Thema: Ethernet. Ethernet

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1 MAC - MAC 412 m (1352ft) fiber 1 Repeater 225 m (738ft) fiber 2 Repeater 100 m (328ft) fiber Fast Ethernet Switch Fast Ethernet Repeater Fast Ethernet Repeater 5 m (16ft) UTP Fast Ethernet Repeater Bridge, Router or Switch Workstation 100 m (328ft) UTP 100 m (328ft) UTP 100 m (328ft) UTP MAC - MAC (Full Duplex) 2 km (6562ft) fiber Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Thema: Ethernet Prof.Dr.Th.Möbert Lehrgebiet: Rechnernetze Ethernet Inhalt 1.Überblick Historie, Ziele, IEEE (Standards), Klauseln, MAC's Architekturen, Szenarios, Strukturierte Verkablung 2. Layer-Funktionalität PHY, MAC, CSMA/CD, CRC, MII/GMII/XGMII PCS, IEEE 802.3ab Autonegotiation, LLC, Framing L2-Verschlüsselung, VLAN's, IEEE 802.3ad Link Aggregation 3. 10GbE (10 Gigabit Ethernet) - IEEE 802.3ae 4. Ethernet im Access-Bereich MEF (Metro Ethernet Forum) IEEE 802.3af - EFM (Ethernet in the First Mile) CISCO LRE = Long Reach Ethernet EoDSL, Ethernet on air (WLAN) 5. Links/Informationsquellen und Literatur

2 Ethernet FROM - CSMA/CD Dr. Robert M. Metcalfe (Juni 1976) auf der National Computer Conference OVER - full-duplex/switched/ collapsed LAN-backbones Quelle: CISCO TO - End-to-End Ethernet Layer-2 (EFM, 10GbE) Ethernet Historie Mitte der 70er Jahre stellt das Palo Alto Research Center (PARC) von Xerox Cooperation Ethernet mit 2,94 MBit/s vor (100 Stationen/ 1 km) 1976 erste Veröffentlichung unter dem Namen "Ethernet: Distributed Packet Switching for Local Computer Networks" von Robert Metcalfe und David Boggs Sep.1980 DIX-Firmenkonsortium (DEC, INTEL, XEROX) Ethernet Standard V 1.0 Dez.1982 Entwurf CSMA/CD der Arbeitsgruppe IEEE (8203) Dez.1982 Anpassung von Ethernet an den IEEE Standard und als Ethernet 2 zum Standard gemacht BASE-5 = Yellow Cable BASE-2 = Cheapernet BROAD-36 = Breitband-Ethernet BASE-5 = StarLAN BASE-T = Twisted Pair (Copper) BASE-F = Fiber Optics/LWL BASE-X = Fast Ethernet BASE-X = Gigabit Ethernet BASE-T = Gigabit Ethernet über 4 Cu-Paare Cat.5 mit 4D-PAM5 13.Juni XBASE = 10 Gigabit Ethernet (IEEE 802.3ae) 2006/ Gbit/s Ethernet

3 Ethernet - Ziele/Trends Home/Enterprise LAN Access/ISP EFM/LRE EoDSL Core/Carrier EoSDH 10GbE Access/ISP EFM/LRE EoDSL Home/Enterprise LAN E2EE End-to-End Ethernet Layer 2 Transport Ethernet = The Next Generation WAN Transport Technology Ethernet from LAN to ISP to Carrier - from LAN to MAN to WAN/Core Ethernet Switching versus TDM Ethernet as Carrier/Transport Technology for data, voice and video Ethernet To The Home/ETTH EFM = Ethernet in the First Mile / LRE = Long Reach Ethernet Ethernet In The Home/EITH (Home Entertainment, Digital Home) Ethernet Speed-Up (10/100/1000/10G/100GbE) Ethernet - Technologien 10/100/1000 mbps (AutoNegotiation, Coding, Management, Framing,...) 10GbE (LAN, WAN) PoE = Power over Ethernet EFM = Ethernet in the First Mile LRE = Long Reach Eth. / EoVDSL EoSDH Embedded Ethernet / Industry Ethernet

4 Ethernet - IEEE 802 Arbeitsgruppen IEEE 802.3i Mbit-Ethernet 10BASE-T 14. MAU und medium specification 10BASE-T IEEE 802.3u Fast Ethernet Media Access Control (MAC) Parameters, Physical Layer, Medium Attachment Units, and Repeater for 100 Mb/s Operation, Type 100BASE-T (Clauses 21 30) 21. Introduction to 100 Mb/s baseband networks, type 100BASE-T 22. Reconciliation Sublayer (RS) and Media Independent Interface (MII) 23. Physical Coding Sublayer (PCS), Physical Medium Attachment (PMA) sublayer and baseband medium, type 100BASE-T4 24. Physical Coding Sublayer (PCS) and Physical Medium Attachment (PMA) sublayer, type 100BASE-X 25. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and baseband medium, type 100BASE-TX 26. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and baseband medium, type 100BASE-FX 27. Repeater for 100 Mb/s baseband networks 28. Physical Layer link signaling for 10 Mb/s and 100 Mb/s Auto-Negotiation on twisted pair 29. System considerations for multi-segment 100BASE-T networks 30. Layer Management for 10 Mb/s and 100 Mb/s IEEE 802.3xy IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Supplements to Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA/CD) Access Method and Physical Layer Specifications Specification for Full Duplex Operation and Physical Layer Specification for 100 Mb/s Operation on Two Pairs of Category 3 or Better Balanced Twisted Pair Cable (100BASE-T2) IEEE 802.1ad - Link Aggregation Aggregation of Multiple Link Segments 43. Link Aggregation Ethernet - IEEE 802 Arbeitsgruppen IEEE 802.3ab Physical Layer Parameters and Specifications for 1000 Mb/s Operation over 4 pair of Category 5 Balanced Copper Cabling, Type 1000BASE-T 40 Physical coding sublayer (PCS), physical medium attachment (PMA) sublayer and baseband medium, type 1000BASE-T IEEE802.1D -IEEE Standard for Local and metropolitan area networks Media Access Control (MAC) Bridges GARP Multicast Registration Protocol (GMRP) / Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) IEEE 802.3ad CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications Amendment: Aggregation of Multiple Link Segments IEEE 802.3ae CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications Amendment: MAC Parameters, Physical Layers and Management Parameters for 10 Gb/s Operation 44. Introduction to 10 Gb/s baseband network 45. Management Data Input/Output (MDIO) Interface 46. Reconciliation Sublayer (RS) and 10 Gigabit Media Independent Interface (XGMII) 47. XGMII Extender Sublayer (XGXS) and 10 Gigabit Attachment Unit Interface (XAUI) 48. Physical Coding Sublayer (PCS) and Physical Medium Attachment (PMA) sublayer, type 10GBASE-X 49. Physical Coding Sublayer (PCS) for 64B/66B, type 10GBASE-R 50. WAN Interface Sublayer (WIS), type 10GBASE-W 51. Physical Medium Attachment (PMA) sublayer, type Serial 52. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and baseband medium, type 10GBASE-S (Short Wavelength Serial), 10GBASE-L (Long Wavelength Serial), and 10GBASE-E (Extra Long Wavelength Serial) 53. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and baseband medium, type 10GBASE-LX4

