Netzwerksysteme und Verteilte Systeme (CISCO)

Netzwerk und Verteilte Systeme
NVS
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Inhalt








Grundlagen der Netzwerktechnik
Begriffe
Netzwerkkomponenten
Endgeräte
intermediary devices
Netzwerk Medien
Internetwork
OSI-Modell (7 Layer)
20.11.2014
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2
Inhalt


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
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

TCP/IP-Modell (4 Layer)
Adressierung
Client Server Modell
Protokolle
Transport Layer
Multiplexing
Verbindungssteuerung
Segmentation & Sequencing
Windowing
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3
Inhalt
 Network Layer Funktionen
 Netze und Subnetze
 Network Layer Protokolle
 IPV4
 Netzwerkklassen
 Kommunikation in Netzen
 Routing
 Statisches Routing
 Dynamisches Routing
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4
Inhalt
 Routing
 CIDR
 VLSM
 IPv4 Subnetting
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5
Inhalt




Data Link
Media Access
Topologie
Zugriffsverfahren
 Random Access
 Gesteuerte Zugriffe
 Ethernet
 802.11 Wi-Fi
 Physical Layer
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Grundlagen der Netzwerktechnik
 Grundelemente der Kommunikation
 Nachrichtenquelle oder Sender (source)
 Nachrichtensenke oder Empfänger (receiver)
 Kanal, Medium (channel)
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Begriffe
 ISO
 International Organization for Standardization
 non governmental organization
 Verbindung aller nationalen
Standardisierungsinstituten
 OSI Referenz Modell
 Open System Interconnection
 Schichtenmodell einer Kommunikation
 Ein theoretisches Modell
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Begriffe
 Protokoll
 Regeln und Vereinbarungen für einen
Kommunikationsprozess
 Format und Struktur von Nachrichten
 Verbindungsauf- und -abbau
 Fehlerbehandlung
 z.B. HTTP, TCP, „Gesprächskultur“
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Begriffe
 Segmentation
 zerlegen einer Nachricht in mehrere kleinere Teile
 Jedes Segment wird einzeln auf die Reise geschickt
und kann jeweils einen eigenen (idealen) Weg
nehmen.
 Im Fehlerfall muss nur ein Segment wiederholt
werden.
 Allerdings ist höherer Aufwand bei Adressierung
und Verwaltung nötig.
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Begriffe
 Multiplexing
 Mehrere unabhängige Konversationen verwenden
denselben Kanal.
 Einzelne Nachrichten-Segmente der
Konversationen werden abwechselnd (interleved)
über den Kanal gesendet.
 Bessere Ausnutzung der verfügbaren
Nachrichtenkanäle.
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Netzwerkkomponenten
 Devices (Endgeräte, Intermediary devices)
 Media (cable, wireless)
 Sevices and processes (Software)
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Endgeräte
 Endgeräte werden als Host bezeichnet.
 Sie können sowohl Sender als auch
Empfänger (Client bzw. Server) sein.
 Sie müssen eine eindeutige Adresse haben.
 Empfängeradresse bezeichnet das Ziel der
Nachricht, Senderadresse die Quelle der
Nachricht.
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intermediary devices
 Network Access devices
 Hub, Switch, Wireless Access Point
 Internetwork devices
 Routers
 Security Geräte
 Firewall
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intermediary devices
 Funktion





Signalaufbereitung
Wegauswahl durch das Netzwerk
Fehlerbehandlung
Quality of Service Policy
Datenflusssteuerung entsprechend der Security
Policy
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Netzwerk Medien
 „Material“, durch das
Informationen
übertragen werden
 Kupferkabel
 Lichtwellenleiter
 „Äther“
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Netzwerk Medien
 Die Signalcodierung hängt vom Medium ab.
 elektrische Impulse auf metallischen Leitern
 Lichtpulse (Laser) in Lichtwellenleitern
 elektromagnetische Impulse zur Funk-Übertragung
 Kriterien zur Wahl eines Mediums




Übertragungsentfernung
Umgebungsbedingungen
erforderliche Übertragungsrate
Kosten für Medium und Installation
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LAN, WAN
 LAN (Local Area Network)
 begrenzte geographische Ausdehnung
 lokales Management (Unternehmen, Campus)
 WAN (Wide Area Network)
 verbindet LANs über globale Entfernungen
 verwendet Leitungen und Dienste eines Service
Providers
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LAN, WAN
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Internet
 Internet (interconnected network)
 Weltweites Netzwerk für Privat- und
Firmenanwendungen
 Intranet
 Organisationsinternes Netzwerk
 Extranet
 Eingeschränkter Zugang der Lokalen Daten und
Internet
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Symbole der Netzwerkgeräte
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Schnittstellen
 Netzwerkkarte: Network Interface Card (NIC)
 Port:
 Physical Port
 Wird verwendet um einen Prozess oder Service zu
identifizieren (80, 21, 22, 443)
 Schnittstelle: Interface (RJ45)
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OSI - Referenzmodell
 ein abstraktes, allgemeingültiges
Modell eines
Kommunikationssystems
 besteht aus 7 Schichten (Layer)
 Jede Schicht beschreibt ganz
bestimmte Aufgaben.
 Wurde von der ISO (International
Standardization Organization)
entwickelt.
 Damit werden offene Systeme
ermöglicht.
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OSI - Referenzmodell
 Zielsetzungen
 Aufteilung der komplexen NetzwerkKommunikation in kleinere, überschaubare
Einheiten.
 Standardisierung von Netzwerk-Schnittstellen
 ermöglicht modulare Produktentwicklung
 Hardware- und Software-Komponenten
verschiedener Hersteller leicht integrierbar
 Änderungen innerhalb eines Layers wirken sich
nur in diesem aus.
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Application Layer (7)
 Schnittstelle zu Anwendungsprogrammen
 Er gewährt Benutzeranwendungen Zugang zu
den Kommunikationsdiensten.
 Schnittstelle zwischen Anwendung und
Netzwerk
 Protokolle, die im Application Layer arbeiten:
 HTTP, FTP, SMTP, etc.
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Presentation Layer (6)
 Der Presentation Layer sorgt dafür, dass Daten
der Anwendungsschicht für die EmpfängerAnwendung lesbar sind.
 Die Hauptaufgabe dieser Schicht ist
Datenkonvertierung, und Codierung.
 Formate und Codes
 ASCII
 JPEG
 TIFF
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Session Layer (5)
 Dient zum geordneten Auf- und Abbau einer
Sitzung.
 Verantwortlich für:




