Lernfeld 8 - Netzwerktechnik
von Nuri Bozyigit
Themenwoche Nr. 5
Arbeitszeit: 05.10.16 bis 09.10.16
Ziele
1. Ich kann die klassische LAN Verbindung erklären, ein Beispiel-Diagramm dazu bereit stellen und einige Vergleiche nennen.
2. Ich kann die 5-4-3-Regel erklären, ihre Relevanz nennen und dies mit entsprechender Grafik ergänzen.
3. Ich kann das Zugriffsverfahren CSMA/CD erklären und einige Vor- und Nachteile nennen. Zusätzlich kann ich diese mit dem CSMA/CA vergleichen und die Bedeutung dieser Abkürzung erklären.
4. Ich kann die Felder der Ethernet II-Frames erläutern.
Lernnachweis
1. Detailliert die klassische LAN Verbindung erklären, signifikante Unterschiede aufzählen und ein mit Paint erstelltest Diagramm als Beispiel anbieten.
2. Bedeutung der 5-4-3 Regel nennen und eine Grafik anbieten.
3. Bedeutungen von CSMA/CD und CSMA/CA erklären und vergleichen.
4 .Die im Lernjob IT-NT-GR-3.4 genannten Felder und Frames für die Ethernet II erläutern und diese bereit stellen.
Weg (wie ich die Ziele erreiche)
1. Funktionen der klassischen LAN Verbindungen ausfindig machen, gegeben falls auch mit einer aktuellen LAN Verbindung vergleichen um detaillierter berichten zu können.
Geplante Endzeit der Phase: 06.10.16 9:00 Uhr
2. Bedeutung und Funktion einer 5-4-3 Regel ausfindig machen und anhand Musterbeispielen ein Diagramm mit Paint erstellen.
Geplante Endzeit der Phase: 06.10.16 10:30 Uhr
3. Die Bedeutungen der Begriffe CSMA/CD und CSMA/CA ausfindig machen und diese miteinander vergleichen.
Geplante Endzeit der Phase: 07.10.16 9:30 Uhr
4. Die Bedeutungen und Funktionen des im Lernjob angegebenen Ethernet II-Felder ausfindig machen.
Geplante Endzeit der Phase: 07.10.16 10:30 Uhr
Auswertung der Themenwoche
Soweit lief diese Themenwoche gut und auch die Organisation und Gestaltung des Portfolios stellten keine Probleme mehr. Die Informationsbeschaffung war aber wieder mal sehr schwer und einige Sachen ließen sich nicht leicht ausfindig machen. Abgesehen davon ging alles problemlos von der Hand
1. Klassische LAN
Ein Klassicher LAN - auch Shared Media LAN genannt- ist eine Netzwerkverbindung in denen sich die Endsysteme einen gemeinsamen Kabel für die Datenübertragung teilen müssen. Sie wird in einer Bus-Topologie angebracht, ist heute nicht mehr gängig und dient nur als Konzept für LAN- und MAN-Technik.
Im Vergleich zu heutigen Verbindungsmethoden kann sie kein Voll-Duplex Verfahren ermöglichen (Halb-Duplex), kann zu häufigen Kollisionen führen und ist anfällig gegen Kabel- und Steckverbindungstrennung/Schäden, da diese eine ganze Segment außer Kraft setzen kann. Die Verbindung findet mit einem Koaxialkabel statt und einer Übertragungsraten von 19Mbit/s. Zugriffsmethode: CSMA/CD
2. 5-4-3-Regel
Die 5-4-3 Regel ist gängig bei einem 10Mbit/s Ethernet-Netzwerk (10Base2/10Base5/10Base-T) und besagt dass an diese nur jeweils 5 Segmente mit jeweils 4 Repeatern und nur an 3 Segmenten aktive Endgeräte angeschlossen werden dürfen.
Durch den Halbdublex Betrieb, können im Netzwerk Kollisionen entstehen, da mehrere Stationen ein Medium zeitgleich nutzen wollen. Die Wahrscheinlichkeit für diese Kollisionen soll mit der 5-4-3 Regel vermindert werden.
Zusatz: ISO/OSI-Referenzmodell
Um einen Verständnis der Kommunikation zwischen 2 oder mehreren Systemen zu bilden, wird das OSI-Referenzmodell benutzt. In den 7 oben angezeigten Schichten wird alles festgelegt was man für eine offene Kommunikation benötigt. So sollen auch Systeme die von unterschiedlichen Hersteller stammen miteinander kommunizieren können.