5 Ethernet - IEEE 802 Arbeitsgruppen IEEE 802.3aj CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications, Amendment: Maintenance IEEE 802.3ak CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications Amendment: Physical Layer and Management Parameters for 10Gb/s Operation, Type 10GBASE-CX4 54. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and baseband medium, type 10GBASE-CX IEEE 802.3ah CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications Amendment: Media Access Control Param., Physical Layers, and Management Param. for Subscriber Access Network 56. Introduction to Ethernet for subscriber access networks 57. Operations, Administration, and Maintenance (OAM) 58. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and medium, type 100BASE-LX10 (Long Wavelength) and 100BASE-BX10 (BiDirectional Long Wavelength) 59. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and medium, type 1000BASE-LX10 (Long Wavelength) and 1000BASE-BX10 (BiDirectional Long Wavelength) 60. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and medium, type 1000BASE-PX10 and 1000BASE-PX20 (long wavelength passive optical networks) 61. Physical Coding Sublayer (PCS), Transmission Convergence (TC) sublayer, and common specifications, type 10PASS-TS and type 2BASE-TL 62. Physical Medium Attachment (PMA) and Physical Medium Dependent (PMD), type 10PASS-TS 63. Physical Medium Attachment (PMA) and Physical Medium Dependent (PMD), type 2BASE-TL 64. Multi-point MAC Control 65. Extensions of the Reconciliation Sublayer (RS) and Physical Coding Sublayer (PCS) / Physical Media Attachment (PMA) for 1000BASE-X for Multi-Point Links and Forward Error Correction 66. Extensions of the 10 Gb/s Reconciliation Sublayer (RS), 100BASE-X PHY, 1000BASE-X PHY for unidirectional transport 67. System considerations for Ethernet subscriber access networks Ethernet - IEEE 802 Arbeitsgruppen IEEE 802.3af CSMA/CD Access Method and Physical Layer Specifications Amendment: Data Terminal Equipment (DTE) Power via Media Dependent Interface (MDI) 33. Data Terminal Equipment (DTE-) Power via Media Dependent Interface (MDI) IEEE 802.3b IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks: Overview and Architecture Amendment 2: Registration of Object Identifiers (Klausel 13) IEEE 802.1X IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Port-Based Network Access Control (EAPOL / RADIUS) IEEE 802.3b IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks: Overview and Architecture Amendment 2: Registration of Object Identifiers (Klausel 13) IEEE 802.3b IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks: Overview and Architecture Amendment 2: Registration of Object Identifiers (Klausel 13) IEEE 802.1X IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks Port-Based Network Access Control (EAPOL / RADIUS) IEEE an 10GBASE-CX4-10GbE over Copper, max. 20m (Entwurf Nov.2005? - Freigabe Juni 2006?)