Passwortabfrage
Zugriffsrechte
Gebührenverrechnung
Synchronisierung von Prozessen und
Wiederaufbau von Transport-Layer-Verbindungen
 Kaum Standards
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Transport Layer(4)
 Sorgt für den Datentransport zwischen Endsystemen
für zuverlässige, effiziente und wirtschaftliche
Datenübertragung.
 Der Transport Layer zerlegt den Datenstrom des
Session Layers in Segmente und setzt sie am
Empfangsknoten wieder zusammen.
 Hier erfolgen Fehlerkorrektur, End-to-End Flow Control
und der Auf- und Abbau virtueller Verbindungen.
 Der Transport Layer überträgt Datensegmente.
 Protokolle, die im Transport Layer arbeiten:
 SPX, TCP, UDP
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Network Layer(3)
 Der Network Layer sucht den optimalen Weg
zwischen zwei Knoten und sorgt für die
richtige Adressierung.
 Der Network Layer arbeitet mit logischen
Adressen, die ähnlich wie eine Post-Adresse
hierarchisch aufgebaut sind.
 Der Network Layer überträgt Pakete „packets“.
 Protokolle im Network Layer:
 X.25, IP, IPX
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Data Link Layer (2)
 Der Data Link Layer sorgt für zuverlässigen Datentransfer
zwischen zwei direkt verbundenen Geräten.
 Hier erfolgt Datenformatierung, physikalische Adressierung,
Flusskontrolle, Fehlererkennung und Zugriffskontrolle.
 Formatierung des Bitstroms des Physical Layers (Frames).
 Die Frames enthalten:




Befehle
Nutzdaten,
Sender- und Empfängeradressen
Informationen zur Fehlererkennung (Prüfsummen usw.).
 Protokolle im Data Link Layer:
 » HDLC, CSMA/CD, IEEE 802.x
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Physical Layer (1)
 Der Physical Layer definiert elektrische,
mechanische und funktionelle Spezifikationen
zum Aufbau, Wartung und Abbau physischer
Verbindungen zur Bitübertragung.
 Festlegung von Spannungspegel, TimingAnforderungen, Datenraten, Distanzen aber auch
Stecker-Formen.
 Aufbereitung, Verstärkung und Wandlung von
Signalen
 Die übertragenen Daten sind für Physical Layer
transparent.
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Physical Layer (1)
 Layer1-Geräte übertragen Signale über ein
Medium.
 Damit wird die Anpassung zwischen den
Geräten des Netzbenutzers unterstützt.
 Protokolle im Physical Layer:
 RS232, X.21, V.24,
 Ethernet (Hardwareteil), Token Ring, FDDI
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Vergleich OSI – TCP/IP
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TCP/IP Modell
 Application Protocol
 Hyper Text Transfer Protocol (HTTP)
 Transport Protocol
 Transmission Control Protocol (TCP)
 Internetwork Protocol
 Internet Protocol (IP)
 Network Access Protocol
 Ethernet
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Encapsulation im TCP/IP Modell
 Übergabe der
Nutzdaten
 Aufteilung der Daten in
Blöcke
 Bilden eines Paketes mit
Quell- und Zieladresse
 Jedes Paket wird in
einen Frame verpackt.
 Frames werden in Bits
umwandelt.
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Adressierung in TCP/IP
 Jede Schicht verwendet eine eigene Methode
zur Adressierung.
MACAdresse
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IP-Adresse
Portnummer
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Adressierung in TCP/IP
 Physikalische Adresse
 enthalten im Layer2 Header
 Hat ausschließlich lokale Bedeutung innerhalb
eines Netzwerksegments.
 Im Ethernet ist das die MAC-Adresse.
 einzigartig innerhalb eines LANs
 Sobald die Nachricht beim ersten Router
angelangt ist, wird durch die Layer2 Information
der nächsten Teilstrecke ersetzt.
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Adressierung in TCP/IP
 Logische Adresse
 Layer3 Adressen dienen zum Transport der
Nachricht durch das gesamte Netzwerk.
 Kennzeichnen Absender und Empfänger der
Nachricht.
 Router benutzen die logische Adresse zur
Wegauswahl.
 Besteht aus Netzwerkkomponente und
 Gerätekomponente
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Adressierung in TCP/IP
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Adressierung in TCP/IP
 Port Adressierung
 Port Nummern kennzeichnen die zugehörige
Applikation.
 Anwendungen haben definierte Layer4 Adressen.
 HTTP :80
 SSH :22
 POP3 :110
 SMTP :25
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Englische Begriffe
 Straight-through Cable: Unshielded twisted
pair (UTP) copper cable for connecting
dissimilar networking devices
 Crossover Cable: UTP copper cable for
connecting similar networking devices
 Serial Cable: Copper cable typical of wide area
connections
 Ethernet: Dominant local area network
technology
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Englische Begriffe
 MAC Address: Ethernet Layer 2, physical address
 IP Address: Layer 3 logical address
 Subnet Mask: Required to interpret the IP
address
 Default Gateway: The IP address on a router
interface to which a network sends traffic leaving
the local network
 NIC: Network Interface Card, the port or interface
that allows an end device to participate in a
network
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Englische Begriffe
 Port (hardware): An interface that allows a
networking device to participate in network and
to be connected via networking media
 Port (software): Layer 4 protocol address in the
TCP/IP suite
 Interface (hardware): A port
 Interface (software): A logical interaction point
within software
 PC, Computer, Workstation: End devices
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Englische Begriffe
 Switch: Intermediate device which makes
decision on frames based on Layer 2 addresses
(typical Ethernet MAC addresses)
 Router: Layer 3, 2, and 1 device which makes
decisions on packets based on Layer 3 addresses
(typically IPv4 addresses)
 Bit: Binary digit, logical 1 or zero, has various
physical representations as electrical, optical, or
microwave pulses; Layer 1 PDU
 Frame: Layer 2 PDU
 Packet: Layer 3 PDU
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Client Server Modell
 Server bieten Dienste an und Clients nützen
sie.
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Netzwerk Protokolle
 Für verschiedene Services gibt es
entsprechende Protokolle.
 Kennzeichnung durch Portnummer
 Portnummern werden im Transport Layer zur
Zuordnung einzelner Datenströme zu den
Anwendungen verwendet.
 Einige wichtige Portnummern (well-known
ports)
 HTTP:80, FTP:20,21, DNS:53, DHCP:67, POP3:110
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Netzwerk Protokolle
 DNS: Domain Name System




Ermittelt zugehörige IP-Adresse des Domains.
Spezielles Client Server System
DNS Client (Resolver) läuft als Service im Hintergrund.
Server führt Namensauflösung mit dem name
daemon (named) durch.
 Namensauflösung ist ein mehrstufiger Prozess.
 Record im eigenen Speicher
 Anfrage an Root DNS – Wer ist für top level domain
zuständig?
 Nächste Anfrage – Wer ist für second level domain
zuständig?
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Netzwerk Protokolle
 DNS: Domain Name System
 Hierarchisches System (intranet.spengergasse.at)
 Top level domain




