,P
Es wird nur Meld #3 bestätigt
Ab Meldung #4 werden alle bereits
gesendete Meldungen erneut gesendet
I2,1,P
PR,2,F
I2,1,P
PR,3,F
3.3 X.25 Ebene 3
Spezifiziert die Mechanismen für Auf- und Abbau der Verbindungen sowie die Regeln für das
Betreiben der virtuellen Verbindungen.
Funktionen:
Ÿ Auf- und Abbau von gewählten virtuellen Verbindungen
Ÿ Bereitstellung von permanenten virtuellen Verbindungen
Ÿ Multiplexen der physikalischen Leitung in bis zu 4096 logische Kanäle
Ÿ Flußkontrolle getrennt für jeden Kanal
Ÿ Fortlaufende Nummerierung der Datenpakete zur Sicherstellung der Reihenfolge beim
Empfänger
Ÿ Möglichkeit zur Unterbrechung des normalen Datenflusses unter Umgehung der
Flußkontrolle
Meldungstypen
Konfig:
DEE
DÜE
DÜE
DEE
DTE
DCE
DCE
DTE
Typen
1. Call Setup-Clearing
2. Data & Interrupt
3. Flow Control & Reset
4. Restart
5. Diagnosis
Op Modi für verschiedene Verbindungsarten
SVC => switched virtual call ( Gewählte Verbindung )
PVC => permanent virtual call
Meldungsformate:
7
6
5
Kennzeichen
des Formates
4
3
2
1
log. Kanal
Gr.Nr
0
logische Kanal Nr.
P(R)
M
P(S)
0
P(R) = Received Pak#
P(S) = Sended Pak#
16 Gr. Nummer
256 Kanäle/Gruppe => insg. = 4096
M = 0: letztes Paket
= 1: Paket folgt
Benutzerdaten
Kap 4: Data Link für LANs
4.1 Konfig / Topologien:
A) Bus / Baum
B) Ring
C) Star
D) Hybrid
A) Bus
50 Ohm
Terminator
passive
Ankopplung
shared Medium
(d.h. Kapazität: Falls 10St
Medium 10Mbit/sec
Erg.-> max. Durchschnitt.1Mbit/sec/St
Bem: Ein als Ring angeordnetes System wie oben beschrieben ist trotzdem ein Bus, da er an
beiden Enden terminiert wird.
B) Ring
Ÿ
Ÿ
St
Meldung passiert alle Stationen
Bem: Falls eine Station ausgeschaltet wird
=> ist der Ring unterbrochen
Lösung: Trennung von Station und
Netzkopplung
St
Ring-Leitungsverteilung
Relays
St
Topology = STAR
St 1
St n
Stationszustände:
Ÿ Hörer
Ÿ Transmitter
Ÿ Bypass
4.2 Data Link Schichten Architektur
Medium Access Control
Logical Link Control
LLC: 802.2
Data
Link
MAC : 802.3->CSMA/CD(Eth)
802.5->Token Ring
Physik
Ebene
PHY Baseband(10MHz)
Broadband
PMD: Coax, FO, UTP; STP
Netw.
Mgm.
802.1
4.3 MAC für CSMA / CD - Netze:
Prinzip:
CD
CS = ?
CD
Kollision
CS = Carrier Sense
MA = Multiple Access
CD = Collision Detection
Nach Kollilsion folgt ein sogenanntes: Backoff
Backoff-Zeit = Random Zahl
CS = ?
Inter Frame Gap: Pause nach Senden, benötigt, damit die anderen Stationen feststellen können
ob Netz frei.
Jam Size:
Diese Bits müssen noch gesendet werden, damit jede Station Zeit hat zu erkennt,
Das Kollision vorliegt.
- Architektur von 802.3 - MAC-Ebene
LLC
Data
Link
MAC
PLS
Scnittstelle
PMA
Physik: Signalising
AUI
MAU
MDI
Anschlussmöglichkeiten:
A) Thin-Wire Anschluss
PLS+...