6 Ethernet - IEEE 802 Arbeitsgruppen IEEE 802.3i - 10 MBit/s Ethernet IEEE 802.3u - Fast Ethernet IEEE 802.3x - Flow Control/MAC-Control IEEE 802.3ad - Link Aggregation Control Protocol (Ethernet Trunks) IEEE 802.3ab- Autonegotiation 10/100/1000 IEEE 802.1X - Port Authentication IEEE 802.1p - Priorisierung/Quality of Service IEEE 802.1Q - Virtual LAN Tagging IEEE 802.1d - classical Spanning Tree Protocol (STP/STA) IEEE 802.1w - RSTP rapid Spanning Tree Protocol IEEE 802.1s - PVST = per VLAN Spanning Tree IEEE 802.3ah - EFM (Ethernet in the First Mile) seit Nov.2000 IEEE 802.3ae - 10Gbit/s Standard am 13.Juni 2002 (seit März 1999) IEEE Resilent Packet Ring IEEE HILI - Higher Layer Interfaces - Topologiererkennung auf Layer-2 IEEE 802.3af - DTE Power via MDI (Stromversorgung von Endgeräten über das Datenkabel) IEEE 802.3an - 10GBASE-CX4-10 GbE over Copper 20m (Entwurf Nov.2005? - Freigabe Juni 2006? ) Ethernet IEEE Klauseln 2. MAC Service 3. MAC Framestruktur + Tagged Frames 4. MAC CSMA/CD 5. Layer Management 6. PLS Physical Signaling 7. PLS und AUI 8. Medium Attachment Unit 10BASE5 9. Repeater für 10 MBit/s 10. MAU und medium specification 10BASE2 11. MAU und medium specification 10BROAD Physical signaling, MAU und medium spec. 1BASE5 13. Systembetrachtungen Multisegment 10 MBit/s 14. MAU und medium specification 10BASE-T BASE-F BASE-FP BASE-FP BASE-FL 19. Layer Management for 10 MBit/s Repeater 20. Layer Management for 10 MBit/s MAU BASE-T Einführung 22. Reconciliation sublayer (RS) and Media Independend Interface (MII) 23. Physical Coding Sublayer (PCS), Physical Medium Attachment (PMA) sublayer and baseband medium 100BASE-T4 24. PCS, PMA 100BASE-X 25. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and baseband medium 100BASE-TX 26. PMD, medium 100BASE-FX 27. Repeater für 100MBit/s 28. Auto-Negotiation 10/100/1000 MBit/s 29. Systembetrachtungen für multisegment 100BASE-T Netzwerke 30. MAC Control, Link Aggregation 10/100/ MAC Control 32. PCS, PMA medium spec. 100BASE-T2 33. Data Terminal Equipment (DTE) Power via Media Dependent Interface (MDI) MBit/s Einführung 35. RS, Gigabit Media Independent Interface (GMII) 36. PCE, PMA 1000BASE-X 37. Auto-Negotiation 1000BASE-X 38. PMD, medium 1000BASE-LX (Long Wavelength Laser) 1000BASE-SX (Short Wavelength Laser) 39. PMD, medium 1000BASE-CX (short-haul copper) 40. PCS, PMA, medium 1000BASE-T 41. Repeater für 1000 MBit/s Netzwerke 42. Systembetrachtungen für multisegment 1000 MBit/s Netzwerke 43. Link Aggregation 44. Introduction to 10 Gb/s baseband network 45. Management Data Input/Output (MDIO) Interface 46. Reconciliation Sublayer (RS) and 10 Gigabit Media Independent Interface (XGMII) 47. XGMII Extender Sublayer (XGXS) and 10 Gigabit Attachment Unit Interface (XAUI) 48. Physical Coding Sublayer (PCS) and Physical Medium Attachment (PMA) sublayer, type 10GBASE-X 49. Physical Coding Sublayer (PCS) for 64B/66B, type 10GBASE-R 50. WAN Interface Sublayer (WIS), type 10GBASE-W 51. Physical Medium Attachment (PMA) sublayer, type Serial 52. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and baseband medium, type 10GBASE-S (Short Wavelength Serial), 10GBASE-L (Long Wavelength Serial), and 10GBASE-E (Extra Long Wavelength Serial) 53. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and baseband medium, type 10GBASE-LX4 54. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and baseband medium, type 10GBASE-CX4 56. Introduction to Ethernet for subscriber access networks 57. Operations, Administration, and Maintenance (OAM) 58. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and medium, type 100BASE-LX10 (Long Wavelength) and 100BASE-BX10 (BiDirectional Long Wavelength) 59. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and medium, type 1000BASE-LX10 (Long Wavelength) and 1000BASE-BX10 (BiDirectional Long Wavelength) 60. Physical Medium Dependent (PMD) sublayer and medium, type 1000BASE-PX10 and 1000BASE-PX20 (long wavelength passive optical networks) 61. Physical Coding Sublayer (PCS), Transmission Convergence (TC) sublayer, and common specifications, type 10PASS-TS and type 2BASE-TL 62. Physical Medium Attachment (PMA) and Physical Medium Dependent (PMD), type 10PASS-TS 63. Physical Medium Attachment (PMA) and Physical Medium Dependent (PMD), type 2BASE-TL 64. Multi-point MAC Control 65. Extensions of the Reconciliation Sublayer (RS) and Physical Coding Sublayer (PCS) / Physical Media Attachment (PMA) for 1000BASE-X for Multi-Point Links and Forward Error Correction 66. Extensions of the 10 Gb/s Reconciliation Sublayer (RS), 100BASE-X PHY, and 1000BASE-X PHY for unidirectional transport 67. System considerations for Ethernet subscriber access networks

7 - Ethernet Ethernet MAC-Spezifikationen 10BASE5 Thick coax MAU as specified in Clause 8 FOIRL FOIRL MAU as specified in BASE2 Thin coax MAU as specified in Clause 10 10BROAD36 Broadband DTE MAU as specified in Clause 11 10BASE-T UTP MAU as specified in Clause 14, duplex mode unknown 10BASE-THD UTP MAU as specified in Clause 14, half duplex mode 10BASE-TFD UTP MAU as specified in Clause 14, full duplex mode 10BASE-FP Passive fiber MAU as specified in Clause 16 10BASE-FB Synchronous fiber MAU as specified in Clause 17 10BASE-FL Asynchronous fiber MAU as specified in Clause 18, duplex 10BASE-FLHD Asynchronous fiber MAU as specified in Clause 18, half duplex mode 10BASE-FLFD Asynchronous fiber MAU as specified in Clause 18, full duplex mode 100BASE-T4 Four-pair Category 3 UTP as specified in Clause BASE-TX Two-pair Category 5 UTP as specified in Clause 25, duplex mode unknown 100BASE-TXHD Two-pair Category 5 UTP as specified in Clause 25, half duplex mode 100BASE-TXFD Two-pair Category 5 UTP as specified in Clause 25, full duplex mode 100BASE-FX X fiber over PMD as specified in Clause 26, duplex mode unknown 100BASE-FXHD X fiber over PMD as specified in Clause 26, half duplex mode 100BASE-FXFD X fiber over PMD as specified in Clause 26, full duplex mode 100BASE-T2 Two-pair Category 3 UTP as specified in Clause 32, duplex mode unknown 100BASE-T2HD Two-pair Category 3 UTP as specified in Clause 32, half duplex mode 100BASE-T2FD Two-pair Category 3 UTP as specified in Clause 32, full duplex mode 1000BASE-X X PCS/PMA as specified in Clause 36 over undefined PMD, duplex mode unknown 1000BASE-XHD X PCS/PMA as specified in Clause 36 over undefined PMD, half duplex mode 1000BASE-XFD X PCS/PMA as specified in Clause 36 over undefined PMD, full duplex mode 1000BASE-LX X fiber over long-wavelength laser PMD as specified in Clause 38, duplex mode unknown 1000BASE-LXHD X fiber over long-wavelength laser PMD as specified in Clause 38, half duplex mode 1000BASE-LXFD X fiber over long-wavelength laser PMD as specified in Clause 38, full duplex mode 1000BASE-SX X fiber over short-wavelength laser PMD as specified in Clause 38, duplex mode unknown 1000BASE-SXHD X fiber over short-wavelength laser PMD as specified in Clause 38, half duplex mode 1000BASE-SXFD X fiber over short-wavelength laser PMD as specified in Clause 38, full duplex mode 1000BASE-CX X copper over 150-Ohm balanced cable PMD as specified in Clause 39, duplex mode unknown 1000BASE-CXHD X copper over 150-Ohm balanced cable PMD as specified in Clause 39, half duplex mode 1000BASE-CXFD X copper over 150-Ohm balanced cable PMD as specified in Clause 39, full duplex mode 1000BASE-T Four-pair Category 5 UTP PHY to be specified in Clause 40, duplex mode unknown 1000BASE-THD Four-pair Category 5 UTP PHY to be specified in Clause 40, half duplex mode 1000BASE-TFD Four-pair Category 5 UTP PHY to be specified in Clause 40, full duplex mode 10GBASE-X X PCS/PMA as specified in Clause 48 over undefined PMD 10GBASE-LX4 X fibre over 4 lane 1310nm optics as specified in Clause 53 10GBASE-R R PCS/PMA as specified in Clause 49 over undefined PMD 10GBASE-ER R fibre over 1550nm optics as specified in Clause 52 10GBASE-LR R fibre over 1310nm optics as specified in Clause 52 10GBASE-SR R fibre over 850nm optics as specified in Clause 52 10GBASE-W W PCS/PMA as specified in Clauses 49 and 50 over undefined PMD 10GBASE-EW W fibre over 1550nm optics as specified in Clause 52 10GBASE-LW W fibre over 1310nm optics as specified in Clause 52 10GBASE-SW W fibre over 850nm optics as specified in Clause 52 10GBASE-CX4 X copper over 8 pair 100-Ohm balanced cable as specified in Clause a Integrated services MAU as specified in IEEE Std ISLAN-16 10/100/1000-Ethernet Architektur