AT Austria
DE Deutschland
TV Tuvalu
CO oder COM Kommerziell
 second level domain SPENGERGASSE
 Sub level domain INTRANET
 Next level domain WWW
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Netzwerk Protokolle
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Netzwerk Protokolle
 DNS testen
 Im Kommandofenster ausführen
 Windows-CMD
 nslookup www.orf.at
 ipconfig /displaydns (zeigt den DNS Cache)
 ipconfig /flushdns (löscht die Einträge)
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Netzwerk Protokolle
 HTTP
 Durch Eingabe der Webadresse (URL) in den
Browser wird eine Verbindung zum Webserver
hergestellt.
 Parameter
 Protokoll HTTP, HTTPS
 Servername www.orf.at
 Filename www.spengergasse.at/de/anmeldung.html
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Netzwerk Protokolle
 HTTP
 Client sendet HTTP Messages
 GET
 PUT
 POST
 Server antwortet entsprechend
 sendet die angeforderte Seite
 empfängt Dateien
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Netzwerk Protokolle
 E-Mail
 Zur Übertragung von E-Mails sind mehrere
Protokolle definiert.
 SMTP
 Simple Mail Transfer Protocol
 Senden einer E-Mail vom Client zu einem Mail-Server
 Übertragung von E-Mails zwischen Mail-Servern
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Netzwerk Protokolle
 E-Mail
 POP
 Post Office Protocol
 dient zum Abholen der Mails vom Mail-Server
 überträgt Passwort im Klartext
 IMAP
 Internet Message Access Protocol
 E-Mails können gelesen und bearbeitet werden,
bleiben aber am Server gespeichert.
 Verschlüsselte Übertragung
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Netzwerk Protokolle
 E-Mail
 MDA
 MTA
 MUA
SMTP
POP3
SMTP
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Netzwerk Protokolle
 FTP: File Transfer Protocol
 Dient zum Down- und Upload von Dateien auf und
von einem Server (ftpd).
 TCP Port 21 dient zur Ablaufsteuerung
 TCP Port 20 dient zur Datenübertragung
 Firewalls lassen üblicherweise einen
Verbindungsaufbau von außen nicht zu. Hier hilft
die Einstellung „passive Mode“ im FTP Client.
 FTP überträgt Passwörter im Klartext !!!
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Netzwerk Protokolle
 DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol
 Ein Client kann mittels DHCP Request alle relevanten
Netzwerk-Einstellungen von einem DHCP Server
bekommen.




IP-Adresse
Subnet Maske
Default Gateway
DNS Server
 Einstellung in der Netzwerk-Konfiguration
 IP-Adresse automatisch beziehen
 Stellt ein gewisses Sicherheitsrisiko dar.
 „Man in the Middle Attacke“ mittels gefälschtem DHCP-Server
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Netzwerk Protokolle
 DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol
 DHCP Server verwaltet einen Pool von IP-Adressen.
 Client sendet ein DHCP DISCOVER Packet.
 Broadcast Nachricht (UDP)
 Anfrage an DHCP Server
 Alle DHCP Server antworten mittels DHCP OFFER.
 beinhalten mögliche Konfigurationsdaten
 Client sendet einen DHCP Request.
 Client wählt ein Angebot aus.
 Sendet eine Unicast Nachricht an den ausgewählten Server.
 Server bestätigt mit einem DHCP ACK.
 Vorausgesetzt das Angebot ist noch gültig, ansonsten wird DHCP
NAK gesendet und der Vorgang wiederholt.
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Netzwerk Protokolle
 DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol
 IP Adressen ausschliessen
 ip dhcp excluded-address <Adresse-von> <Adresse-bis>
 Adressen-Pool pro Subnet definieren
 ip dhcp pool LAN1
 network <networkadresse> <netmask>
 default-router <default GW für diesen Netz>
 dns-server <DNS-Server>
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Netzwerk Protokolle
 DHCP-Helper konfigurieren
 interface <Interface>
 ip address <IP-Adresse> <Netmask>
 ip helper-address <IP-Adresse des DHCP-Servers>
 Router aktivieren
 router rip
 version 2
 network <Netzwerk-Adresse>
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Netzwerk Protokolle
 DHCP: Dynamic Host Configuration Protocol
ip dhcp excluded-address 192.168.1.1 192.168.1.10
ip dhcp pool LAN1
network 192.168.1.0 255.255.255.0
default-router 192.168.1.1
dns-server 192.168.2.18
router rip
version 2
network 192.168.2.0
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Netzwerk Protokolle
 SMB: Server Message Block
 Client/Server File Sharing Protocol von Microsoft
 Clients stellen eine dauerhafte Verbindung zum
Server her.
 Ressourcen am Server sind wie lokale Ressourcen
verfügbar.
 Linux Systeme können mittels SAMBA Protocol
Windows Shares zur Verfügung stellen.
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Netzwerk Protokolle
 Gnutella: file sharing protocol
 Client sucht nach anderen Gnutella Usern.
 Es entsteht so ein P2P Netzwerk, in dem man nach
bestimmten Dateien suchen kann.
 Dateiaustausch erfolgt dann meist mittels HTTP.
 Zahlreiche Client Applications existieren.




BearShare
Shareaza
Gnucleus
Morpheus
 Ähnliche Protokolle
 Gnutella2, BitTorrent, eDonkey, ...
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Netzwerk Protokolle
 Telnet: Text basierte Terminal Emulation
 Verbindungen werden auch Virtual Terminal
connections genannt (VTY).
 Zugriff auf die Command Line eines anderen
Rechnersystems über das Netzwerk
 Fremdsystem muss den Telnet Daemon gestartet
haben.
 Telnet überträgt Usernamen und Passwort im
Klartext !!!
 Sichere Methode ist SSH.
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TCP
 TCP: Transmission Control Protocol





eingesiedelt in Transport Layer
verbindungsorientiertes Protokoll
beschrieben in RFC 793
TCP Segment mit 20Byte Header
zuverlässig
 3-way handshake
 sequencing
 Flusskontrolle
 windowing
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65
TCP
 TCP-Struktur
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TCP
 Source und Destination-Port:
 Adressieren die Endpunkte der Verbindung.
 Sequence Number
 Wird verwendet, um eine vollständige Übertragung in
der richtigen Reihenfolge der Daten zu realisieren.
 Acknowledgement Number
 vom Empfänger bestätigte Daten
 Offset
 Gibt die Länge des TCP-Headers in 32-Bit Worten an.
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TCP
 Flags
 URG: Wenn URG-Flag gesetzt ist, werden die vom
Urgent Pointer gezeigten Daten von der
Anwendung sofort bearbeitet.
 ACK: Acknowledgement Number gültig
 PSH: wird sofort an die Anwendung durchgereicht.
 RST: um die Verbindung zurückzusetzen.
 SYN: wird für den Verbindungsaufbau verwendet.
 FIN: wird zum Beenden einer Verbindung
verwendet.
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TCP
 Window
 Anzahl der Bytes, die der Empfänger ab dem
bereits bestätigten Byte empfangen kann.
 Beide Seiten können so viele Bytes senden, ohne
eine Bestätigung zu erhalten.
 Checksum
 Die Prüfsumme prüft den Protokollkopf, die Daten
und den Pseudo-Header mit 1-er Komplement.
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TCP
 Urgent Pointer
 Zeigt wichtige Daten an, die sofort zur Anwendung
übergeben werden.
 Options
 Es wird bei dem Verbindungsaufbau z.B. „Maximum
Segment Size“ ausgetauscht, die kleinere wird
angenommen. Default 536 Byte.
 Padding
 Füll-Bits, damit TCP-Header bei der 32 Bitgrenze
endet.
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70
TCP
 Adressierung mit Portnummern
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71
TCP
 Adressierung mit Portnummern
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72
TCP
 Adressierung mit Portnummern
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73
TCP
 TCP-Verbindungsaufbau
 Three Way Handshake
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74
TCP
 TCP-Verbindungsabbau
 Four-Way Handshake
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75
TCP
 TCP-State
http://einstein.informatik.uni-oldenburg.de/rechnernetze/zustands3.htm
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TCP
 TCP-State
http://einstein.informatik.uni-oldenburg.de/rechnernetze/zustands3.htm
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TCP
 TCP-Datenflusssteuerung und Window size
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TCP
 TCP-Datenflusssteuerung und Window size
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TCP
 Windowing
 Wird im 3-Way-Handshake vereinbart.
 Hängt von der Leistungsfähigkeit des Empfängers
ab.
 Während der Übertragung kann die Window-Size
dynamisch angepasst werden.
 Wird stetig erhöht und beim Fehler wieder
reduziert.
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80
UDP User Datagram Protocol