BNC
Thin Wire
Coax-Kabel
max 180m
Shared Segment
B) Twisted Pair
Switch
RJ45 (8polliger
Stecker)
Twisted Pair
Schnittstelle
C) Thick Wire (Yellow Cable - Gelbes Kabel)
Slot-Time:
legt min. Länge des Frames fest
Ÿ
Ÿ
Ÿ
Operations-Prinzip
Slot-Time ist Zeit-Intervall (Worst-Case)
um eine Kollision festzustellen
Slot-Time = 512bit x microsec.
Back-off-Zeit:
k:= min (#Versuche, 10h)
r:= random(0,2k )
2,5km
Warte-Zeit (delay) := r * Slot-Time
Signalising - Ebene:
Ÿ
Ÿ
Übertragung findet in digitaler Form statt.
Digitale Binärdaten werden gemäß “Manchester Code” umformatiert und übertragen.
Binäre DÜ
1
Erwünscht -> Ein Übergangssignal / Bit
1 1 1
Lösung -> Manchester Code
0 0
0
4.3 Meldungsformate
Typen:
A) Eth III (gemäß DIX-Vorschrift)
B) 802.3-Format gemäß IEEE-Empfehlung
Bzw. ISO-8802.3 - Std.
IS 8802.3 - endgültiger Std.
A)
Preamble
Bytes 8
Dest.
Source
MAC-Adr. MAC-Adr.
6
6
Type DATA
2
46-1500
CRC 9,6
microsec.
4
Preamble -> Synchron
MAC-Adr = Hardware. XXX.YYY
Herstellerspezifisch
Kartenspezifisch
Type: => Protokoll-ID: Protokoll, dass über MAC weiter transportiert wird.
Beispiel: 0800H -> IP
Pause -> Inter Frame Gap = 9,6 microsec.
Diese Pause muss zwischen zwei Frames sein.
B) Ähnlich wie a bis auf Type-Feld
Type -> Länge des Datenfeldes
Bem -> Ein Teil des Datenfeldes beinhaltet Header-Felder für die LLC-Schicht
D.h. IEEE-Vorschirft schlägt die Verwendung von LLC (über den MAC) vor.
SFD = Short Frame Delimiter
Preamble SFD
Bytes 7
1
Source Length DATA
Dest.
MAC-Adr. MAC-Adr.
6
6
2
46-1500
PAD CRC 9,6
microsec.
4
LLC-Header
SAP
SNAP
Länge DSAP SSAP Control Prot. ID Type
1b
1b
1b
3b
LLC Header
Data
DSAP/SSAP -> Dest / Source Service Access Point
LLC -> ist standartisiert gemäß 8802.2
Erkennung der Meldungsformate( automatisch am Netz )
Falls Type-Feld > 1500 => Meldungstyp a
Falls Type-Feld =< 1500 => Meldungstype b
Adressen-Varianten:
A) Direkt: XXX.YYY
Herst. Spez. Kartenspezifisch
B) Broadcast: FF........FF
C) Multicast: LSBit innerhalb MSByte = 1
Last Significent
Most Significent
Verwendet für Adressierung von Gruppen von Stationen oder
Anwendung innerhalb Station
Ethernet-Varianten (Vorschriftsmäßig)
10 BASE 5: 10 Mbit/sec, Basisband, 500 m Segmentlänge
10 BASE 2: ....
10 BROAD 36
1 BASE 5
10 BASE T Twisted Pair
Diese Verkabelungsvariante kann auch für Fast-Ethernet verwendet werden.
Schlußvolgerung: z. Zt werden fast nur Verkabelungen von Typ TP verwendet.
Baudrate
Interframe Gap
Bit Time
Slot Time
Transmit Attempt Limit
Backoff Limit
Jam Size
Maximum Frame Size
Minimum Frame Size
Adress Size
Ethernet
10 Mbit
9,6 microsec.
100 microsec.