8 10GbE=10 Gigabit-Ethernet Architektur Ethernet Architekturen 10 Mbit 100 Mbit 1000 Mbit 10GBit LLC LLC LLC LLC MAC MAC MAC MAC Reconciliation Reconciliation Reconciliation Reconciliation MII MII GMII XGMII > XGXS > XAUI PLS PCS PCS PCS AUI PMA PMA PMA PMA PMD PMD PMD MDI MDI MDI MDI Medium Medium Medium Medium PHY Physical Layer PMD Physical Media Dependent PCS Physical Coding Sublayer PMA Physical Medium Attachment PLS Physical Layer Signaling DTE Data Terminal AUI Attachment Unit Interface MAU Medium Attachment Unit MII Media Independent Interface GMII Gigabit Media Independent Interface PICS Protocol Implementation Conformance

9 Ethernet Übersicht Strukturierte Verkablung MAC - MAC 412 m (1352ft) fiber Ziele: 1 Repeater 225 m (738ft) fiber Fast Ethernet Switch Workstation 100 m (328ft) UTP Workstation Workstation 100 m (328ft) UTP geräte- und dienstneutrale Verkablung mit perspektivischer Ausrichtung Investitionsschutz für die Zukunft Diensteneutralität modulare Steckersysteme / 19" Racksysteme zentrales Patchfeld Anpassung an Technologiewandel 2 Repeater 100 m (328ft) fiber Fast Ethernet Repeater Fast Ethernet Repeater 5 m (16ft) UTP 100 m (328ft) UTP Fast Ethernet Repeater Workstation Workstation Workstation Workstation Workstation Standards: ISO/IEC 11801: international equivalent of EIA-568 and CSA T-529 ANSI/EIA/TIA Commercial Building Telecommunications Wiring Standard EN "Information Technology - Generic Cabling Systems" DIN industrielle Verkablung: ISO IEC Bridge, Router or Switch MAC - MAC (Full Duplex) 2 km (6562ft) fiber Verkablungsbereiche: Primärbereich bis 1,5 km / LWL Sekundärbereich bis 500 m / LWL Tertiärbereich bis 100 m / Cu+LWL

10 Twisted-Pair Verkablung - Ethernet Kabelstandards EN max.frequenz ISO/IEC Cat KHz (ISDN, Tel.) Klasse A Cat.2 1 MHz Klasse B Cat.3 10/16 MHz (10/16Mbps) Klasse C Cat.4 20 MHz Klasse D Cat.5 ( ) 100 MHz (100 Mbps) Klasse E Cat.5E / MHz Klasse F Cat MHz Cat.7 (2000) 600 MHz Cat.8 (dt.alleingang) 1200 MHz - Ethernet

11 Ethernet Topologien Bustopologie - 3 Coax-Segmente (Thin Ethernet) Abschluss mit Endwiderstand Workstation Repeater Workstation Workstation Workstation T-Stecker Workstation Fileserver Ethernet Topologien Sterntopologie - Twisted Pair Ethernet Microsegmentierung/"switched ethernet" Fileserver Workstation Konzentrator Workstation Workstation

12 Collapsed Backbones workgroup-layer/workgroup-switches hohe portdichte durch gestackte switches - non-blocking-ports department-layer/department-switches enterprise-scope/enterprise-switches Collisions- und Broadcast Domains Router Bridge / Switch Repeater / Hub Ethernet Ethernet Ethernet Ethernet Collision Domain Broadcast Domain Über einen Switch oder eine Bridge breiten sich zwar Broadcasts aus, so dass alle angeschlossenen Geräte die Hardwareadressen aller anderen kennen. Kollisionen bleiben aber auf das jeweilige lokale Segment beschränkt. Erst ein Router leitet auch L2-Broadcasts nicht mehr weiter.