verbindungslos
keine Segmentierung
keine Datenflusssteuerung
Länge enthält 8 Byte Header.
Maximal über IP senden: 216-1-20-8= 65507
http://einstein.informatik.uni-oldenburg.de/rechnernetze/kopf.htm
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Network Layer Funktionen




Adressierung
Encapsulation
Routing
Decapsulation
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Netze und Subnetze
 Wachsende Netze erfordern Auftrennung in Teilnetze.
 Performance
 Bereiche mit ausgeprägtem lokalen Traffic separieren
 Broadcast Domains klein halten
 Security
 unterschiedliche Sicherheitsstufen
 DMZ, privates LAN, Personalverrechnung, ...
 Adressierung
 hierarchische Adress-Strukturen erforderlich
 Vergleich: Postadresse (Land, PLZ, Straße, Hausnummer,
Name)
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Network Layer Protokolle
 IPv4
 http://www.ietf.org/rfc/rfc0791.txt
 IPv6
 http://www.ietf.org/rfc/rfc2460.txt
 IPX
 Appletalk
20.11.2014
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84
Internet Protokoll IPv4




immer noch das meist verbreitete Protokoll
verbindungslos
Best Effort
medienunabhängig
20.11.2014
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85
IP
 verbindungslos
 Paket ohne Vorinformation an den Empfänger
senden.
 Keine Bestätigung über den Erhalt eines Paketes.
 Jedes Paket kann einen beliebigen Weg nehmen.
 IP-Pakete können daher in beliebiger Reihenfolge
ankommen.
20.11.2014
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86
IP
 Best Effort
 Unreliable
 Kein Mechanismus für Fehlerkorrektur
 verlorene Pakete
 fehlerhafte Pakete
 geringer Protokoll-Overhead
 Fehlerkorrektur muss, falls notwendig, von
höheren Schichten übernommen werden (TCP).
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
87
IP
 medienunabhängig
 IP funktioniert auf beliebigen
Übertragungsstrecken.
 Anpassung an das Medium erfolgt auf den
unteren Schichten.
 Ausnahme: Paketgröße
 MTU (maximum transmission unit) ist medienabhängig.
 Wird vom Datalink Layer an Network Layer übergeben.
 Auf Teilstrecken mit geringerer MTU werden Pakete
geteilt (fragmentiert).
20.11.2014
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88
IP
 Der Aufbau eines Datagramms (Paket)
DATA
http://www.highteck.net/images/77-IP-header.jpg
20.11.2014
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89
IP
 Version: derzeit 4
 IHL: Headerlänge n*4Byte
 Type of Service: 8 Bit für QoS genutzt
 D=Delay
 T=Throughput
 R=Reliability
 Packet Length: Gesamtlänge in Byte, inklusive
Header
20.11.2014
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90
IP
 Identifikation: für eindeutige Identifizierung des
Paketes verwendet.
 Flag
 Flag =0 UND Fragment Offset=0
 Paket nicht fragmentiert.
 Flag =1 UND Fragment Offset=0
 Paket kann fragmentiert werden.
 Flag =1 UND Fragment Offset!=0
 Paket fragmentiert, Offset gibt die Position der Daten.
 Flag =0 UND Fragment Offset!=0
 Letzter Teil des fragmentierten Pakets.
20.11.2014
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91
IP
 Time to Live: Zeit, bevor ein Paket verworfen
wird. Nach jedem Weiterleiten wird
dekrementiert.
 Protocol: Protokoll der höheren Schicht
 ICMP : 01
 TCP: 06
 UDP: 17
 Header Checksum: Prüfsumme des Headers
 Source Address: Quelladresse
 Destination Address: Zieladresse
20.11.2014
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92
IP
 Options: für weitere optionale Dienste, selten
benutzt.
 Padding: Rest von Options (32 –Option)Bits
 Data: Übertragungsdaten der höheren Schicht
20.11.2014
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93
IP-Adresse
 Innerhalb eines Netzes darf die IP-Adresse nur
einmal vorkommen.
 Die IP-Adresse besteht aus 4 Bytes (32 Bit).
 Wird in Dezimalzahlen geschrieben, z.B.
192.168.2.10
 Netmask teilt die IP-Adresse zu einem
Netzwerkanteil und einem Hostanteil.
 Die Router benutzen den Netzwerkanteil, um die
Zieladresse zu finden.
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
94
IP-Adresse
 Es gibt 5 Netzwerkklassen: A,B,C,D,E
 Klasse D : Multicastadresse ohne Netzanteil
 Klasse E: für experimentelle Netze
http://wissen-wo-es-steht.de/artikel/ipadressen.html
20.11.2014
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95
IP-Adresse
 Adressierungsbereiche der Klassen A,B,C
http://wissen-wo-es-steht.de/artikel/ipadressen.html
20.11.2014
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96
IP-Adresse
 Spezielle IP-Adressen