512 bits
16
10
32 bit
1518 Bytes
64 Bytes
48 bit
Fast Ethernet
100 Mbit
0,96 microsec
10 microsec
512 bits
16
10
32 bit
1518 Bytes
64 Bytes
48 bit
Geschwindigkeit
Kosten
Technologie:
IEEE-Standart
MAC
Topologie
Unterstütze Kabel
“ TP-Kabel
Max Länge der TP-Link
Element
Vollduplex-Ethernet (FDE)
Media Independent Interface
10 Mbit/s
gering
100 Mbit/s
doppelt von Ethenet
802.3
CSMA/CD
Bus/Stern
Koax, UTP, LWL
Cat. 3,4,5
802.3
CSMA/CD
Stern
UTP, STP, LWL
Cat. 3,4,5
100m
Ja
AUI
100m
Ja
MII
Einschub Kabelvarianten
UTP
S/UTP
STP
S/STP
unshielded
screended unshielded
shielded
screened shielded
STP
UTP-1
UTP-2
UTP-3
UTP-4(cat4)
UTP-5(cat5)
Cat.6
150 Ohm
100 Ohm
-”-”-”-”-”-
20MHz
100kHz
-”16MHz
20MHz
100MHz
600MHz
Tokenring
Appeltalk
10Base
Token-Ring (16MBit)
100BaseTx
1000Base
4.4 Token Ring
- Prinzip: Token Ring =>
A) 4MBit/sec definiert.
B) Verbesserte Variante -> 16MBit/sec
(Early Token Release Methode)
- Topology
St1
Ak1(Aktive Kopplung)
Ak2
St2
Ringleitungs-Verteiler
Ak3
Ak1 Ak2
Ak8/16
St
St
LobeRelays
St3
- Meldungsformat AB´s (Ethernet) 1.26
R1
2
R2
4
R5
7
R6
Client
St1
BR(Bridge
Number)
1
3
6
8
R3
5
R4
Aufgabe
Meldungs-Aufbau für Cl <-----> Server Verbindung
Man braucht R#, BR# für die ganze Strecke
Lösung:
-(Spione) Discovery Frames werden in das ganze Netz gesendet.
Server
St n
- Server analysiert die Discovery Frames und sendet einen Frame mit optimaler
Wegbeschreibung (R#, BR#) zurück.
Discovery Frames + Weg-Beschreibung entspricht Aktion heißt Source Routing
Bem:
Source Routing
entspricht nicht
entspricht nicht
entspricht nicht
Ebene 3 des OSI-Modells
Router
Routing Algorithmus/Protokolle
S1
Entfernen eines Frames vom
Monitor:
S4
S2
M=1
LLC
D
M
a
MAC
TR 802.5
t
Managment
Module
Ringverwaltung
S3
a
Physik
- Ring Error Monitor
- Network Manager
- Ring Parameter Server
Kap. 5. LLC
Logical Link Control
Prinzip:
Rolle: Unabhängigkeit zwischen höheren Protokollen und MAC-Ebene
Anw: entspricht Protokol-Suiten z.B. TCP/IP, IPX, etc
LLC-Schnittstellen nach oben:
SAP = Service Access Points
AMP
Meldungs-Arten:
Typ 1: Datagramm
Typ 2: Verbindungsorientiert + Bestätigung
Typ 3: Verbindungslos + Bestätigung
Meldungs-Aufbau:
innerhalb des Protokollstacks TCP/IP
Kap 6. Netzwerk und Transport-Schichten gemäß TCP/IP Verschriften (RFC)
Vorschriften gemäß Request For Comment Spezifik-Vorschlag.
Adresierung innerhalb TCP/IP Netze
1.
-> DA MAC = ?
-> IP Adresse des Empfängers = bekannt.
A) Erfahren ob Empfänger
- innerhabl der IP-Domain ist
- außerhabl der IP-Domain ist
Vergleich IP-Adresse mit Eigene Subnet Maske.
IP-Adresse + SM
=> innerhalb
=> außerhalb
B) b1) innerhalb
Per Broadcast-Meldung die MAC-Adresse erfahren.