13 ACER Esc F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F 10 F11 F12 # $ % ^ & * ( ) + ` = \ Q W E R T Y U I O P { } T ab [ ] CapsLock Shift A S D F G H J K L : " ; ' Z X C V B N M < >?,. / Enter Shift C t rl Alt A lt Ctr l Pr int S cr o ll Scr een L ock Ins er t Home Pa g e Up De let e End Pag e Dow n SD AcerView 34T Pau se N um L o ck / * Ho me Pg Up En d Pg Dn E nte r 0 In s. De l + S D ACER Esc F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 # $ % ^ & * ( ) + ` = \ Q W E R T Y U I O P { } T ab [ ] CapsLock Shift A S D F G H J K L : " ; ' Z X C V B N M < >?,. / Enter Shift C trl Alt A lt Ctr l Pr int S cr o ll Sc r een L ock In s er t Home Pa ge U p De let e En d Pa g e Down SD AcerView 34T Pau se N um L ock / * Ho me Pg Up En d Pg Dn E nte r 0 In s. De l + S D ACER Esc F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F 10 F11 F12 # $ % ^ & * ( ) + ` = \ Q W E R T Y U I O P { } Tab [ ] CapsLock Shift A S D F G H J K L : ; " ' Z X C V B N M < >?,. / Enter Ct rl A lt A lt Ctr l Shift Pr int S cro ll Scr e en L o ck Pau s e Ins ert Ho me P Up ag e Dele te End Pag e D ow n SD AcerView 34T Nu m Lo ck Ho me / En d P g Dn En te r 0 In s * P g Up. Del + S D ACER Esc F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F1 2 # $ % ^ & * ( ) + ` = \ Q W E R T Y U I O P { } T ab [ ] CapsLock Shift A S D F G H J K L : ; " ' Z X C V B N M < >?,. / Enter C t rl Alt Alt Ct rl Shi ft Print Scro ll S cr e en L o ck P aus e Ins ert Home Pag Up e Del ete E nd P ag e D own SD AcerView 34T Nu m Lo ck / * Ho me P g Up En d P g Dn En ter 0 In s. Del + S D ACER Esc F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 # $ % ^ & * ( ) + ` = \ Q W E R T Y U I O P { } T ab [ ] CapsLock Shift A S D F G H J K L : ; " ' Z X C V B N M < >?,. / Enter C trl Alt A lt Ctr l Shift Pr int S cr o ll Sc r een L ock SD AcerView 34T Pau se In s er t Home Pa U ge p De let e End Pa g e Down N um L ock / * Ho me En d Pg Dn E nte r 0 In s Pg Up. De l + S D ACER Esc F 1 F2 F3 F 4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 # $ % ^ & * ( ) + ` = \ Q W E R T Y U I O P { } T ab [ ] CapsLock Shift A S D F G H J K L : ; " ' Z X C V B N M < >?,. / Enter C trl Alt A lt Ctr l Shift Pr in t Sc r een S L ock cr o l SD AcerView 34T Pa u se In ser t Home Pa U ge p De let e En d Pa g e Down N um L ock Home / End Pg Dn E nte r 0 In s * Pg Up. De l + S D ACER Esc F 1 F2 F3 F 4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F 11 F12 # $ % ^ & * ( ) + ` = \ Q W E R T Y U I O P { } T ab [ ] CapsLock Shift A S D F G H J K L : ; " ' Z X C V B N M < >?,. / Enter C trl Alt Alt Ctr l Shift Pr in t Sc r een Scr Lo ck oll SD AcerView 34T Pa u se In ser t Home Pa U ge p De let e En d Pa ge Down Nu m L ock Home / * Pg U p End Pg D n E nte r. De l 0 Ins + SD ACER Esc F 1 F2 F3 F 4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F 11 F12 # $ % ^ & * ( ) + ` = \ Q W E R T Y U I O P { } T ab [ ] CapsLock Shift A S D F G H J K L : ; " ' Z X C V B N M < >?,. / Enter C trl Alt Alt Ctr l Shift Pr in t Sc r een Scr Lo ck oll SD AcerView 34T Pa u se In ser t Home Pa U ge p De let e En d Pa ge Down N um L ock Home / * Pg Up End Pg Dn E nte r. De l 0 In s + SD ACER Esc F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 # $ % ^ & * ( ) + ` = \ Q W E R T Y U I O P { } T ab [ ] CapsLock Shift A S D F G H J K L : " ; ' Z X C V B N M < >?,. / Enter Shi ft C t rl Alt Alt Ct rl Print S cro ll S cr e en L o ck P aus e Ins ert H ome Pag e Up Del ete E nd P ag e D own SD AcerView 34T Nu m Lo ck / * Ho me P g Up En d P g Dn En te r 0 In s. Del + S D ACER Esc F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F 10 F11 F12 # $ % ^ & * ( ) + ` = \ Q W E R T Y U I O P { } T ab [ ] CapsLock Shift A S D F G H J K L : " ; ' Z X C V B N M < >?,. / Enter Shift C t rl Alt A lt Ctr l Pr int S cro ll Scr een L ock Ins er t Ho me Pa g e Up De let e End Pag e Dow n SD AcerView 34T Pau se N um L o ck / * Ho me Pg Up En d Pg Dn E n te r 0 In s. De l + S D Switch-to-Switch Links Server Farm Server Farm 100/1000 Switches Gigabit Ethernet Modules 100 Mbps 100 Mbps 1000 Mbps 100 Mbps 100 Mbps 10/100 Switches 100 Mbps 100 Mbps 10 Mbps 10 Mbps 10 Mbps 10GbE - Szenario Quelle: B.Tolley/3COM;Nan Chen/Nortel Networks, Nov.1999

14 10GbE - Next Generation Metro Access Quelle: 10 Gigabit Ethernet Alliance Service Provider Networks CISCO Metro Net Framework Triple Play / Metro Services (Voice, Data, Video) (Telefonie, INTERNET, VoD/TV) Resilent Packet Ring IEEE IP / MPLS Control SONET / SDH Switched Ethernet CWDM (Course Wavelength Devision Multiplex) DWDM (Dense Wavelength Devision Multiplex) Quelle: CISCO

15 2. Layer-Funktionalität PHY-Aufgaben MAC-Aufgaben CSMA/CD IEEE 802.3ab Autonegotiation MII/GMII/XGMII PCS-Codierungs-Ziele und Aufgaben PCS-Ethernet-Codierung MAC-Control (Protocol) MAC-Adressing MAC-Datenstruktur MAC-CRC-32 (FCS) Protokollmultiplex/Ethernettypen LLC (Logical Link Control) Frametypen VLAN getaggtes IEEE 802.3Q-Frame ISL - Switch-to-Switch connection IEEE 802.3ad - Link Aggregation PHY - Aufgaben Taktrückgewinnung 5-Volt oder modernere 3,3 V-Technik (weniger Stromverbrauch und Erwärmung) Kabelanpassung Überlast- und Kurzschluss-Absicherung Impedanz des Kabels Drahtquerschnitt Stecker/Buchsen Schraubverbinder der MII-Schnittstelle (IEC/SC 48B 276) Clock-Signal und Takt-Synchronisation Coding Echo cancellation Realisierung mittels CMOS-Logikbausteinen