0.0.0.0/8 "This" Network
10.0.0.0/8 Private-Use Networks
127.0.0.0/8 Loopback
172.16.0.0/12 Private-Use Networks
192.168.0.0/16 Private-Use Networks
224.0.0.0/4 Multicast
240.0.0.0/4 Reserved for Future Use
20.11.2014
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97
IP-Adresse
 Kommunikation in Netzen
 Innerhalb eines Netzes werden über die
physikalischen Adressen kommuniziert (Switch).
 Zwischen den (Switch) Netzen werden die Router
anhand der IP-Adresse den Ziel-Host finden.
 Router benötigen
 Routing Tabellen
 Default Gateway: Wenn der Weg zum Ziel nicht bekannt
ist, wird diese genommen.
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
98
IP-Adresse
 Auch die Hosts haben Routing Tabellen.
 Unter Windows: route print oder netstat -r
 Unter Linux: PC1> route oder netstat –r
Route Table
===================================================================
Interface List
0x1 ........................... PT TCP Loopback interface
0x2 ...00 16 6f 0d 88 ec ...... PT Ethernet interface
===================================================================
===================================================================
Active Routes:
Network Destination
Netmask
Gateway
Interface
0.0.0.0
0.0.0.0
192.168.1.33
192.168.1.62
Default Gateway:
192.168.1.33
===================================================================
20.11.2014
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99
IP-Adresse
 Ein Router zeigt seine Routinginformationen.
 Unter IOS: R1#show ip route
 C 192.168.1.32 is directly connected, FastEthernet0/0
 C 192.168.1.64 is directly connected, Serial0/0/0
 R 192.168.1.96 [120/1] via 192.168.1.94, 00:00:24,
Serial0/0/0
20.11.2014
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100
IP-Adresse
 Routing Protokolle
 Statisch




Der Routing-Eintrag wird manuell erstellt.
wenig Netzbelastung
arbeitsaufwändig
sicher
 Dynamisch





20.11.2014
Unmittelbare Netzwerke werden manuell eingetragen.
geringer Konfigurationsaufwand
Router tauschen ihre Routinginformationen aus.
Einträge werden automatisch aktualisiert.
Netzbelastung
DI (FH) Levent Öztürk
101
IP-Adresse
 Subnet Maske
 Die Subnet-Maske definiert die Netz-Adresse,
wenn sie mit der IP-Adresse UND verknüpft ist.
 IP(dez) 192.189.51.112
 SM(dez) 255.255.255.0
 IP
 NM
 Netz
11000000.10111101.00110011.01110000
11111111.11111111.11111111.00000000
11000000.10111101.00110011.00000000
 Netz(dez) 192.189.51.0
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
102
IP-Adresse
 Subnet Maske
 Die Subnet-Maske definiert die Host-Adresse, wenn
sie invertiert und mit der IP-Adresse UND verknüpft
ist.
 IP(dez) 192.189.51.112
 SM(dez) 255.255.255.0
 IP
 NM
 Host
11000000.10111101.00110011.01110000
00000000.00000000.00000000.11111111
00000000.00000000.00000000.01110000
 Host-Adresse: .112
 Host-IP-Adresse= Netz-Adresse ODER Host-Adresse
20.11.2014
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103
IP-Adresse
 Subnet Maske und Routing
 Bei jedem Datenpaket wird die Netzadresse mit
der eigene IP-Adresse verglichen.
 Ist das Netzwerk verbunden, wird direkt
zugestellt.
 Ist die Netzadresse in Routing Tabellen enthalten,
wird zum richtigen Port weitergeleitet.
 Wenn nicht, wird das Paket an das DefaultGateway gesendet.
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
104
IP-Adresse
 Classless InterDomain Routing CIDR
 Seit 1986 haben die Netz-Klassen kaum mehr
praktische Bedeutung außer bei RIPv1.
 Die Subnet-Maske gibt die Größe des
Netzbereichs an, ohne Rücksicht auf
Klassengrenzen.
 CIDR bietet eine simple Notation der Netzmaske:
 192.189.51.0/24 bedeutet SM: 255.255.255.0
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
105
IP-Adresse
 Variable Length Subnet Mask VLSM
 Mit Variable Length Subnet Masking (VLSM) ist es
möglich, die Grenze zwischen Netz-ID und Host-ID
nahezu beliebig zu verschieben.
 Es gibt somit die Möglichkeit ein Netz in mehrere
Subnetze zu unterteilen.
 (Klassen-)Netze zu einem Summennetz zu
verbinden.
 Dazu verwendet man einen Teil der Host-ID zur
Adressierung der Subnetze.
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
106
IP-Adresse
 IP4-Subnetting
 Um Subnetze zu bilden, werden einige Bits aus
dem Host-Bereich ausgeborgt.
 Diese Bits können nun Subnetz-Adressen bilden.
 Die verbleibenden Bits adressieren Hosts
innerhalb des Subnetzes.
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
107
IP-Adresse
 IP4-Subnetting
 Beispiel:
 Gegeben 192.189.51.0/24
 Gesucht 192.189.51.0/27










20.11.2014
NET
NM
SN0
SN1
SN2
SN3
SN4
SN5
SN6
SN7
11000000.10111101.00110011.00000000
11111111.11111111.11111111.11100000
11000000.10111101.00110011.00000000
11000000.10111101.00110011.00100000
11000000.10111101.00110011.01000000
11000000.10111101.00110011.01100000
11000000.10111101.00110011.10000000
11000000.10111101.00110011.10100000
11000000.10111101.00110011.11000000
11000000.10111101.00110011.11100000
DI (FH) Levent Öztürk
108
IP-Adresse
 IP4-Subnetting
 Mit ausgeborgten 3 Bits sind 8 Netze möglich.
 Hostanteil 8-3 =5 Bits. Damit 2^5 -2 =30 Hosts
adressierbar.
20.11.2014
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109
IP-Adresse
 IPv4-Summery Net
 Zusammenfassen mehrerer Subnetze zu einem
Summennetz (Aggregation).
 Es lassen sich nur aufeinanderfolgende Subnetze
aggregieren.
 Routingtabellen können dadurch kleiner werden.
 Beispiel:
 Teilnetz 1: 192.168.20.0/24
 Teilnetz 2: 192.168.21.0/24
 Summennetz: 192.168.20.0/23
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
110
IP-Adresse
 Übungen
 Broadcastadresse im Netz 134.130.180.0/22
 4 Rechner sollen in ein gemeinsames Netz, welche
größtmögliche Netzmaske verwende ich?
 Welche der folgenden Adressen sind gültige
Hostadressen?
 192.168.0.4/30
 172.16.4.15/28
 134.130.0.1/24
 137.226.254.255/23
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
111
IP-Adresse
 Übungen
 Ein Rechner hat folgende Einstellungen. Kann er in
dem Fall sein Gateway erreichen?
 IP-Adresse: 137.226.144.129
 Subnet Mask: 255.255.255.128
 Gateway: 137.226.144.1
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
112
IP-Adresse
 Übungen
 Teile folgende Netzadressen in 2 Netze für jeweils
2 Hosts und ein Netz für 3 Hosts auf:
 82.10.20.64/28
 Bilde ein Summary-Netz für die folgenden
Teilnetze:
 192.168.55.32/29
 192.168.55.40/29
 192.168.55.48/29
 192.168.55.56/29
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
113
Data Link Layer
 OSI model layer 2
 TCP/IP model part of Network Access layer
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical
20.11.2014
HTTP, FTP,
TFTP, SMTP etc
Data
stream
Segment
TCP, UDP
Packet
IP
Frame
Ethernet,
WAN
technologies
Bits
DI (FH) Levent Öztürk
Application
Transport
Internet
Network Access
114
Data Link Layer
 Aufgaben







