Netzwerkkopplung. Koppelkomponenten

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1 Koppelkomponenten auf Bitübertragungsschicht: Repeater, Hubs auf Sicherungsschicht: Bridges, Switches auf Netzwerkschicht: Router höhere Schichten: Gateways Anwendung Darstellung Sitzung Vermittlung Netzwerk Gateway Router Anwendung Darstellung Sitzung Vermittlung Netzwerk Sicherung Bitübertragung Bridge/Switch Hub,Rep. Sicherung Bitübertragung SS 06 44

2 Hubs (Sternkoppler) Verbindung auf der Ebene der Übertragungsmedien zentraler Verteiler in einem Sternnetz verteilt die an einem Port ankommenden Signale auf alle anderen Ports Hubs können kaskadiert werden zu Bäumen von Sternkopplern, Tiefe des Baumes wird von max. zulässiger Segmentlänge oder der Laufzeit bestimmt Verkabelung realisiert Sternstruktur, der logische Aufbau eines Hubs entspricht aber einer Bus-Topologie intelligente Hubs können Jam-Signal generieren Hub SS 06 45

3 Repeater Verbindung von 2 Segmenten und Signalverstärkung, um z.b. größere Entfernungen zu überbrücken oder Netzsegmente zu bilden Repeater regeneriert und wiederholt alle Signale eines jeden Segments und gibt sie auf alle anderen Segmente weiter Aufgaben sind Signalverstärkung, u.u. Kollisionserkennung, Fehlererkennung Arten Local-Repeater, verbinden zwei lokale Netzsegmente miteinander Remote-Repeater, verbinden zwei räumlich getrennte Netzsegmente über ein so genanntes Link-Segment zur Überbrückung größerer Distanzen Repeater Repeater Repeater SS 06 46

4 Netzwerkdimensionierung alle Verbindungskomponenten haben Verzögerungen, die sich auf die maximale Netzwerkausdehnung auswirken Berechnung ist anhängig von: Bitrate (Ethernet/Fast Ethernet) Kabelarten theoretische Ausdehnung = m bei 10 MB/s, 500 m bei Fast-Ethernet Kalkulationsregeln Repeaterregel 5 Segmente mit 4 Repeatern mit max. 3 Koax- Segmenten, 2 Linksegmente Berechnung der Verzögerungszeiten SS 06 48

5 Repeaterregel (10 MBit/S) 5 Segmente mit 4 Repeatern mit max. 3 Koax- Segmenten, 2 Linksegmente Segment 1 Segment 2 Segment 3 Segment 4 Segment 5 IRL* Segment No devices permitted IRL* Segment No devices permitted Quelle: Schneider Electric, Präsentation SS 06 49

6 Netzwerkdimensionierung nach Verzögerungszeiten Koppelelemente TP-Port nach TP-Port F/O-Port nach F/O-Port TP-Port nach F/O-Port Ethernet Hub 10Mbps 4TP 190 m Ethernet Hub 10Mbps 3 TP/2FL 190 m 260 m 360 m Ethernet Hub 10Mbps TP/FL 100m PC - Karten 140 m Quelle: Factory Cast: Ethernet SS 06 50

7 Netzwerkdimensionierung nach Verzögerungszeiten Fast-Ethernet Repeatertypen bei Fast-Ethernet: Klasse II - Repeater setzen Signale zwischen Medien um verzögern Signale z.b Bitzeiten Klasse I - Repeater verteilen auf gleiche Medien, verzögern Signale um z.b Bitzeiten Zwischen 2 Stationen dürfen max. 1 Repeater Klasse II oder 2 der Klasse I liegen, Verzögerungen der DTE zwischen Bitzeiten genaue Verzögerungen sind beim Hersteller zu erfragen SS 06 53

8 Bridges (IEEE 802.1D) verbinden von Subnetzen auf der Ebene der Schicht 2 (i.allg. 2a MAC) Aufgaben: schicken Telegramme nur an den Zielport begrenzen Kollisionsbereiche (Collision Domain) Stationen, deren Telegramme kollidieren können, bilden Kollisionsbereiche Segmentieren von Netzen, Erhöhen des möglichen Datenverkehrs selbständiges Lernen der Teilnehmer im eigenen Segment (Adreßtabellen) Aufheben der Längenbeschränkungen Netzwerk Sicherung RRZN: Netzwerke Grundlagen, Bitübertragung S.46 Bridge,.. Repeater,.. Netzwerk Sicherung Bitübertragung SS 06 57

9 Beispiel für die Anwendung von Bridges Client 3 Client 4 Client 5 Segment 1 Bridge 1 Port1 Port 3 Port 2 Segment 2 Bridge 4 Client 6 Client 1 Client 2 Segment 3 Client 7 Segment 4 Bridge 2 Bridge 3 Client 8 Client 9 SS 06 58

10 Switches allg. Gerät, das switching (Vermittlung/Schaltung) durchführt, Switch stellt im Gegensatz zur Bridge intern bei einer Übertragung zwischen zwei Ports eine direkte Verbindung her (collapsed Backbone) Eigenschaften: wie die von Bridges, aber gleichzeitige Verschaltung von Ports, d.h. ein Switch mit N Ports kann gleichzeitig N/2 * Bitrate Daten übertragen Gliederung von Bridges Vermittlungsverfahren (Cut-Through, Store and Forward) Management (managed und unmanaged) Blockierung (blockierend nicht blockierend) Netzwerk Sicherung Bitübertragung Switch Hub Netzwerk Sicherung Bitübertragung SS 06 60

