Netzwerktechnik Modul 129 Netzwerktechnik

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1 Netzwerktechnik Technische Berufsschule Zürich IT Seite 1

2 A. Netzverkabelung Die verschiedenen Ethernet-Varianten Die Ethernetvarianten unterscheiden sich hauptsächlich durch die verwendeten Medien wie Twisted-Pair, Kupferkabel oder Glasfaser und die Übertragungsgeschwindigkeiten. Alle Ethernetvarianten sind Unternormen der Norm IEEE Die nachfolgende Tabelle listet einige Ethernet-Varianten, die wichtigsten davon fett gedruckt, neben anderen, die sich am Markt aber nie recht durchsetzen konnten. Technische Berufsschule Zürich IT Seite 2

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5 Glasfaserkabel Die schnellste Übertragung erlauben derzeit die Glasfasern bzw. Lichtwellenleiter (LWL). Dabei werden Spannungs-werte in Lichtimpulse umgewandelt und entlang einer Glasfaser übertragen. So lassen sich Übertragungsraten von mehreren Gbit/s erreichen. Lichtwellenleiter sind im Gegensatz zu langen Kupferleitungen unempfindlich gegenüber Störungen durch elektrostatische oder elektromagnetische Felder, wie sie zb. im Umfeld von elektrischen Maschinen auftreten. Die Signalübertragung erfolgt mit Hilfe von Brechungen und Totalreflexionen der Lichtstrahlen. Die normalerweise gleichförmig nach allen Richtungen verlaufende Lichtausbreitung wird durch den Mantel des Lichtwellenleiters in eine Richtung gezwungen. Als Sender und Empfänger dienen meist Laserdioden. Die wichtigsten Glasfaser-Kabeltypen für LAN s und WAN s in einer Übersicht: Technische Berufsschule Zürich IT Seite 5

6 Aufbau und Durchmesser von Glasfaserkabeln: Technische Berufsschule Zürich IT Seite 6

7 Multi-Mode und Single-Mode-Glasfasern Bandbreite und Reichweite werden durch die sogenannte Dispersion begrenzt. Damit ist das Abflachen und Abrunden eines zuvor rechteckigen Lichtimpulses gemeint. Dies tritt in Glasfasern auf langen Übertragungsdistanzen auf. Siehe nächste Abbildung: In Multi-Mode-Glasfasern setzt sich ein eingespeister rechteckiger Lichtimpuls (links) aus vielen Lichtstrahlen mit unterschiedlichen Einfallswinkel zusammen. Da die Lichtstrahlen je nach Winkel unterschiedlich lange Wege zurücklegen, kommen sie am Faser-Ende nicht mehr gleichzeitig an. Deshalb sieht der Impuls nach einer gewissen Strecke breiter und abgerundeter aus, je länger die Stecke, desto breiter das Signal. Sobald der Impuls (auf der Zeitachse) so breit wird, dass er sich mit dem nächsten Impuls überlagert, können die einzelnen Bits nicht mehr klar unterschieden werden und die Übertragung wird fehlerhaft. In Single-Mode-Glasfasern wird der Durchmesser der Kerns möglichst klein gemacht. Dadurch gibt es weniger grosse Unterschiede im Einstrahlwinkel und somit auch bei den Laufzeiten. Im Idealfall bei sehr dünner Glasfaser können sich die Strahlen fast nur noch geradlinig durch die Faser bewegen. Je kleiner der Kerndurchmesser, desto weniger Dispersion tritt auf. Weniger Dispersion bedeutet grössere Bandbreiten und längere Übertragungsdistanzen. Dafür ist die Herstellung von Single-Mode-Glasfasern aber teurer. Technische Berufsschule Zürich IT Seite 7

8 Die Lichtwellenlänge Die bei Ethernet-Glasfasertechnologien verwendeten Lichtwellenlängen befinden sich im Infrarotbereich. In diesem Bereich dämpft die Glasfaser das Licht am wenigsten. 1000BaseSX benutzt eine Wellenlänge von 850nm und ist somit für das menschliche Auge noch knapp als rotes Licht sichtbar. 1000BaseLX und die 10Gbit/s-Technologien benutzen 1300nm. Diese Licht ist für uns nicht mehr sichtbar. Für alle Lichtwellenleiter gilt: Nie in die Glasfaser schauen. Der z.t. unsichtbare Lichtstrahl kann das Auge verletzten! Ein Glasfaserkabel wegen der Augenverletzungsgefahr nie nur einseitig anschliessen! Einsatzgebiete der Ethernet-Varianten Folgende LAN-Einsatzgebiete sind zu unterscheiden: Technische Berufsschule Zürich IT Seite 8