Begriffe
Medienzugriff
Topologien
Ethernet 802.3
PPP
WLAN 802.11
Geräte im Data Link Layer
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
115
Data Link Layer
 Begriffe
 Data Link Layer ist die Schnittstelle zwischen den
hardwareunabhängigen und -abhängigen Layern.
 Erlaubt übergeordneten Layern den Zugriff auf das
Übertragungsmedium.
 Framing/Deframing
 Fehlererkennung durch Prüfsumme (Checksum)
 Physikalische (lokale) Adressierung
 Funktionen des Data Link Layers sind teilweise
abhängig vom verwendeten Physical Layer Protocol.
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
116
Data Link Layer
 Besteht aus 2 Sublayern.
 LLC: Hardware unabhängig, für alle Medien gleich
 MAC: spezifisch für jedes Übertragungsmedium
 Unterschiedliche Übertragungsmedien erfordern
unterschiedliche Physikal Layer Protokolle und
somit auch unterschiedliche MAC Layer.
 Eine Datenverbindung zwischen Endgeräten
involviert damit meist mehrere, auch
unterschiedliche, Data Layer Instanzen.
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
117
Data Link Layer
 Der Zugriff auf das Übertragungsmedium ist
eine wesentliche Aufgabe des MAC Layers.
 Medienzugriff hängt vom Medium und von
der Topologie ab:
 Point-to-Point
 Bus
 Ring
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
118
Topologie
 Topologie beschreibt die Anordnung der
Netzwerkkomponenten, sowie die Art und Weise, wie
Vermittlungsfunktionen im Netz abgewickelt werden.
 Dies hängt davon ab, wie die Endgeräte miteinander
verknüpft sind.
 Wir unterscheiden physikalische und logische
Topologie.
 Physikalische Topologie
 Die räumliche Anordnung, das Kabel-Layout
 Logische Topologie
 Beschreibt die Art und Weise, wie auf das Medium
zugegriffen wird.
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
119
Zugriffsverfahren
 Definiert die Art und Weise, wie auf das Medium
zugegriffen wird.
 Ist eine wesentliche Aufgabe des MAC Layers.
 Grundlegende Methoden:
 Ungesteuerte Zugriffe: Random Access
 Gesteuerte Zugriffe




TDMA : Time Division Multiple Access
CDMA : Code Division Multiple Access
Polling
Token
 Sonderfälle
 Point-to-Point
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
120
Random Access
 Wahlfreier Zugriff: Wenn mehrere Stationen
gleichzeitig senden, dann kommt es zu einer
Überlagerung der Sendesignale (Kollision).
 Das übertragene Signal ist natürlich unbrauchbar.
 Wie werden dennoch Übertragungsfehler
verhindert?
 ALOHA
 CSMA/CA
 CSMA/CD
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
121
Random Access
 ALOHA ungesteuert
 Jede Station sendet, wann immer sie Daten zu
übertragen hat.
 Das übertragene Signal (Summensignal) wird
gemessen. Eine Abweichung vom Originalsignal
wird als Kollision erkannt.
 Bei einer Kollision erfolgt Abbruch der
Übertragung und eine Wiederholung nach einer
zufällig gewählten Pause.
 Einsatz: erstes Ethernet auf Hawaii
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
122
Random Access
 CSMA/CA
 Carrier Sense Multiple Access / Collision
Avoidance
 Das Medium wird beobachtet.
 In Sendepausen kann gesendet werden.
 Kollisionen werden durch eine zufällig gewählte
Wartezeit (Back Off Time) nach Erkennung einer
Sendepause verhindert.
 Einsatz: z.B. im WLAN
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
123
Random Access
 CSMA/CD




Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection
Das Medium wird beobachtet.
In Sendepausen wird gesendet.
Beginnen zufällig mehrere Stationen gleichzeitig zu
senden, kommt es zu einer Kollision.
 Bei Erkennen einer Kollision unterbrechen alle
beteiligten Stationen die Übertragung.
 Nach Ablauf einer pro Station zufällig gewählten
Wartezeit kann erneut gesendet werden (mit Carrier
Sensing).
 Einsatz: in Ethernet Bussystemen (10Base5, ...)
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
124
Gesteuerte Zugriffe
 TDMA
 Time Division Multiple Access
 Festgelegter time slot pro Station
 FDMA
 Frequency Division Multiple Access
 Festgelegtes Frequenzband pro Station
 CDMA
 Code Division Multiple Access
 Festgelegter Code pro Station
 Ungenützte Bereiche können nicht von anderen
Stationen verwendet werden.
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
125
Gesteuerte Zugriffe
 Polling
 Ein zentraler Master prüft jede Station auf
Sendebedarf.
 vordefinierte Reihenfolge
 Bei Sendebedarf erhält die Station eine Freigabe
und kann senden.
 Einsatz: Echtzeitsysteme, Industrial Ethernet
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
126
Gesteuerte Zugriffe
 Token
 Eine Sendeberechtigung (Token) wird in einem
festgelegten Schema weitergereicht.
 Jede Station empfängt den Token und leitet sie an
den vorgesehenen Nachfolger weiter.
 Bei Sendebedarf wird eine Nachricht an den Token
angehängt.
 Je nach physischer Topologie spricht man von
Token Ring, Token Bus, …
 Einsatz: industrielle Busse (Controlnet, Profibus)
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
127
Topologie Merkmale
 Modularität
 Wie leicht können Netze erweitert werden?
 Modularität der Kosten
 Wie steigen die Kosten bei Erweiterung des Netzes?
 Stabilitäts- und Re-Konfigurationsverhalten
 Wie leicht kann das Netz ausfallen?
 Wie schnell konvergiert es nach einem Ausfall?
 Logische Komplexität
 Wie kompliziert sind die Übertragungswege?
 Durchsatz-Kapazität
 Wie schnell können Daten übertragen werden?
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
128
Stern Topologie
 Der zentrale Knoten bestimmt die
Leistungsfähigkeit.
 Ausfall einer Verbindung legt nur die
angeschlossene Station lahm.
 Bei Ausfall des zentralen Knotens fällt das
gesamte Netzwerk aus.
 Verkabelung ist relativ aufwändig, da jede
Station eine eigene Verbindung zum zentralen
Knoten benötigt.
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
129
Stern Topologie
 Modularität
 Gut
 Modularität der Kosten
 Gut
 Stabilitäts- und Re-Konfigurationsverhalten
 Ausfall einer Station unkritisch
 Serverausfall (zentraler Knoten) führt zu Totalausfall
 Logische Komplexität
 Gering
 Durchsatz-Kapazität
 Bestimmt durch zentralen Knoten
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
130
Ring Topologie
 Datentransfer kann in eine oder in beiden Richtungen
laufen.
 Die Sendeberechtigung wird durch ein (kleines)
Datenpaket, dem „Token“, weitergegeben.
 Wenn eine Station senden will, so hängt sie an den Token
ihre Sendedaten an und gibt beides weiter.
 Der Empfänger liest die Daten und sendet den leeren Token
weiter (eventuell mit einer Bestätigung).
 Nach spätestens einem Umlauf kommt der Token mit einer
Bestätigung wieder zur Sendestation. Der leere Token wird
auf jeden Fall zur nächsten Station gesendet.
 Gute Echtzeitfähigkeit, aber langsam.
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
131
Ring Topologie
 Modularität
 Schlechter als bei Stern
 Modularität der Kosten
 Gut
 Stabilitäts- und Rekonfigurationsverhalten
 Schlecht (Duplex) bis sehr schlecht (Simplex)
 Logische Komplexität
 Gering
 Durchsatz-Kapazität
 Mittelmäßig, abhängig von Ringgröße
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
132
Maschen Topologie
 Modularität
 Sehr schlecht
 Modularität der Kosten
 Sehr schlecht
 Stabilitäts- und Rekonfigurationsverhalten
 Optimal
 Logische Komplexität
 Moderat
 Durchsatz-Kapazität
 Sehr gut
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
133
Bus Topologie
 Modularität
 Optimal
 Modularität der Kosten
 Optimal
 Stabilitäts- und Rekonfigurationsverhalten
 Schlecht
 Logische Komplexität
 Moderat (Zugriffsverfahren)
 Durchsatz-Kapazität
 Schlecht
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
134
Layer 2 Adressierung
 Point-to-Point Link – Nur ein Ziel. Minimale
Adressierung.
 Multi-Access Network – Benötigt volles
Adressierungssystem.
 Daher zwei verschiedene Layer2 Protokolle nötig.
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
135
PPP Frame
 Point-to-Point Verbindungen. Minimale
Adressierung. Steuerungsmechanismen.
Start
20.11.2014
Minimal
address
Packet
DI (FH) Levent Öztürk
Check
and
stop
136
Ethernet
 Multi-Access Links. Volle Adressierung. Keine
Steuerungsmechanismen.
 Gilt für alle Ethernettypen bzw. Bandbereiten.
Timing
and
start
20.11.2014
Addresses
48 bits each
Layer 3
protocol
DI (FH) Levent Öztürk
Packet
Check
and
stop
137
Ethernet
 Gegenüberstellung von Hub und
Switch
 Shared medium
 Shared bandwidth
 Collisions
Hub
Switch
 Point to point links
 Dedicated bandwidth
 Use full duplex – no collisions
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
138
Ethernet
 Übertragungsgeschwindigkeit und Bandbreite
 “Legacy Ethernet”, 10Base5, 10Base2 or 10BaseT
 10Base5
 10mm RG8 Koaxial Kabel bis 500m und 10Mbps
 10Base2
 6mm RG58 Koaxial Kabel bis 185m und 10Mbps
 10Base-T (twisted pair)
 RJ45 Stecker, Kabellängen bis 100m und 10Mbps
 Fast Ethernet, 100 Mbps
 Gigabit Ethernet, 1Gbps
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
139
Ethernet
 Layer 2 Adressierung