16 PHY - Media Problems Wiremap = Verdrahtung / Paarvertauschungen Länge / Delay / Signallaufzeit Delay Skew = Laufzeitunterschiede NEXT = Near-End Crosstalk = Nahnebensprechen FEXT = Far-End Crosstalk = Fernnebensprechen ELFEXT = Equal-Level Far-End Crosstalk = längenunabhängiges Nebensprechen am entfernten Ende = FEXT / Dämpfung Attenuation = Dämpfung Resistance = Widerstand ACR = Attenuation Crosstalk Ratio = Signalrauschabstand = NEXT / Dämpfung PS-NEXT, PS-FEXT = PowerSum-Values für alle Paare PMD - Services Transmit function Receive function Signal detect function Lane-by-lane signal detect function (lane numbers range = 0:3) Global PMD transmit disable function PMD lane-by-lane transmit disable function Loopback-mode (for testing device) PMD fault function PMD transmit fault function PMD receive fault function MLT-3 Signalcode bei 100Mbps Scrambling/De-Scrambling

17 MAC - Aufgaben MAC-Frame-Encapsulation (MAC-Header = ZielMAC + QuellMAC + Prot.Typ) CRC-32 wird ergänzt evtl. PADs Ergänzung eines Junkbytes um eine geradzahlige Anzahl von Bytes zu erreichen das Sende-MAC-Managementmodul bereitet seriellen Datenstrom vor Aufbau der Präambel/Startsymbol (SFD, SSD, ESD) MAC/physikalische Adressen (OUI=Organizational Unified Identifier)) verschiedene Endesymbole (ESD, RST, IDLE) Zugriffsverfahren CSMA/CD (Sende- und Empfangsprozeduren) MAC-Datenflußkontrolle (Regulierung der Datenmenge und Überlaufsituationen) MAC-Parameter für Statistiken für Netzwerkmanagment (Ethernet MIB) Frame-Tags für VLAN's und Priorisierung Frame-Extensions mittels Extension-Symbole (zur Verlängerung des Frames anstatt Netzsegmente zu verkürzen, um Kollisionen erkennen zu können) Frame-Bursting (ab 1000BASE-TX) im halbduplex Modus - Verketten mehrerer Frames innerhalb der max.erlaubten Zeit (Burst-Limit = 8192 Bytes), d.h. Senden von etwa 6 Frames maximaler Länge, bevor das Medium wieder freigegeben wird Ethernet CSMA/CD 1 Bit-Time 100ns bei 10Mbps 10ns bei 100Mbps RTD (Round Trip Delay) Manchestercode: logische 1 logische 0 Kollisionsfenster Framelänge Fairness (~ 20 ms = Bit) 512 Bitzeiten = 64 Bytes Framelänge Bitzeiten = 1518 Bytes bei 10 Mbps=10 7 bps 1 Bitzeit = 10-7 s = 100ns 64 Bytes = 51,2 µs (=Slottime) s = v*t s = 0,77* km/s * 51,2 µs = 2,31*10 8 m*5,12*10-5 = 11,827*10 3 = m nach Kollision: binary exponential backoff truncated strategy IFG (Interframe gap) = 9,6 µs = 96 Bit

18 Ethernet - CSMA/CD Backoff-Wartezeit-Strategie (binary exponential backoff truncated): Versuch: Wartezeit=i*Slottime i=zufallszahl aus dem Backoff-Intervall 0 i 2 n -1 (n-ter Versuch) d.h. Neubewerber um das Senderecht sind im Vorteil Slottime=Zeit zur Übertragung von 64 Bytes = 51,2 µs bei 10 MBit/s 64 Bytes = 5,12 µs bei 100 MBit/s 512 Bytes = 4,096 µs bei 1000 MBit/s Versuch:s.o. mit 0 i = backoff limit = 1023 Bsp: maximale Wartezeit beim 6.Sendeversuch = * 51,2 µs = 3,2256 ms Ethernet Signalausbreitung/Bitzeiten/Distanzen Signalausbreitungsgeschwindigkeit: Koaxialkabel Twisted Pair 0,77*c = km/s 0,65*c = km/s Transceiver-Kabel zwischen AUI (Attachment Unit Interface) und MAU (Media Attachment Unit) max. 50m max. t=s/v=0,05/ s = 0,216 µs Laufzeit in 10BASE-2 -LAN (max.1500m): t=s/v=1500/ s = (1500/231)*10-6 s = 6,49 µs + max. 6 Transceiver-Kabel je 50m (t=[500/231]*10-7 s) 6*216ns=1,296 µs + Bitverzögerung in den Repeatern Laufzeit in 10BASE-2 -LAN-Segment (max.185m): t=s/v=185/ s = (185/231)*10-6 s = 0,801 µs = 801 ns Interframe Gap (bei 10 MBit/s): 9,6*10-6 s s=v*t=2,31 * 10 8 m/s * 9,6 *10-6 s = 2217,6 m

19 Ethernet Bitzeiten siehe u.a. IEEE Clause Mbit/s 100 Mbit/s 1000 Mbit/s Ethernet NIC- Sendeeinrichtung = 3 Ethernet NIC- Empfangseinrichtung = 7 Transceiver Senden = 3 Transceiver Empfangen = 8 Class-I-Repeater (Media- Converter) = 140 Class-II-Repeater = 92 DTE = 50 Repeater = 976 DTE = 432 Tw inax (für 1000BASE- CX) pro m = 10,10 Cat.5 TP pro m = 1,112 Cat.5 TP pro m = 11,12 LWL pro m = 1,0 LWL pro m = 10,10 Ethernet Signalausbreitung/Bitzeiten/Distanz-Konstellationen Class I Repeater UTP max.100 m LWL 160 m 50 BT 111,2 BT 140 BT 160 BT 50 BT 511,2 BT = 260 m Class II Repeater UTP max.100 m UTP 5m UTP max.100 m 50 BT 111,2 BT 92 BT 5,56 BT 92 BT 111,2 BT 50 BT 511,2 BT = 205 m