Das Modell gliedert sich in zwei Bereiche: einmal die ersten Layer 1 bis 4 die die Kommunikationskanäle festlegen um sogenannte Transportsystem zu bilden. Und dann die letzten 3, 5 bis 7, die als Informationsdarstellung dienen und als Anwendungssystem bezeichnet werden. Beim Senden der Daten wird die Layer in der Reihenfolge von 7 bis 1 genutzt. Beim empfangen genau umgekehrt.
Innerhalb eines Layers befindet sich ein Modul das man als "Instanz" bezeichnet. Diese kann man sowohl hardware- als auch softwaretechnisch realisieren. Es kann sowohl vertikal (mit Layer über und unter dem Layer) als auch horizontal (mit getrennten Instanzen) kommunizieren. Die Leistungen die ein Layer dem Layer darüber anbietet bezeichnet man als "Dienste". Über Protokolle erfolgt eine Kommunikation zwischen 2 Layer auf der selben Ebene. Und letztlich findet ein Nachrichtenaustausch von Layer zu Layer mit Paketen statt.
Physicaln Layer:
Der Physical Layer (physikalische Schicht) definiert die elektrische, mechanische und funktionale Eigenschaften. In so fern betrifft diese die Festlegung des Übertragungsmediums, der Steckverbindung und der Auf- und Abbau der physikalischen Verbindung. Die einzelnen Bitsequenzen eines Frames werden hier in übertragbare Formate umgesetzt. Der unterste Layer wird daher gelegentlich auch als Bitübertragungsschicht bezeichnet. Im Falle einer Computerverbindung werden diese Funktionen z.B mit einer Netzwerkkarte zur Verfügung gestellt.
Link Layer:
Der Link Layer (Verbindungsschicht) organisiert die den Zugriff auf das jeweilige Übertragungsmedium und die codierten Bitsequenzen werden zu Datenrahmen erzeugt. Sicherungsverfahren wie z.B ein CRC (Cyclic Redundancy Check) sorgen für eine möglichst fehlerfreie Kommunikation zwischen den zwei teilnehmenden Geräten. Die Zeit- und Sequenzenüberwachung, Flusskontrolle und Bestätigung der Übertragung sind alles ebenfalls die Aufgaben des Link Layers. Auf Grund der Menge an Kontrollverfahren die in diesem Layer stattfinden, wird sie auch Sicherungsschicht genannt. Durch diese Handlungen wird im Endeffekt mit den jeweiligen Informationen der Frame erzeugt. Netzwerkkarten, Repeater und Bridges arbeiten auf den ersten hier erklärten Schichten dieses Modells.
Network Layer:
Die Organisation für die Zustellung der Datenpakete wird durch den Network Layer (Netzwerkschicht) vorgenommen. Dies beinhaltet auch den Routing (Weg der Verbindung) Nachrichtenpakete, sowie die Kopplung einzelner Netzwerke. Diese Durchführung kann sowohl hardware- als auch softwaremäßig erfolgen. Protokolle wie IP (Internet Protocol), IPX (Internet Packet Exchange) und RIP (Routing Information Protocol) stellen die Dienste für diesen Layer zur Verfügung.
Transport Layer:
Der Transport Layer (Transportschicht) organisiert den Verbindungsaufbau, Verbindungsfreigabe und Verbindungsabbau. Sollten mehrere Kommunikationsverbindungen bestehen, kann ein Multiplex erfolgen der die Frameübertragungen an diese Verbindungen verteilt.
Session Layer:
Der Sessionlayer (Sitzungsschicht) sorgt für die Prozesskommunikation zwischen den 2 Systemen. Dies umfasst unter anderem die Zugangskontrolle, die Zugangsberechtigungen, die Fehlerbehandlung und den Datentransfer. Der Sessionlayer ermöglicht auch einen Checkpoint (Fixpunkt) um bei einer Verbindungsstörung ab diesem Checkpoint wieder weiter zu machen. Ohne müsste man mit der Übertragung von Vorn beginnen.
Presentation Layer:
Der Presentation Layer (Darstellungsschicht) codiert und decodiert die Datenformate für die Application Layer. Datenumwandlungen, Ver- und Entschlüsselungen, Datenprüfungen werden hier ebenfalls vorgenommen.
Application Layer:
Der Application Layer (Anwendungsschicht) stellt die Verbindung zu den anderen Layern her. Sie stellt die Funktionen für die Anwendungen zur Verfügung. Hier finden auch die Dateneingabe und -ausgabe statt.