9 B. Netzwerkkopplung Technische Berufsschule Zürich IT Seite 9

10 Gerät A HTTP, FTP TCP IP MAC Verkabelung Auf Verkabelungsebene Repeater Multiportrepeater Hub Verbindung Gerät B HTTP, FTP TCP IP MAC Verkabelung Gerät A HTTP, FTP TCP IP MAC Verkabelung Auf MAC-Ebene: Switch (nicht aber Layer3/4 Switchs oder Multilayer-Switchs/Router-Switchs bzw. Switching Router!!) Verbindung Gerät B HTTP, FTP TCP IP MAC Verkabelung Gerät A HTTP, FTP TCP IP MAC Verkabelung Auf Netzwerkebene: Router (Spezialfall ADSL-Router!) Verbindung Gerät B HTTP, FTP TCP IP MAC Verkabelung Technische Berufsschule Zürich IT Seite 10

11 Kollisionsdomäne In jedem Moment kann innerhalb eines Segments nur eine Station senden! (CSMA/CD!!!) Im Worst-Case <Alle Stationen wollen senden> gilt: Technische Berufsschule Zürich IT Seite 11

12 Ethernet-Switches Bilder: Cisco 1900 Ethernet-Switch Technische Berufsschule Zürich IT Seite 12

13 Merkmale von Ethernet-Switches Anzahl Ports Übertragungsgeschwindigkeit Autosensing Ports (Automatische Einstellung der max. Geschwindigkeit 10Mbps, 100Mbps, 1000Mbps ) Uplink Ports (werden prior behandelt) Gigabit-Ethernet-Ports MDI (Medium Dependent Interface, MDI(X), AUTO-MDI(X)) (MDI(X)=ausgekreuzte Leitung) Modularer Aufbau Manageable (für Konfiguration und Netzwerkverwaltung, Switch erhält eine IP-Adresse : Managementoptionen wie Fehlerüberwachung, Port-basierte VLans, VLan Uplinks, Trunking, Spanning Tree (Spannbaum), Bandbreitenmanagement usw) Spanning Tree Protocol Port-Trunking VLAN s (Virtual-LAN s: VLan-Fähigkeit oder Flusskontrolle) Stackable Switch (Switch mit Backplane-Bus) Anzahl der verwaltbaren MAC-Adressen (Aufbau und max. Größe der Source-Address-Table) Forwarding Rate (Durchleitrate): gibt an, wie viele Pakete pro Sekunde eingelesen, bearbeitet und weitergeleitet werden können Filter Rate (Filterrate): Anzahl der Pakete, die pro Sekunde bearbeitet werden Backplanedurchsatz (Switching fabric): Kapazität der Busse (auch Crossbar) innerhalb des Switches Technische Berufsschule Zürich IT Seite 13

14 Switching-Tabelle w x u v y z Mac-Adresse Switch-Port u 3 v 4 w 1 x 2 y 5 z 6 Technische Berufsschule Zürich IT Seite 14

15 Uplink Verbindung in anderer Stockwerke, zu anderen Gebäuden oder zum Server Uplink 1000BTX Gebäude 1 (Etage 1) 2x 10x PRN PC 100BTX 100BTX Switch (16 + 2) Uplink 1000BTX Zum Server 1x 14x PRN PC 100BTX 100BTX Switch (24 + 2) Technische Berufsschule Zürich IT Seite 15

16 Ethernet-Switches in grösserem Netzwerk: Verkabelungsvarianten Stellt jeweils ein Switch dar! Etagen-Switch verbunden mit Uplinks (Weniger Kabel dafür Daten-Flaschenhals!) Kompromisslösung Jeder Switch direkt verbunden! (Mehr Kabel dafür weniger Daten-Flaschenhals!) Weniger Kabel Mehr Bandbreite Technische Berufsschule Zürich IT Seite 16

17 Netze mit Router verbinden Router untersucht Datenpakete auf Layer 3 und leitet sie entsprechend weiter Router benutzt dazu Routing Tabellen (s.s. 69) Routing Tabellen Einträge von Hand: Statisches Routing Automatisches Erstellen von Routing Tabellen: Dynamisches Routing Router bildet verschiedene Kollisionsdomänen (s.s. 69) Router unterbricht MAC-Broadcast s (FF FF FF FF FF FF) und entlastet somit Netze LAN Anbindung ans Internet über WAN Unterteilung eines grösseren LANs in Subnetze Verbindung zweier LANs über WAN Remote Access in ein LAN Internet Backbone Router benötigt mehrere Netzwerkschnittstellen (Interfaces) WAN-Anbindung über Serial Line Schnittstelle am Router Auswahlkriterien für Router z.b. Zusatzfeatures wie Firewall etc. Technische Berufsschule Zürich IT Seite 17