20 Ethernet CSMA/CD Ethernet - Begriffe slottime = 2 * max.übertragungszeit zwischen DTE1 und DTE 2 + Sicherheitsspielraum (=51,2 µs = 2 t + e nach IEEE und Tanenbaum S.174) packet bursting: nach dem ersten Paket werden bereits vor Ablauf der Slottime weitere Pakete versendet (beim Gigabit-Ethernet) burst limit: 8192 Bytes (= 5 max. Ethernetframes Bytes) frame extension: bei 1000 MBit/s werden bei kurzen Datenframes Extensionsymbole gesendet/angehangen, um die Mindest-Sendelängezu erreichen interframe gap = Wartezeit vor dem Senden, nachdem carrier-signal entdeckt wurde (Wartezeit bis die addressierte Endeinrichtung das Frame verarbeitet hat) Jumbo frames: überlange Ethernet-Frames (bis 10 KB...) virtual collision = Repeater rettet erstes Paket und unterdrückt die folgenden Pakete RTD = round-trip-delay = 2* Signallaufzeit zwischen DTE1 und DTE 2 slottime = Zeitspanne, nach der keine Kollision mehr auftritt (= 512 Bitzeiten = 64 Byte) Falls RTD > slottime, dann sind "Late collisions" möglich! PDV = path delay value = maximale Signallaufzeit zwischen 2 Stationen = Summe der Segment delay values Kollisionsfenster: Zeit, die vergeht bis das Medium vollständig mit Signal belegt ist (nur in diesem Zeitraum können Kollisionen auftreten) Kollisionsdomäne: Netzabschnitt (Segment), in dem sich Signale gegenseitig beeinflussen können Kollisionsschwelle: Signalpegel, ab der das Signal durch eine Kollision als zerstört gilt

21 Kollisionen - Ethernet MAC - Datenstruktur MAC-Datenstruktur bei Fast und Gigabit-Ethernet - Ethernet

22 IEEE 802.3ab - Autonegotiation = Methode zur automatischen Konfigurierung der Link-Modi (half/full duplex, autosensing 10/100/1000, trunks/link aggregation) zwischen 2 multi-speed NIC's oder zwischen NIC und Switch-Port Ziele Abwärtskompatibilität der Ethernettechnologien 10/100/1000 mbps ignorieren der Signale bei 10MBit/s-Geräten kostengünstige und einfache Implementierung leichte funktionelle Erweiterbarkeit Remote-Fehler-Signale müssen übertragbar sein bidirektionale Aushandlung der Parameter IEEE 802.3ab - Autonegotiation MAC-Prioritätsreihenfolge (Capability Priority Resolution) höchste Priorität 1000BASE-T full duplex 2000 mbps 1000BASE-T 1000 mbps 100BASE-T2 full duplex (höhere Priorität, weil das Kabelspektrum größer ist) 200 mbps 100BASE-TX full duplex 200 mbps 100BASE-T2 100 mbps 100BASE-T4 100 mbps 100BASE-TX 100 mbps 10BASE-T full duplex 20 mbps 10BASE-T 10 mbps niedrigste Priorität

23 IEEE 802.3ab - Autonegotiation - Ethernet IEEE 802.3ab - Autonegotiation Fast Link Pulse Fast Link Puls, vergrößert - Ethernet

24 IEEE 802.3ab - Autonegotiation 10Mbps 100Mbps 1000Mbps NLP FLP Ordered Sets /C/ (Normal Link Pulse) (Fast Link Pulse) Base Page mit Base-Link-Word Next Page/Messages Unformatted Page Base Page mit Config_Reg Next Page/Messages Unformatted Page MII GMII (Managementregister 0..31) Falls keine Next-Page ansteht, dann wird eine Null-Message gesendet ( ) IEEE 802.3ab MII/GMII Managementregister Basis Register (müssen von allen 100/1000-PHY-Layern unterstützt werden) Register 0 = Steuerregister (16-Bit-Control) Register 1 = Statusregister (16-Bit-Status) Extended Register (je 16-Bit) Register 2,3 = PHY-Indikator Register 4 = Autonegotiation Advertisment Register 5 = Autonegotiation Link Partner Ability Register 6 = Autonegotiation Expansion Register 7 = Autonegotiation Next Page Transmit Register 8 = Autonegotiation Link Partner Received Next Page Register 9 = Control Register für 100BASE-T2/ 1000BASE-T Register 10 = Status Register für 100BASE-T2/ 1000BASE-T Register = reserviert Register 15 (nur für MII) = reserviert Register 15 (für GMII) = Extended Status Register = herstellerspezifisch

25 PCS Codierungs-Ziele und Aufgaben gute Rückgewinnung des Taktes (Baudrate) aus dem Bitstrom (Phase Lock Loop/PLL) nach Einschwingphase (Präambel zum Einschwingen der Empfangselektronik/Synchronisation) Erkennen (möglicherweise Korrektur) von Übertragungsfehlern (Coderedundanz) Optimierung des Frequenzganges des Übertragungskanals (Kabel) z.b. Frequenzreduzierung und Verhinderung von Gleichspannungsanteilen und Disparity Ausgleich (z.b. durch abwechselnde Codes, die die Summe der Nullen gleich der Summe der Einsen werden lassen) Minimerung elektro-magnetischer Abstrahlung (durch Scrambling) Trennung von Daten- und Steuer-(Signalisierungs-)Bits Erkennung von Byte- und Wortgrenzen - Ethernet PCS Codierung 10 Mbps über Kupfer Manchester Codierung 100 Mbps Fast Ethernet 4B/5B Codierung 4-Bit Gruppe 5-Bit Symbol (höchtens 2 aufeinanderfolg. Nullen) Ethernet Steuerungssymbole IDLE J K T01101 R00111 S QUIET00000 HALT00100 weitere Codierung: 1 Signal Transition keine Signal Transition 0 d.h. Signal Transition nach spätestens 2 Bit Ausschnitt aus einer 8B/10B-Codetabelle