IP-Addresse ----ARP----> MAC-Adresse
B2) außerhalb
Meldung wird an einen Router (optimaler Router falls möglich) übergeben um sie
Weiterzuleiten. Router übernimmt den Auftraug und versucht über einen optimalen
Weg die Meldung zum End-Empfänger weiterzuleiten ( Bem: Dazwischen können
Andere Router beteiligt werden)
Per Broadcast Meldung (ARP) die MAC-Adresse des Routers erfahren.
IP-Router (Default-Router) ------ ARP --------> MAC-Adresse (Router)
FTP; HTTP; SMTP; Anw.
Transport
TCP; UDP
Netzwerke
IP; +.....
LLC
DL
MAC
-Eth
-TR
Physik
LAN
-BSC
-MSV1
-X.25 (HDLC)
WAN
6.1 Netzwerk Ebene
Adressierung: pro Station =>
-IP-Adresse
-Subnetzmaske
-Default Gateway
( Gateway ist ein alter Begriff für Router )
-Name
Adressierung der Stationen innerhalb eines globalen Netzwerks via Namen.
Bekannt
Unbekannt
->
->
Name des Empfängers
IP-Adresse
Lösung:
IP-Addresse wird erfahren von einem sogenannten DNS-Server
Mittels DNS-Protokoll.
DNS-Server
- beinhaltet Tabellen mit Zuordnung IP-Adresse -> Name als auch
Zusätzliche Informationen.
IP-Addresse <----- DNS-Protokoll ------- Name-Empfänger
Aufgabe der Netzwerk-Ebene
Ÿ Adressierung
Ÿ Übertragung von Meldungen
Ÿ via verschiedenen Netzbereich zwischen Sender und Empfänger innerhalb eines globalen
Netzes
IP-Adressen: 32 Bit (IPV4)
Klassen:
A -> Fast Ausverkauft
B -> Ausverkauft
C-> Fast Ausverkauft
Lösung: Varianten
A) Migration von IPV4 -> IPV6
B) Einsatz von Krücken!
Adressen:
Netz-ID
(Firma, UNI ...)
Domäne
Subnetz Host-ID
(Abt, Fb)
IP-Protokoll:
- Datagramm-Typ
(d.h. => Verbindungslos
=> keine Bestätigung )
IP-Meldungs-Format:
Einschub: Funktionsweise Traceroute:
Erst wird ein Paket mit Lebensdauer 1 geschickt,
dann Lebensdauer 2, 3 ......
!! Es könnte passieren, das sich der Weg währenddessen ändert. !!
!!!! Prüfung: Identifikaiton der einzelnen
IP-Header-Information in Snifferdump !!!!
Subnetmask -> Beispiel:
Subnetmaske
= 255.255.255.240
IP-Adresse/Empfänger = X . X . X .16
240 -> .... 1111 0000 Maske
UND
.... 0001 0000
0001 0000
Vergleich mit
Resultat => Unterschied.
0000 0000
d.h.IP-Empfänger ist außerhalb
Ÿ
Netzw. ( IP ....
Ÿ
LLC
Dt/ WAN
MAC
Physikalisch
IP-Format.
Ÿ TTL -> Vermeidung des ewigen
Rotierens
-> Folge: Meldungstracing
( Traceroute )
IP-Adressierung
Ÿ Adressgestaltung, Klassen
Ÿ Subnetzmaske
Ÿ Domain Name Service
Falls IP-Adresse/Empfänger
unbekannt aber Name/Empfänger
Bekannt. Dann Domain Name
Server wird per Protokoll
angesprochen.
Prinzip:
Ÿ Namen-Struktur
Ÿ Auflösung Name/Empfänger ----DNS---> IP-Adresse/Empfänger
Ÿ ARP -Adress Resolution Pool
IP-Adresse/Empfänger ----ARP---> MAC-Adresse/Empfänger
ARP-Meldungs-Format
6.2 TCP-Transportebene
Ÿ
Protokolltypen:
Ÿ
Ÿ
TCP: Gesichertes Protokoll:
Ÿ Verbindungsorientiert
Ÿ Meldungsbestätigung
Ÿ Flußkontrolle
Ÿ UDP ist ein ungesichertes Transportprotokoll = DATAGRAMM
TCP-Meldungsformat:
A)
- SP mit DP
Prinzip
FTP/S
FTP/C
TELNET
20 21 23
TCP
A
Ports Ports
WAN/
LAN
20 21
TCP
B
TELNET
23
TCP
Station:
IP
A
IP + Port-Nr = Socket
A
Ports
C
Szenario
IP = 1.1.1.1
1.1.1.17
Hostbereich
X.X.X.1-14
R
1.1.1.2
Hostbereich
X.X.X.17-30
!!! Wichtig für die Prüfung !!!
