Das Ethernet Prinzip

Ethernet
Entwicklung des Ethernet-Standards
1976: entwickelt im Xerox Palo Alto Research Center
1985: Amerikanische Norm: IEEE 802.3
zunächst für Koaxialkabel
später: Erweiterung für andere Übertragungsmedien
1995: Entwicklung des 100-MBit/s „Fast Ethernet".
Gründe für die große Verbreitung:
- Spezifikation offen zugänglich
- herstellerunabhängig
- einfach zu realisieren
- robust
Das Ethernet Prinzip
keine zentrale Kontrollinstanz
jede „Ethernet Station" arbeitet unabhängig
gemeinsam benutztes Übertragungsmedium (Bus-Topologie, Shared media)
bit-serielle Übertragung an alle Stationen gleichzeitig
vor dem Senden: Mithören ob der Übertragungskanal frei ist
Daten werden in Paketen („Ethernet frame") gesendet
nach dem Senden: „Wettbewerb um das Übertragungsrecht
MAC Protokoll (Medium Access Control) stellt sicher, daß keine Station
blockiert wird
MAC Protokoll ist in jeder Netzwerkkarte implementiert
Das Zugriffsprotokoll (MAC Protokoll)
Bezeichnung: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection
(CSMA/CD).
Carrier Sense = Trägersignal Überwachung:jede Station überwacht ob eine
andere sendet
Ende des Sendevorgangs wird abgewartet
Multiple Access = Mehrere Sendeberechtigte
jede Station hat das gleiche Senderecht
keine Prioritäten
Collision Detection = Kollisionserkennung: es wird erkannt, wenn zwei
Stationen gleichzeitig senden
dann: Senden abbrechen, erneut Senden
Grund für Kollision: unterschiedliche Laufzeiten (Entfernungen)
Kollision
Kollision = zwei Stationen beginnen gleichzeitig zu senden
Nach Kollision:
- alle Stationen werden informiert
- alle Übertragungsversuche werden abgebrochen
- neuer Versuch nach Wartezeit
- Wartezeit wird nach Zufallsprinzip ausgewählt
- Stationen senden dann zu unterschiedlichen Zeiten
Kollision ist kein „Fehler" sondern gehört zum Zugriffsprotokoll
Kein Datenverlust bei Kollision
Kollisionen nehmen mit der Anzahl von Stationen zu.
Mehrfache Kollisionen: Wartezeit wird erhöht.
Erst nach 16 Kollisionen wird die Übertragung abgebrochen
Nachteil: keine garantierte Übertragungsrate
Struktur des Ethernet Datenpakets (Ethernet Frame)
Präambel Zieladresse Quelladresse
Typ/Länge Daten
64 Bit
48 Bit
48 Bit
16 Bit
46-1500 Byte
FCS
32 Bit
Präambel:
101010...1011
periodische Bitfolge (wechselndes Muster)
erzeugt eine 5 MHz Signal zur Empfängersynchronisierung
Adressen:
Adresse des Senders und des Empfängers des Datenpaketes
Typ/Länge:
im alten Ethernet Format: Typ Feld
im IEEE 802.3 Format: Länge des Datenfeldes
FCS = Frame Check Sequence: Fehlerprüfbits um Übertragungsfehler zu
erkennen
Ethernet Adresse
48 Bit (6 Byte) Adresse = physikalische Adresse, Hardware Adresse, MAC
Adresse
z.B.: 00 80 A0 4C 03 78
laufende Nummerierung
h zugweisen
weltweit eindeutige Adresse, bei Herstellung eingestellt
vermeidet Adressenkonflikte im Netz
Empfänger vergleicht Zieladresse mit Kartenadresse
bei Übereinstimmung: Empfang
Ausnahmen:
Multicast Adressen: für Gruppen von Stationen, müssen programmiert
werden
Broadcast Adresse: FF FF FF FF FF FF = dieses Paket ist für alle
Stationen
Die 7 Schichten des OSI-Modells
Schicht 7
Schicht 6
Schicht 5
Schicht 4
Schicht 3
Schicht 2
Schicht 1
Anwendungsschicht
Darstellungsschicht
Kommunikationssteuerungsschicht
Transportschicht
Vermittlungsschicht
Sicherungsschicht
Bitübertragungsschicht
Application Layer
Presentation Layer
Session Layer
Transport Layer
Network Layer
Data-Link Layer
Physical Layer
ISO hat als Kompromiß 7 Schichten definiert
Schicht 1: Bitübertragungsschicht (Physical Layer)
Aufgaben:
- Bits über physikalischen Kanal übertragen
- Verbindung auf und abbauen
- Bits transparent übertragen
Protokoll zum Verbindungsaufbau und Abbau, Datentransfer,
"Bereit" Erkennung
Greift auf ein physikalisches Medium zurück.