11 Switches Input Buffers Address-Tabelle Port Addr 1 00:00:1:2 1 00:00:1:2 Switch- Steuerungssoftware Output Buffers Switch Matrix Switch Management Software Entnommen aus Furrer: Industrieautomation mit Ethernet und Web, S. 182 SS 06 61

12 Betriebsarten von Switches Netzwerkkopplung Eigenschaft Store&Forward Cut-Through Modified Cut-Through Input-Speicherung für Switch-Entscheidung Ganzes Paket Nur so viele Bytes, wie für die Switch- Entscheidung notwendig sind 64 Bytes Minimale Verzögerung durch Switch Anzahl Bits im Paket X niedrig. Datenrate (Inputoder Output- Datenrate Anzahl Bits für Entscheidung X Datentate 512 Bit x Datenrate Jitter in der Verzögerung Proportional zu Paketlänge konstant konstant (64 Bytes) Fehlererkennung und Weitergabe fehlerhafter Pakete Prüft ganzes Paket auf MAC- Ebene und erkennt leitet nur fehlerfrei weiter Keine Fehlererkennung, fehlerhafte Pakete werden weiter geleitet Erkennt Fehler in Paketen mit weniger als 64 Bytes (Kollisionsfragmente) Unterschiedliche Datenrate in Input- und Output-Port ja Nicht möglich Nicht möglich (z.b. 10/100/1000MBit/s) Entnommen aus Furrer: Industrieautomation mit Ethernet und Web, S. 182 SS 06 62

13 Drahtlose Medien Drahtlose Netzwerkverbindungen Anwendung ist sinnvoll bei mobilen Arbeitsplätzen baulicher Verhinderung von Kabelverlegung (geschützte Gebäude) zeitweiliger Vernetzung mobilen Geräten Vorteile: keine aufwändige Verkabelung erforderlich häufig wechselnde Netztopologien baulich geschützte Gebäude Schwächen Störung durch andere Sender (mehrere Nutzer im 2,4 GHZ Bereich tätig) Reflexionen Abhängigkeit von Batterien SS 06 67

14 Drahtlose Medien Übersicht Wireless LAN Technologien Datenrate Frequenz Normung Anwendungsbereich IEEE oder 2 Mbit/s 2,4 GHz IEEE WLAN, lokaler Bereich IEEE b IEEE a 1, 2, 5,5 oder 11 Mbps 1 bis 54 Mbps 5 GHz ISM 2,4 GHz IEEE WLAN, lokaler Bereich IEEE WLAN, Breitband- Anwendungen Hyperlan-1 bis 20 Mbps 5,2 GHz ETSI WLAN, lokaler Bereich Hyperlan-2 bis 54 Mbps 5,2 GHz ETSI Lokaler Zugang zu ATM HomeRF 1.2 0,8 oder 1,6 Mbps HomeRF 2.0 0,8; 1,6 oder 10 Mbps 2,4 GHz HomeRF Heimanwendungen 2,4 GHz HomeRF Heimanwendungen Bluetooth 1 Mbps 2,4 GHz Bluetooth SIG Lokaler Bereich Nach Wireless LAN, Network Computing, ETSI European Telecommunications Standards Institute SS 06 70

15 Drahtlose Medien Wireless LAN Bitübertragungsschicht Höhere Schichten LLC-Teilschicht Bit-Übertragungsschicht { Infrarot ,4 GHZ ISM MAC-Teilschicht a 5 GHZ ISM b 2,4 GHZ ISM g 2,4 GHZ ISM SS 06 73

16 Drahtlose Medien Wireless LAN MAC-Schicht Standard existiert seit 1997 nutzt Access Points definiert eigene Schicht 2a (MAC), nutzt einheitliche Schicht 2b (LLC), Sichtbarkeitsprobleme MAC- Betriebsmodi Distributed Coordination Function DCF keine zentrale Kontrolle Standard Point Coordination Function PCF Master Slave-Prinzip optional zu unterstützen SS 06 74

17 Drahtlose Medien Wireless LAN - Bluetooth Industriestandard für die drahtlose Vernetzung von Geräten über kurze Distanz 1994 von Ericsson entwickelt, um Kabel zwischen Mobiltelefonen und Zusatzgeräten zu ersetzen Name Bluetooth stammt vom dänischen König Harald Blaatand II (Blauzahn) , dem es als erstem gelang, große Bereiche Skandinaviens zu erobern verschiedenste Geräte sollen ohne Konfiguration durch den Benutzer miteinander kommunizieren können nutzt ISM-Band GHz-2,480 GHz Reichweite: von 10 bis 100 Metern (Klasse I: 100 mw --> 100 m, Klasse II: 2,5 mw --> 20 m, Klasse III: 1 mw --> 10 m) beliebige Teilnehmer kann zum Master werden und kommuniziert dann mit max. 7 aktiven Slaves WLAN und Bluetooth sind inkompatibel und stören sich u.u. gegenseitig SS 06 75

18 Drahtlose Medien Wireless LAN Technologien in der Automatisierung Kurze Distanzen bis 300 m WLAN (802.11), Anwendung wegen Durchgängigkeit zu TCP/IP Bluetooth (Geräteverbindung) Große Distanzen GSM (Telefonstandard) Satellitenkommunikation UMTS (zukünftiger Standard für Datenkommunikation) Bisher ohne wesentliche Bedeutung: Infrarot IrDA (Infrarot-Standard für Handy, Laptop, PDA, ) DECT (Telefon-Standard) Entnommen aus C&A 3/2004, S42:. SS 06 76