Zusatz: Ethernet-Varianten
|
Bezeichnung |
Standard |
Topologie |
Übertragungsrate |
Übertragungsmedium |
|
10Base-5 (Thick Wire) |
IEE 802.3 |
Bus mit Abzweigen |
10 MBit/s |
50-Ohm-Koaxialkabel, 4-fach geschirmt (Yellow Cable”, RG11) |
|
10Base-2 (Cheapernet) |
IEE 802.3 |
Bus ohne Abzweig |
10 Mbit/s |
50-Ohm-Koaxialkabel, einfach geschirmt (Thin Eethernet, RG58) |
|
10Base-T |
IEE 802.3 |
Stern mit Repeater Hubs oder Ethernetswitches |
10 Mbit/s |
Unshielded Twisted-Pair oder Twisted-Pair (UTP, TP) |
|
10Base-F |
IEE 802.3 |
Stern, oft nur Point-to-Point |
10 Mbit/s |
Glasfaser |
|
100Base-T4 |
IEE 802.3 |
Stern |
100 Mbit/s |
CAT5-7 (STP, SSTP), bei 100Base-T4 4 Aderpaare |
|
100Base-TX |
IEE 802.3 |
Stern mit Repeater Hubs oder Ethernetswitches |
100 Mbit/s |
CAT5-7 (STP, SSTP), bei 100Base-T4 4 Aderpaare |
|
100Base-FX |
IEE 802.3 |
Stern, oft nur Point-to-Point |
100 Mbit/s |
Glasfaser Multimode, Glasfaser Monomode |
|
1000Base-SX |
IEEE 802.3 |
Stern |
1 Gbit/s |
Glasfaser Monomode |
|
1000Base-LX |
IEEE 802.3 |
Stern |
1 Gbit/s |
Glasfaser Multimode, Glasfaser Monomode |
|
1000Base-T |
IEEE 802.3 |
Stern |
1 Gbit/s |
UTP |
|
10GBase-SR |
IEEE 802.3ae |
Stern |
10 Gbit/s |
Twisted-Pair-Kabel, 4 Adern |
|
10GBase-LX4 |
IEEE 802.3ae |
Stern |
10 Gbit/s |
Twisted-Pair-Kabel, 4 Adern |
|
10GBase-LR |
IEEE 802.3ae |
Stern |
10 Gbit/s |
Twisted-Pair-Kabel, 4 Adern |
|
10GBase-ER |
IEEE 802.3ae |
Stern |
10 Gbit/s |
Twisted-Pair-Kabel, 4 Adern |
Profilinformation
- Vorname: Nuri
- Nachname: Bozyigit
- E-Mail Adresse: nuribozyigit@hotmail.de
Quellen
Klassische LAN Verbindung
- Lernjob (05.10.16)
5-4-3-Regel
- Wikipedia Eintrag: 5-4-3-Regel (05.10.16)
CSMA/CD & CSMA/CA
- Wikipedia Eintrag: CSMA/CD (08.10.16)
- Wikipedia Eintrag: CSMA/CA (08.10.16)
Ethernet-Varianten
- Wikipedia Eintrag: Ethernet (07.10.16)
Ethernet Frames
- Lernjob: Ethernet (05.10.16)
- Internetartikel: Ethernet Frame Aufbau (08.10.16)
Creative Commons Lizenz
Netzwerktechnik - Einführung 2 von Nuri Bozyigit ist mit einer Creative Commons Attribution 3.0 Unported Lizenz ausgestattet.
Jede der Bedingungen kann aufgehoben werden, sofern Sie die ausdrückliche Genehmigung von Nuri Bozyigit dazu erhalten.
3. CSMA/CD & CSMA/CA
CSMA/CD
CSMA/CA
CSMA/CA (Carrier Sense Multiple Access/Collision Avoidance) ist die Bezeichnung einer Struktur für Kollisionsvermeidung bei Zugriff mehrerer Netzwerkstationen auf denselben Übertragungskanal. Diese läuft mit folgendem Prozess ab:
- Zuerst wird das Medium abgehört
- Ist das Medium für die Minimalzeit für eine Paketsendung frei, wird eine Backoffzeit ausgerechnet und versendet nachdem diese abläuft.
- Ist das Medium belegt, wartet man mit dem Start der Backoffzeit ab bis die Netzbelegungsvektor-Zeit beendet wird. Der Netzbelegungsvektor rechnet die Zeit aus, die die Versender für das Datenpakets angeben. Anhand diese kann es die früheste Zeit in der das Medium wieder frei ist abschätzen. Nach diesem Verfahren wird wieder die Minimalzeit geprüft und es geht mit der Backoffzeit weiter.
