a) Weshalb darf die Framelänge bei Ethernet einen bestimmten Wert nicht unterschreiten? Wie groß ist dieser bei IEEE 802.3?

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1 Aufgabe 1: Ethernet 1. Ethernet a) Weshalb darf die Framelänge bei Ethernet einen bestimmten Wert nicht unterschreiten? Wie groß ist dieser bei IEEE 802.3? b) Die Beziehung zwischen der Signalausbereitungsgeschwindigkeit v (in km/s) und der Länge D (in km) in einem Ethernetkabel ist gegeben als: v = (D 2 /0,1 km*s) + (D/0,002s) km/s) Wie groß müssen die Frames sein, wenn man dieses Kabel für ein busförmiges Netz verwenden möchte und das Netz eine Datenrate von 10 MBit/s unterstützen soll? Nehmen Sie an, dass die Signalausbreitungsgeschwindigkeit des Kabels km/s ist. c) Weshalb kann das CSMA/CD-Verfahren beim ALOHA-System nicht zum Einsatz kommen? Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 1

2 Aufgabe 1: Ethernet Mehrfachzugriff auf Kanal (Shared Medium) Übertragungsmedien werden von den Teilnehmern im Netzverbund gemeinsam genutzt zur fehlerfreien Übertragung ist sicher zustellen, dass nur 1 Teilnehmer Daten sendet Zugriffssteuerung erforderlich Zugriffskontrollverfahren (Medium Access Control) zentral dezentral Zentrale weist sendewilligen Stationen die Kanalbelegung zu (Polling-Verfahren) deterministisch stochastisch ALOHA Slotted CSMA / p-persistent Ring CDMA/CD deterministisch: Konventionen regeln, wann eine Station senden darf Sendebeginn erfolgt in Abstimmung mit anderen Stationen stochastisch: Konventionen regeln, wann eine Station senden darf Stationen stehen in Konkurrenz um das Senderecht Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 2

3 Aufgabe 1: Ethernet - CSMA/CD-Verfahren a) Weshalb darf die Framelänge bei Ethernet einen bestimmten Wert nicht unterschreiten? Wie groß ist dieser bei IEEE 802.3? Worst case: Netzabschluss fehlt A sendet Signal wird reflektiert A erkennt Fehler A τ (Signalübertragungszeit) B Sendezeit τ für Rahmen t > 2 (mit τ...signalübertragungszeit) r τ -> minimale Framelänge für Sendevorgang der Dauer 2 erforderlich τ Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 3

4 Aufgabe 1: Ethernet - CSMA/CD Sendezeit= Rahmenlänge Datenrate t = S l DR Physikalische Laufzeit des Signals zwischen zwei Stationen: τ = s v v phy Wir erinnern uns, dass gelten muss: ts > 2τ Ethernet (802.3): DR = 10MBit/s, s = 2500m (4 Repeater), lmin = 64 Byte Es ergibt sich: Daraus folgt: 2,5km τ = = 0, s = 12,5μ s 2τ = 25μs km s 512Bit! ts = = 0, s = 51, 2μ s > 25μ s = 2 τ 10 MBit s Framelänge ist nach auf 512 Bit festgelegt Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 4

5 Aufgabe 1: Ethernet - CSMA/CD b) Gegeben: v = km/s 000k = D 2 /0,1 Km * s + D/0,0025s km/s D ist in Km! DR = 10Mbits/s Gesucht: Framelänge Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 5

6 Aufgabe 1: Ethernet - CSMA/CD Km/s 000 = 10 (km.s) -1 x D 2 (km 2 ) D(km/s) km/s km/s 000k = D 2 (km/s) + 50 D(km/s) km/s km/s = D 2 (km/s) + 50 D(km/s) km/s = (D + 25) 2 D = D = 100km Franegröße, l, > 2. τ. DR > 2 x (100km/ km/s) x 10 x 10 6 bits/s = 10Kbits Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 6

7 Aufgabe 1: ALOHA d) Weshalb kann das CSMA/CD-Verfahren beim ALOHA-System nicht zum Einsatz kommen? Pure ALOHA Lösung mit geostationären Satelliten Sender übergibt Datenpakete gleicher Länge mit Frequenz f1 an Satelliten Satellit verstärkt Nachrichten und sendet sie mit der Sendefrequenz f2 zum Empfänger Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 7