einmalige Adresse für jede Netzwerkkarte
im ROM gespeichert
Erste 3 Bytes sind dem Hersteller zugeordnet.
Es gibt unterschiedliche Schreibweisen.
 00-05-9A-3C-78-00
 00:05:9A:3C:78:00
 0005.9A3C.7800
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
140
Ethernet
 Layer 2 Adressierung
 MAC-Adressen dienen zur Identifizierung von
Geräten innerhalb eines Netzes.
 Router entfernen MAC-Adressen eines Paketes
beim Empfang.
 Ersetzen durch die MAC-Adresse des nächsten
Netzwerk-Gerätes beim Senden.
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
141
Ethernet
 Unicast-Adressierung
 Wird an ein bestimmtes Netzwerkgerät durch IPund MAC-Adresse adressiert.
 Multicast-Adressierung
 Wird an eine bestimmte Gruppe von
Netzwerkgeräten adressiert.
 Z.B. IP=224.0.0.0 to 239.255.255.255
20.11.2014
DI (FH) Levent Öztürk
142
Ethernet
 Broadcast Adressierung
 Wird an alle Netzwerkgeräte adressiert.
 IP-Adresse = 192.168.1.255/24
 MAC-Adresse = FF:FF:FF:FF:FF:FF
20.11.2014
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143
Ethernet
 Layer-2 Adressierung
 Der Switch bildet eine Tabelle, die Portnummer
und die entsprechende MAC-Adresse speichert.
 Wenn Frames ankommen, wird die Zieladresse in
der Tabelle gesucht.
 Falls gefunden, wird der Frame an den Port
weitergeleitet.
 Falls nicht gefunden, wird an alle Ziel-Ports
gesendet.
 flooding
20.11.2014
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144
Ethernet
 Wie wird die Adresstabelle gebildet?
 Der Switch schaut immer auf die Absenderadresse
und merkt sich, von welchen Port der Frame
gekommen ist.
 Portnummer und MAC-Adresse werden in die
Tabelle mit einem Zeitstempel geschrieben.
 Wenn die Zeit abgelaufen ist, wird der Eintrag
entfernt.
 Zeitstempel wird erneuert, wenn Daten
übertragen werden.
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145
Ethernet
 Address Resolution Protokoll ARP
 Hosts bilden ARP-Tabellen, im dem sie IP-Adresse
und dazugehörige MAC-Adresse speichern.
 Wenn die MAC-Adresse nicht gefunden wird, wird
ein Broadcast geschickt.
 Wenn der Host antwortet, wird die MAC-Adresse
in die ARP-Tabelle eingetragen und ein Frame
gesendet .
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146
Ethernet
 Address Resolution Protokoll ARP
 Wenn der Ziel-Host nicht im selben Netz ist, dann
wird eine ARP-Request an Default-Gateway
geschickt.
 Default-Gateway antwortet mit eigener MACAdresse.
 Host speichert die MAC-Adresse und sendet den
Frame an Default-Gateway.
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147
Ethernet
 Proxy ARP
 Wenn ein Host nicht weiß, in welchem Netz der
Ziel-Host ist, wird ein ARP-Request gesendet.
 Router antwortet mit eigener MAC Adresse und
übernimmt die Zustellung des Frames.
 Proxy-ARP muss beim Router konfiguriert werden.
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148
802.11 Wi-Fi
 WLAN und WiFi wird für Wireless LAN
benutzt.
 Es entstehen viele Interferenzen und
Datenverluste.
 Jede Übertragung wird bestätigt.
 Unbestätigte Daten werden noch einmal
geschickt.
 In einem Frame sind einige Steuerdaten
enthalten.
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149
OSI Physical layer
 OSI model layer 1
 TCP/IP model part of Network Access layer
Application
Presentation
Session
Transport
Network
Data link
Physical
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HTTP, FTP,
TFTP, SMTP etc
Data
stream
Segment
TCP, UDP
Packet
IP
Frame
Ethernet,
WAN
technologies
Bits
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Application
Transport
Internet
Network Access
150
OSI Physical layer
 Kupferkabel
 Glasfaserkabel
 Funkübertragung
 WLAN
 Bluetooth
20.11.2014
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151
OSI Physical layer
 Frames werden vom Data Link Layer
übernommen.
 Ein Frame wird als Folge von Bits betrachtet.
 Bits werden in mediumabhängige Signale
umgewandelt (codiert).
20.11.2014
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152
OSI Physical layer
 Frames werden vom Data Link Layer
übernommen.
 Ein Frame wird als Folge von Bits betrachtet.
 Bits werden in mediumabhängige Signale
codiert und gesendet.
20.11.2014
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153
OSI Physical layer
 Standard für Physikalische Schicht wird
definiert
 elektrische und mechanische Eigenschaften des
Mediums
 mechanische Eigenschaften der Anschlüsse (NIC)
 Codierung (Umsetzung von Bits in Signale)
 Definition von Steuersignalen
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154
OSI Physical layer
 Signal Codierung: NRZ - non return to zero
 1 ist höhere Spannung, 0 ist niedrigere Spannung.
 Spannung ist immer vorhanden.
 Längere Bitfolgen können Timing Probleme
verursachen.
 Wird nicht kommerziell verwendet.
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155
OSI Physical layer
 Signal Codierung: Manchester encoding
 Spannungswechsel mitten im Datenbit
 Fallende Flanke bedeutet 0
 Steigende Flanke bedeutet 1
 Änderungen außerhalb der Bitperiode ignoriert
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156
OSI Physical layer
 Signal Codierung: 4B/5B encoding
 beim 100 Mbps Ethernet verwendet
 danach MLT3-Codierung als Spannungspegel
 1 bedeutet Änderung,
 0 bedeutet keine Änderung
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157
OSI Physical layer
 Signal Codierung: 4B/5B encoding
 100BaseFX Ethernet verwendet 4B/5B Codierung.
 Dann NRZI Codierung, um Infrarot-LED für
Glasfaser zu steuern.
 1 bedeutet Änderung
 0 bedeutet keine Änderung
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158
OSI Physical layer
 Signal Codierung: Gigabit Ethernet auf UTP
 Es wird ein komplexes Codierungsverfahren
verwendet.
 Das Signal wird durch 4 Leitungspaare mittels
komplexen Signalmusters gesendet.
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159
OSI Physical layer
 Bandbreite
 Die Größe der Datenmenge, die innerhalb eines
definierten Zeitabstandes übertragen wird.
 Einheit ist: „bits per second“ (bps)
 1 Kbps = 1,000 bps, 1Mbps = 1,000,000 bps
1 Gbps = 1,000,000,000 bps
20.11.2014
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160
OSI Physical layer
 Bandbreite
 Die Größe der Datenmenge, die innerhalb eines
definierten Zeitabstandes übertragen wird.
 Einheit ist: „bits per second“ (bps)
 1 Kbps = 1,000 bps, 1Mbps = 1,000,000 bps
1 Gbps = 1,000,000,000 bps
 Goodput:
 übertragene Nettodaten pro Zeiteinheit
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161
OSI Physical layer
 Medium
 Koaxial Kabel
 Innenleiter aus Kupfer
 Isolation mit besonderen dielektrische Eigenschaften
 Außenleiter, Abschirmung aus Kupfer
 Schutzmantel
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162
OSI Physical layer
 Medium
 Koaxial Kabel
 Steckverbinder
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163
OSI Physical layer
 Medium
 Unshielded twisted pair (UTP) cable
 Kabel mit verdrillten Adernpaaren
 8 Leitungen in 4 Paaren verdrillt
 Leitungen sind mit farbcodierter Plastikhülle umgeben.
 Meistens für Ethernet LAN verwendet.
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164
OSI Physical layer
 Medium
 RJ45 connectors
 T568B
 Straight through cable, nicht gekreuzt
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165
OSI Physical layer
 Medium