- Nachdem das Paket vollständig empfangen wurde, wird wieder eine Minimalzeit abgewartet bis dann der korrekte Empfang signalisiert wird (ACK)
- Sollte eine Kollision durch gleichzeitigen Ablauf des Backoffs eintreten, kommt es zu einem ACK-Timeout und es wird wieder eine Minimalzeit abgewartet bis sich der gesamte Vorgang wiederholen kann.
Unterschiede zwischen CSMA/CD und CSMA/CA
Im Gegensatz zu CSMA/CD kann CSMA/CA bei der Übertragung des Datenpakets nicht weiterhin horchen ob das Medium frei ist. Eine "Collision Detection" wie bei CSMA/CD würde in diesem Fall fehlschlagen. Stattdessen führt diese eine Kollisionsvermeidungsprozess durch, der eine Kollision zwar nicht ganz verhinder, die Wahrscheinlichkeit aber minimiert.
4. Ethernet Frames
Ethernet ist ein paketvermittelndes Netzwerk. Die Daten werden in mehrere kleine Pakete aufgeteilt. Diese Pakete werden Frames oder Rahmen genannt. Es gibt verschiedene Ethernet-Rahmenformate.
Ethernet Frame II
Präambel
Präambel dient hauptsächlich als Synchronisation. Da es sich bei einem empfangenen Signal auch um einen Signalrausch bzw. Störung handeln könnte, werden Frames mittels Präambel und einer vordefinierten Code angekündigt. Diese besteht aus einer sieben Byte langen Bitfolge (101010…1010). Da nun klar ist, dass ein Frame eintrifft, muss noch mitgeteilt werden wann genau der Ethernet-Frame beginnt. Und dafür ist die Starterkennung (die entweder „Start of Frame“ oder „Start Frame Delimiter“ genannt wird) da, die mit zwei aufeinander folgenden Einserbits diese Information verkündet. Folglich ist diese 1 Byte groß und Teil des Präambels.
Ziel- und Quelladressen
Die Ziel- und Quelladressen sind Mac-Adressen mit ihrer jeweiligen Größe von 6 Bytes (48 Bit). Das erste Bit gibt an, ob es sich um eine Uni- oder Broad-/Multicast-Adresse handelt. Der zweite Bit ob die bei den restlichen 46 Bit global oder lokal administriert werden.
Typ
Das Typ-Feld kennzeichnet verschiedene Schicht 3 Protokolle. Andere Ethernet-Frames haben an dieser Stelle eine Längeninformation.
Daten
Die Daten im Ethernet Frame übertragen werden, müssen eine Mindestgröße von 46 Bytes haben und können pro Datenblock maximal 1500 Bytes groß sein. Sollte eine Mindestgröße von 46 Bytes nicht eingehalten worden sein, tritt der PAD-Feld in Kraft. Dieser wird nicht dargestellt, da diese kaum zur Einsatz kommt, füllt aber die Datei auf bis zu 46 Bytes um Probleme bei einer Kollisionserkennung zu umgehen. Das Typ-Feld sorgt zusätzlich dazu dass die vom PAD-Feld hinzugefügten Bytes nicht als tatsächliche Daten übertragen werden.
FCS (Frame Check Sequence)
FCS, kurz führ „Frame Check Sequence“, wird vom Sender erstellt und steht ganz am Ende des Ethernet-Frames. Sie ist weitere 4 Bytes groß und beinhaltet eine 32 Bit große Prüfsumme. Berechnet wird diese von der Ziel-Mac-Adresse bis zur PAD-Feld, wobei das Präambel/SFD Feld nicht mit ein kalkuliert wird. Der Empfänger übernimmt selbst eine CRC Berechnung und vergleicht beide Werte. Sollten diese nicht übereinstimmen, wird davon ausgegangen das die Übertragung fehlerhaft war und verwirft den Datenblock.
Ethernet Frame 802.2/802.3
"Ethernet-802.3"-Frames verzichten auf ein Typenfeld. Es folgen der Destination Service Access Point (DSAP) und der Source Service Access Point (SSAP).
DSAP
Der Destination Service Access Point ist die zusammengefasste MAC-Adresse des Ziels. Sie sorgt für die Organisation während einer Multiplex.
Source Service Access Point
Der Source Service Access Point ist die Quelladresse und hat eine vergleichbare Struktur wie die DSAP.
Ethernet SNAP
Bei SNAP wird vor dem Datenfeld wird ein zusätzliches Feld von 5 Byte hinzugefügt. Es wird als SNAP bezeichnet. Das ist die Abkürzung für Subnetwork Access Protocol. Die 5 Byte enthalten in 3 Byte den Organizationally Unique Identifier (OUI) des Herstellers und in den folgenden 2 Byte die Protokollnummer (Typenfeld).