8 Aufgabe 1: ALOHA Prinzip von ALOHA Satellit Voraussetzung für den Einsatz von CSMA/CD: t S s > 2 τ τ = t S = v F D R Sender Höhe 36 Tkm Empfänger s = km Übertragungsentfernung v = km/s Ausbreitungsgeschwindigkeit i F = Framelänge DR = Datenrate = 10 MBit/s km τ = = 0,12 s = 120 ms km s F = t DR = 2 τ DR F F S 6 Bit = 2 0,12s s = Bit F = Byte Für eine Datenrate von 10 MBit/s wird eine Framegröße von Byte benötigt -> inakzeptabel Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 8

9 Aufgabe 2: Switches 2. Store-and-Forward und Virtual-Cut-Through Switches In einem Fast-Ethernet (100 Mbit/s) erfolgt die Übertragung eines 1500 Byte-Frames (Nutzdaten) über 3 Switches. Auch bei Ethernet-Switches werden unterschiedliche Vermittlungstechniken (Store-and-Forward, Virtual-Cut-Through) eingesetzt. Ermitteln Sie die Übertragungszeit und den Durchsatz (die effektive Bandbreite) bei der Verwendung von a) Store-and-Forward Switches b) Virtual-Cut-Through Switches Die Signallaufzeit auf den Leitungen und die Schaltzeiten der Switches sollen vernachlässigt werden. Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 9

10 Aufgabe 2: Switches Repeater/Hub Arbeit auf Schicht 1 rein elektrische Komponente frischt Signale auf eingesetzt um Segmente miteinander zu verbinden Längenausdehnung über Hub (Multiport-Repeater) können mehrere Segmente sternförmig zusammengeschaltet werden Bridge/Switch Bridge: koppeln Subnetze unterschiedlicher Medienzugriffsverfahren / Adressstruktur (LLC-Bridge) Arbeit auf führen normalerweise kein Routing und keine Flusssteuerung durch Schicht 2 lesen Datenpaket ein prüfen Korrektheit vermitteln weiter durch Zwischenspeicherung können Bridges/Switches auch Netze unterschiedlicher Bandbreite koppeln, z.b. 10 Mbit/s und 100 Mbit/s Ethernet Switch (Multi-Port-Bridge): höhere Anzahl Ports Weiterleitung nur an Zielport keine Datenkollision bei gleichzeitigem Senden an unterschiedliche Empfänger Router Arbeit auf Schicht 3 koppeln Subnetze auf Schicht 3, um einheitliche Schnittstelle für Transportschicht anzubieten Bsp. WLAN-DSL-Router: Routing zwischen LAN, WLAN und DSL Wegewahl für Pakete anhand der Routing-Tabellen des Netzknotens und des eingesetzten Routingalgorithmus Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 10

11 Aufgabe 2: Switches Cut-Through Switch: Nur Adressenwerdenausgewertet (ersten 12Byte) schnelle und effiziente Weiterleitung problematisch bei fehlerhaften Paketen und unterschiedlichen Datenraten in den Subnetzen Modify-Cut-Through mit erweiterter Auswertung kann Kollisionen erkennen und herausfiltern Weiterleitung verzögert; Fehler nur teilweise erkannt Store-and-Forward Switch: Zwischenspeicherung und Auswertung des gesamten Pakets längere Verzögerungen in der Weiterleitung fehlerhafte Pakete an Prüfsumme erkennbar ermöglicht Anpassung von Subnetzen mit verschiedenen Datenraten Intelligent switching kombiniert die beiden Arten und ermöglicht flexible Anpassung an Netzwerkzustand -> optimalere Arbeitsweise wird genutzt Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 11

12 Aufgabe 2: Switches Übertragungsstrecke S E Aufbau eines Ethernet Frames 64 Bit 48 Bit 48 Bit 16 Bit Daten 32 Bit Präambel Zieladresse Quelladdresse Typ Daten CRC Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 12

13 Aufgabe 2: Switches Wenn die Nutzdaten des Frames 1500 Byte betragen, dann ergibt sich eine Gesamtgröße von: 1526 Byte = 1500 Byte Nutzdaten + 8 Byte Präambel + 6 Byte Zieladresse + 6 Byte Quelladresse + 2 Byte Typ + 4 Byte CRC Bei einem Fast-Ethernet (100 Mbit/s) dauert die Übertragung eines Frames zwischen einem Sender und einem Empfänger also: t = Framegröße/Bandbreite = b/(100 * 10 6 bits/s) = b/(100 * 10 6 bits/s) = 122, 08 μs Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 13