RJ45 connectors
Crossover cable, gekreuzt
EIA-TIA568A  PAIR2
EIA-TIA568A  PAIR3
Transmit
Receive
20.11.2014
1
2
3
6
Transmit
Receive
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166
OSI Physical layer
 Medium
 RJ45 connectors
 Rollover cable, Cisco Konsole Kabel
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167
OSI Physical layer
 Medium
 Shielded twisted pair (STP)
 Abschirmung gegen Rauschen und andere Störungen
 teurer als UTP
 Kann für 10 Gbps Ethernet verwendet werden.
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168
OSI Physical layer
 Medium
 Fibre optic cable
 Es werden nur Lichtimpulse übertragen.
 Kein RFI/EMI Rauschen
 In einem Kabelbund können mehrere Lichtleiter sein
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169
OSI Physical layer
 Medium
 Fibre optic cable Single mode
 Glass core 8 – 10 micrometres diameter
 Laser light source produces single ray of light
 Distances up to 100km
 Photodiodes to convert light back to electrical signals
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170
OSI Physical layer
 Medium
 Fibre optic cable Single mode
 Durchmesser des Innenleiters: 50 – 60 µm
 mehrere Lichtstrahlen mit unterschiedlichem Winkel
 bis zu 2 km Reichweite
 Photodiode als Empfänger
 billiger als Single Mode
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171
OSI Physical layer
 Medium
 Fibre optic Connectors
Subscriber connector
(SC) multimode
Multimode lucent connector
Duplex multimode lucent
connector (LC)
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172
OSI Physical layer
 Medium
 Wireless LAN
 Elektromagnetische Signale auf Mikrowellenbereich.
 Keine Kabelinstallationen notwendig.
 Endgeräte können mobil sein.
Wireless access point or
WLAN Router
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173
OSI Physical layer
 Medium
 Wireless LAN
 IEEE 802.11 - Wi-Fi für Wireless LAN. Verwendet
CSMA/CA Verfahren.
 IEEE 802.15 - Bluetooth verbindet Gerätepaare bis zu
100m.
 IEEE 802.16 - WiMAX für Wireless Broadband Access.
 Global System for Mobile Communications (GSM) für
Mobilfunknetze geeignet.
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174
Internationale Organisationen
Abkürzung URL
Organisation
IANA
www.iana.org
Internet Assigned Numbers Authority
ICANN
www.icann.org
Internet Corporation for Assigned Names and
Numbers
APNIC
www.apnic.net
Asia Pacific Network Information Center
ARIN
www.arin.net
American Registry for Internet Numbers
RIPE
www.ripe.net
Réseaux IP Européens
NIC
www.internic.net
Network Information Center
IAB
www.iab.org
Internet Architecture Board
IETF
www.ietf.org
Internet Engineering Task Force
IRTF
www.irtf.org
Internet Research Task Force
ISTF
www.istf.org
Internet Societal Task Force
ISOC
www.isoc.org
Internet Society
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175
 Quellen:
 S Ward Abingdon and Witney College CCNA
Exploration Semester 1
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