Festlegung über Stecker etc. nicht Bestandteil des OSI Modells.
Rückgriff auf standardisierte physikalische Schnittstellen (V.24, X.21 etc.)
Beispiel:
Telefon: Hörer abnehmen, Freizeichen
Internet: "Bereit" Meldung über Handshake Leitung einer V.24 Schnittstelle
MAC-Protokoll des Ethernet
Schicht 2: Sicherungsschicht (Data Link Layer)
Aufgaben: - Bitfolgen gegen Bitfehler sichern
- Fehler in der Bitübertragung erkennen und beheben
- Meldung von nicht behebbaren Fehlern
Beispiel:
Telefon (Mobilfunk, GSM):
Blöcke von digitalisierter Sprache werden mit Sicherungsblock versehen.
Empfänger kann dann Fehler erkennen und korrigieren
Internet: V.24 sichert 8 Bit mit einem Paritätsbit
(Summe aller 1-Bits gerade oder ungerade -> Parität).
Empfänger erkennt Bitfehler, kann aber nicht korrigieren
Ethernet: FCS (Frame Check Sequence) um Bitfehler im Paket zu erkennen
Schicht 3: Vermittlungsschicht (Network Layer)
Aufgabe:
Verbindung zwischen zwei Endsystemen herstellen
Weg über mehrere Netzknoten finden
verschiedene Teilstrecken verknüpfen
Beispiel:
Telefon:
Wählen der Telefonnummer
schaltet Verbindung durch mehrere Vermittlungsstellen
Internet:
Zielrechner adressieren. IP-Adresse
Jeder Rechner hat eine IP-Adresse (IP = Internet Protocol),
z.B. 199.163.55.82 (4 Byte)
Router und (einige) Switches arbeiten auf Schicht 3 der Übertragung
= IP-Adresse auswerten und Datenpakete vermitteln
Schicht 4: Transportschicht (Transport Layer)
Aufgabe: Alle Details der Übertragung kapseln
z.B.: Zerlegung längerer Datenblöcke
Adressieren von Prozessen in Endsystemen
Beispiel:
Telefon: Mitarbeiter einer Firma über Telefonzentrale anrufen
Internet:
TCP Transfer Control Protocol. (oder UDP)
Zerlegt beim Senden z.B. eine Datei in Datenblöcke
Setzt beim Empfang die Datei wieder zusammen
Falls mehrere Internetprogramme gleichzeitig laufen:
z.B.: E-Mail und Web-Browser
TCP schickt die Pakete an das richtige Programm (Port Nummern)
Hinweis: TCP/IP arbeiten also auf Schicht 3 und 4 des OSI-Modells
Schicht 5: Kommunikationssteuerungsschicht (Session Layer)
Aufgabe:
geordneter Beginn/Ende der Kommunikation
Wiederaufnahme, Synchronisation
Beispiel:
Telefon: Begrüßung, Abschied, Sprechpausen
Internet: meist nicht als eigene Schicht realisiert
Schicht 6: Darstellungsschicht (Presentation Layer)
Aufgabe:
Anpassung der Datenformate bzw. Zeichensätze
Beispiel:
Telefon: Eine Sprache auswählen, die beide verstehen,
oder Übersetzer einschalten.
Internet: Ein IBM Host codiert Text im EBCDIC-Code,
ein PC im ASCII-Code -> Code Umwandlung nötig
Schicht 7: Anwendungsschicht (Application Layer)
Aufgabe:
Schnittstelle für eigentliche Anwendung bereitstellen
z.B.: Verfügbarkeit des Partners feststellen
Vertraulichkeit der Daten sicherstellen
Behandlung nicht behebbarer Fehler
Beispiel:
Telefon: Wiederholungsaufforderung
Internet: Internet Anwendungen realisieren auch Schicht 5-7.
generelles Problem:
ältere Protokolle lassen sich nicht vollständig auf das OSI Modell abbilden.
Internet-Anwendungen:FTP, Telnet (Terminal Emulation), E-Mail