14 Aufgabe 2: Switches a) Beim Store-and-Forward über 3 Switches ergibt sich also eine Gesamtübertragungszeit von: 4 * 122, 08 μs = 488, 32 μs b) Beim Virtual-Cut-Through werden die Frames sofort weitergeleitet, nachdem der Header (Präambel + Zieladresse = 14 Byte) empfangen und analysiert worden ist. Die Gesamtübertragungszeit ist 4 * Übertragungszeit Header + Übertragungszeit Daten. Übertragungszeit Header: 14 * 8 bits/ (100 * 10 6 bits/s) = 1, 12 μs Übertragungszeit Daten: bits/(100 * 10 6 bits/s) = 120, 96 μs Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 14

15 Aufgabe 2: Switches Gesamtübertragungszeit: 4 * 1, 12 μs + 120, 96 μs = 125, 944 μs Beim Virtual-Cut-Through ist die Übertragungszeit also auf fast 1/4 gegenüber Storeand-Forward reduziert. Allerdings ist zu bedenken, dass bei Virtual-Cut-Through ein Übertragungsfehler erst beim Empfäanger (durch CRC-Überprüfung) entdeckt wird, während fehlerhafte Frames bei Store-and- Forward nicht weitergeleitet werden und damit das Netzwerk nicht belasten bzw. stören. Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 15

16 Aufgabe 3: Transparente Bridges 3a) Wie werden die Wegewahltabellen bei transparenten Bridges aufgebaut? 3b) Gegeben sei die folgende Topologie mit den Rechnern A..E und den transparenten Bridges B1, B2: Skizzieren Sie den Weg nacheinander gesendeter Frames mit folgenden Quell-/Zieladressen: (A/D), (B/A), (E/C), (B/E)! 3c) Erfassen Sie in Tabellen, in welchen Schritten die Brücken ihre Kenntnisse über die Topologie des Netzes erwerben! Welche Informationen werten sie dazu aus? Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 16

17 Aufgabe 3: Transparente Bridges 3a) Wie werden Wegewahltabellen in transparenten Bridges aufgebaut? transparente Bridge = selbstlernend (im Gegensatz zu Source Routing Bridge) Bridge empfängt an allen Ports Frames falls noch nicht bekannt, trage Absender-Adresse und Port in Tabelle ein Suche Ziel-MAC-Adresse in Wegetabelle Ausgabeport falls Suche erfolgreich Sende Frame an Ausgabeport falls Suche erfolglos Sende an alle Ausgangsports (Fluten) Beispiel: Ziel-MAC-Adresse Ausgabeport B-C3-6A A-A6-49-1A Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 17

18 Aufgabe 3: Transparente Bridges 3 b+c) Gegeben sei folgende Topologie mit den Rechnern A E und den transparenten Bridges B1 und B2. Skizzieren Sie den Weg nacheinander gesendeter Frames mit folgenden Quell-/Ziel-Adressen: (A/D), (B/A), (E/C), (B/E)! A D A Port3 Port3 B1 B2 D B E C MAC Port A 1 MAC Port A 1 Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 18

19 Aufgabe 3: Transparente Bridges B A A B1 Port3 B2 Port3 D B E C MAC Port MAC Port A 1 B 2 A 1 Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 19

20 Aufgabe 3: Transparente Bridges E C A B1 Port3 B2 Port3 D B E C MAC Port MAC Port A 1 A 1 B 2 E 2 E 3 Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 20

21 Aufgabe 3: Transparente Bridges B E A B1 Port3 B2 Port3 D B E C MAC Port MAC Port A 1 A 1 B 2 E 2 E 3 B 1 Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 21

22 Aufgabe 3: Transparente Bridges 3 d) Ergänzen Sie das Netz aus Aufgabe b um weitere Brücken, so dass alternative Wege möglich sind! Welche Probleme ergeben sich in diesem Fall für die Frameweiterleitung? A D MAC Port A 1 A 3 MAC Port A 1 A 2 A B1 Port3 B2 Port3 D B3 B C MAC Port A 1 A 2 B4 E MAC Port A 1 A 2 Zyklen!!! Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 22