Feststellen ob die Adresse innerhalb oder außerhalb (über den Router) stattfindet
A) Außerhalb
SubnetMask
Adresse Rechner
= .1111 0000
SubnetMask
UND
= .0001 0001
Eigener Rechner
.0001 0000 <----- Vergleich ------->
= .1111 0000
UND
= .0000 0001
.0000 0000
Ergebnis ungleich, deswegen außerhalb
B) Innerhalb
SubnetMask
Adresse Rechner
= .1111 0000
SubnetMask
UND
= .0000 0010
Eigener Rechner
.0000 0000 <----- Vergleich ------->
= .1111 0000
UND
= .0000 0001
.0000 0000
Ergebnis gleich, deswegen innerhalb
7. Anwendung ( ab 5.4.3 )
7.1 FTP
Prinzip: - Client FTP - Prozess wird in Verbindung mit Server FTP - Prozess gebracht.
Voraussetzung -> Server-Prozess läuft permanent.
FTP
TCP
IP
LLC
MAC
20
7.2 Electronic Mail
Terminologie: gemäß X.400
MTA, MVA, Mailqueue
- Architektur: FH-Implementierung
- Prot. -Ablauf: SMTP
- Komandos: gemäß RFC 821
- Prot. -Ablauf: POP3
- Komandos:
gemäß RFC 1460
7.3 HTTP Server
HTTP-Prot: Request-Response-Prot.
8. Konfiguration
8.1 PCs + LANs - Anbindungen an das INTERNET
A) Methoden
B) Konfigurationen
A) Varianten: - Dialup - Verbindung --- Online-Account
--- SLIP / PPP
( Fullfunction )
- Standleitungen
( in der Regel Telefon-Leitung
Geschwindigkeit >> Normale Telefonverbindung
8.2 Virtuelle Private Networks: VPN
8.3 Netzwerk Komponenten
8.3.1 Positionierung
7
3
2
1
Gateway
Router/SLW3
Bridge/Switch
Hub
Repeat
7
3
2
1
8.3.2 Bridges
-Eth. Bridge -> Spanning Tree
Meldungen sollen nicht ewig rotieren, deswegen festgelegter Weg
-TR Bridges -> Source Routing
Verbindung: TR <-> Eth.
D.h. 1) Umsetzung von TR-MAC <-> Eth-MAC
2) Umsetzung von Spanning Tree Algorithmus <-> Source Routing
TR
Eth.
BR. -> In der Regel => Router wird eingesetzt.
Eth1
Eth2
Transport BR: Keine Umsetzung
STA <-> SR nötig
8.3.3. Switches
Verbindung
Eigenschaften: - Erhöhung
des Netzwerkdurchsatzes
- Filterung
- Protokollunabhängig
-Wire-Speed
Verbindung
St1
St10
St11
St2
“Switched”-Netze vs. “Shared”-Netze
A) Shared (Kollisions Domäne)
Übertagungskapazität wird
“geshared”
S1
S2
.......
Sniffer
Sn
St(Kap) =
LAN-BBreite
#St.
B) Switched
Mirror Port
Vermehrfachung der Bandbreite
sieht alles
.............
Sniffer ( Sieht nur die verbindung
zum switch )
Sniffer
Arbeitsprinzip:
- Modularität:
ATM
Slot1
- Kontrolle / Managment
Erfolgt via
AGENTEN => MIB
MIB
-> Standard:
-> Privat:
- Port Mirroring für Analyse
TR
Eth
Slot2
....