23 Aufgabe 3: Transparente Bridges 3e) Wird für die Lösung der unter d) genannten Probleme ein komplexer Routing- Algorithmus (z. B. OSPF) benötigt, oder gibt es einfachere Lösungen? Kein komplexer Routingalgorithmus erforderlich Es muß eine logische Baumstruktur erreicht werden. Spanning Tree Algorithmus (Einige physikalisch mögliche Verbindungen bleiben ungenutzt; es wird eine Baumstruktur aufgespannt. A B1 Port3 B2 Port3 D B E C B3 B4 Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 23

24 Aufgabe 4: VPN 4. Ein virtuelles privates Netz verbindet Niederlassungen, Partnerfirmen, Außendienstmitarbeiter und andere externe Mitarbeiter mit dem firmeneigenen Netzwerk. Die Verbindung erfolgt über das Internet, wobei kostengünstige Anbindungen (etwa DSL, ISDN etc.) über beliebige Internet-Provider zum Einsatz kommen. Das VPN erlaubt die Nutzung bereits vorhandener Client/Server- Applikationen im Firmennetzwerk als Teilnehmer im internen Netz (ERP-Clients, Drucker, Mailserver etc.). Die Verschlüsselung der Informationen erfolgt mit starker Verschlüsselung und Server- bzw. personenbezogenen Zertifikaten. a. Was ist der Unterschied zwischen Provider-Provisioned Provisioned und Customer- managed VPNs? Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 24

25 Aufgabe 4: VPN 4a. Provider-Provisioned VPNs: Provider-Provisioned VPNs laufen auf der Infrastruktur eines Providers. Seine Kunden teilen sich dessen Backbone Netzwerk. Durch VPN Technik wird die Integrität der einzelnen Kunden VPNs garantiert. Auch bei Provider-Provisioned Provisioned VPNs gibt es VPNs auf Layer 2 und Layer 3. ATM und Frame Relay sind Vertreter der Layer 2 Technik. Hier schaltet der Provider auf seiner Infrastruktur virtuelle Circuits (VPI/VCI bei ATM und DLCI bei Frame Relay) von Kundenstandort zu Kundenstandort. d Bei einer Vollvermaschung des Kunden VPN muss der Provider n(n-1)/2 virtuelle Circuits schalten. Die Komplexität nimmt also mit zunehmender Anzahl der Kundenstandorte zu. Bei Provider-Provisioned VPNs kann der Kunde kann seine privaten IP-Adressen beibehalten. Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 25

26 Aufgabe 4: VPN Provider-Provisioned VPNs: Provider-Provisioned VPNs laufen auf der Infrastruktur eines Providers. Seine Kunden teilen sich dessen Backbone Netzwerk. Durch VPN Technik wird die Integrität der einzelnen Kunden VPNs garantiert. Auch bei Provider-Provisioned Provisioned VPNs gibt es VPNs auf Layer 2 und Layer 3. ATM und Frame Relay sind Vertreter der Layer 2 Technik. Hier schaltet der Provider auf seiner Infrastruktur virtuelle Circuits (VPI/VCI bei ATM und DLCI bei Frame Relay) von Kundenstandort zu Kundenstandort. d Bei einer Vollvermaschung des Kunden VPN muss der Provider n(n-1)/2 virtuelle Circuits schalten. Die Komplexität nimmt also mit zunehmender Anzahl der Kundenstandorte zu. Bei Provider-Provisioned VPNs kann der Kunde kann seine privaten IP- Adressen beibehalten. Ausserdem, Jeder Kundenstandort wird nur durch einen einzigen Link an der Provider Infrastruktur angeschlossen und ist sofort innerhalb des Kunden VPN erreichbar. Das garantiert eine hohe Skalierbarkeit. Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 26

27 Aufgabe 4: VPN 4b. Praktische Aufgabe - Um die Praktische Nutzung eines VPN zu verstehen, laden Sie einen VPN Client von die ZIH Seite herunter und Initialisieren bzw. Konfigurieren Sie die Software. - URL von ZIH: nnetz_dienste/vpn/ - Zunächst, bauen Sie eine VPN Verbindung mit dem TU Dresden Sub- Netz auf. i. Welche IP Adresse hat ihr Gerät bevor und nach der VPN- Verbindung bekommen? ii. ii. Welche Vorteile bietet Ihnen der VPN Client? Übung Rechnernetze, 3. Netztechnologie Teil1 27

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