FDDI Gigabit
- dynamisch
- statisch
MIB I, MIB II, RMON I, II
MIB
- Wichtige Verbindungen werden mit Trunks realisiert (viel schneller)
50
PC
Switch 1
Trunk
Switch 2
50 PC
Trunk
Server
Switch 3
50 PC
- Cut Throug und Store and Forward
Cut Throug: schneller, gibt aber Fehler weiter
Store and Forward: langsamer, gibt aber keine Fehler weiter
- Configurationsbeispiele
- VLAN
n VLAN-1
Sl1
Sl7
P1
P2
P3
P4
P5
P10
P12
P12
BroadcastDomäne
VLAN -2
HUB P5 => 5xMAC-Adresse
Sx1
Sx6
( Bei Realisierung über Ports, automatisch in
einem VLAN )
VLANs sind voneinander GETRENNT
VLAN-Aufbau
basierend auf Ports
basierend auf MAC-Adresse
basierend auf IP-Adresse
basierend auf Protokoll-(Anwendungs-Protokoll)
VLAN-Routing entspricht Layer3 SWITCH
Arbeitsprinzip:
Methoden zwecks Beschleunigung der Verbindung die Router beinhalten
Beispiel: 3COM-Lösung: Fast-IP-Verbindung
Besprechung vor der Prüfung
1. Netwerk architekturmodell.
Referenzmodell:
Impliziete Modelle: TCP/IP
Anwendung
Transportebene
Netzwerkebene
DL
LLC(LAN)
MAC(LAN)
Physik
Bem: Physik:
- Serielle DÜ - Asynchron
- Synchron
- X.21 (kein Thema)
2. Data Link Ebene
2.1 WAN
- Zeichenorientierte Protokolle
BSC*(Lab), MSV1, DDCMP
( Erkennung von Protokollprinzipien: Vergleiche )
- Bitorientierte Protokolle:
-X.25 - X.21
- HDLC \ Verleiche zu
- Ebene 3 / Zeichenor.
Rolle, Ablauf.
2.2. LAN
2.2.1 MAControll = Zugriffsverfahren:
- CSMA(lab)/CD* (Analyse) - 10 / 100 MBit
Typ, Länge, Statistiken, Fehlerbehandlung, Adressierung
- Token Ring: Prinzipien, Vergleich zu CSMA/CD
2.2.2 LLC
- Rolle, Konzept (SAPs), Kommandos (grobe Übersicht), Schnittstelle nach oben und
nach unten. Erkennung bei der Analyse
3. Höhere Protokollebene(basierend auf TCP/IP)
3.1 Netzwerkschicht
- Adressierung innerhalb TCP/IP-Netze:
IP, Subnetzmaske, DNS, Router
Broadcast
- Steuerung: ARP, ICMP, (Trace), Fragmentierung
- Analyse*(lab)
3.2 Transportschicht
3.2.1 TCP*(lab)(Analyse) Ablauf; Phasen(Verbindungsaufbau, abbau..)
Schnittstellen nach oben und nach unten (Ports)
3.2.2 UDP*(Analyse) Vergleich zu TCP
3.3 Anwendungsschicht:
- FTP*
- E-Mail: Prinzip und Erkennung (Ports, ... )
- HTTP: Prinzip und Erkennung
4. Konfigurationen:
4.1 Positionierung von Netzwerk-Geräten:
HUB, BRIDGE, ROUTER
4.2 Bridge/Switch für Ethernet: - Konfiguration, Rolle, Spanning Tree Algorithmus
Switch vs Bridge
- VLAN vs LAN
4.3 LANs-Anbindung an das INTERNET
- Konfiguration und verwendete Protokolle: PPP, TCP, X.25, SLIP, ISDN, ....
- Virtuelle Private Netzwerke: Rolle, Konfiguration und Mechanismus
(Tunneling)
4.4 Routing
- Routing Algorithmus
- Routing Protokolle: nur RIP (mehr nicht)
- Verwendung/Rolle des Routers bei Adressierung innerhalb globale Netze.