26 PCS Codierung BASE-T 8B1Q4 (in 1Takt 8 DatenBits in 4 Quinary Symbols codieren) 4D-PAM5 (Puls-Amplituden Modulation mit 5 Level Symbolen in 4 Adernpaaren) in 1000BASE-TX (62,5 MHz / 125 Mbaud) GMII liefert aller 8ns (125 MHz) 8 Bit Daten TXD n <7:0> Trellis-Faltungskodierung zur Auswahl einer aus 2 3 =8 Codegruppen Scrambling (8 Bit) b 8 b 7 b 6 b 5 b 4 b 3 b 2 b 1 b 0 Scrambler erzeugt drei 4-Bit-Worte SX n <3:0>, SY n <3:0>, SG n <3:0> SC n <7:0> Auswahl eines von 2 6 = 64 Symbolen aus der Codegruppe A n B n C n D n Vorzeichenverwürfelung der quinary Symbols A n B n C n D n PCS Codierung - 4D-PAM5

27 PCS Codierung Quinary / 5 Level Symbole: X {-1,1}, Y {-2,0,2} SymbolSet normal Anzahl invers Anzahl Summe Auswahl Typ D0 XXXX 2*2*2*2=16 YYYY 3*3*3*3= gerade D1 XXXY 2*2*2*3=24 YYYX 3*3*3*2= ungerade D2 XXYY 2*2*3*3=36 YYXX 3*3*2*2= gerade D3 XXYX 2*2*3*2=24 YYXY 3*3*2*3= ungerade D4 XYYX 2*3*3*2=36 YXXY 3*2*2*3= gerade D5 XYXX 2*3*2*2=24 YXYY 3*2*3*3= ungerade D6 XYXY 2*3*2*3=36 YXYX 3*2*3*2= gerade D7 YXXX 3*2*2*2=24 XYYY 2*3*3*3= ungerade PCS - 10GBASE-X Quelle: 10 Gigabit Ethernet Alliance

28 MAC Protokollmultiplex (Ethernettypen) 0600H = XNS 0800H = TCP/IP - DoD IP 0805H = X H = ARP (Adress Resolution Protocol) 6001H = DECnet 6004H = DECLAT 8035H = Reverse ARP 809BH = AppleTalk DDC7H = B388H = 1984H = TRAIL (statistic endpoint) 8100H = VLAN Tagged Frame 8137H = IPX 814CH = SNMP 86DDH = IPv6 876BH = TCP-Compression (RFC 1144) 8808H = MAC-Control 8809H = LACP (Link Aggregation Control Protocol) 880BH = PPP 8847H = IPLS-unicast 8848H = IPLS-multicast 8863H für PPPoE-Discovery 8864H für PPPoE-Session 9000H = Ethernet (Loopback) Configuration Test protocol MAC - Control / L2CP Das MAC-Control-Protokoll dient der Flußsteuerung auf MAC-Ebene. MAC-Control-Frame mit Ethernet-Typ: 8808H MAC-Control-Data: 2 Bytes MAC Control OpCode Funktionen MAC Control Parameter PAD Operationscodes 0000H reserviert 0001H PAUSE (Aufforderung das Senden von Daten, für die als Parameter spezifizierte Zeit in Slottimes einzustellen; falls Wert=0 dann Aufforderung zum Weitersenden) - nur im Vollduplex-Modus 0002H GATE Request for Framerate per Timeperiod 0003H REPORT 0004H REGISTER_REQ 0005H REGISTER 0006H REGISTER_ACK - Mitteilung, dass die sendende Station an einer gated Übertragungsprozedur teilnimmt 0007H-FFFFH reserviert Klausel 64 MAC-Ctrl-Frames werden an Multicastadresse C gesendet, die von Brücken nicht weitergereicht werden.

29 MAC - Adressing IEEE 802 MAC-Adresse : xx : xx : xx : yy : yy : yy Hersteller ID Adapter Nr. kanonische Form: ab-cd-ef-gh-ij-kl (hexadezimal) mit ab= d 7 d 6 d 5 d 4 d 3 d 2 d 1 d 0 i/g=individual/group Bit=0/1 u/l=universal/local admin=0/1 Hersteller ID = Vendor ID = OUI = Organizational Unified ID 3COM HP S&Koch A Intel 00 AA 00 Novell B (1GbE) DEC B IBM A Cray Research A6 Silicon Graphics Apple SUN SMC C (SMC war früher Western Digital) MAC - Multicast-Adressing E = Internet Multicast [RFC1112] C-CC-CC-CC = ISL-Multicastadresse C = STP-BPDU-Multicastadresse C = MAC-Control-Multicastadresse mit Protocoltyp=8809H C = LACP-Multicastadresse (Link Aggregation Control Protocol) mit Protocoltyp=8809H = VTP-Multicastadresse (VLAN Trunking Protocol) mit SNAP c = CDP-Multicastadresse (CISCO Discovery Protocol) mit SNAP c CF = Ethernet Configuration Test Protocol (Loopback) FF-FF-FF-FF-FF-FF = MAC-Broadcast

30 MAC CRC-32 (FCS) (MAC = Media Access Control, CRC = Cyclic Redundancy Check, FCS = Frame Check Sequence) Generatorpolynom: Koeffizienten = 1 04C1 1DB7 H G(x) = x 32 + x 26 + x 23 + x 22 + x 16 + x 12 + x 11 + x 10 + x 8 + x 7 + x 5 + x 4 + x 2 + x + 1 Eigenschaften: a) in einem Datenwort mit der Wortlänge bis 2 32 Bit= 0,5GB lassen sich zwei beliebige Fehler erkennen und ein Bitfehler korrigieren b) Fehlerbündel (="Bursts"=bis zu 32 hintereinander auftretende Bit-Fehler) werden erkannt c) die Wahrscheinlichkeit für die Nichterkennung eines Übertragungsfehlers liegt bei CRC-Berechnung nach IEEE Klausel: 1. Die ersten 32 Bit des Frames werden invertiert. 2. Die n Bits des Frames werden als Koeffizienten des Polynoms M(x) des Grades n-1 betrachtet, d.h. das erste Bit der Destination-Address entspricht dem Term x (n-1) und das letzte Bit des Datenfeldes entspricht dem Term x M(x) wird mit x 32 multipliziert und durch G(x) dividiert, so daß ein Rest R(x) des Grades 31 verbleibt. 4. Die Koeffizienten von R(x) werden als 32-Bit-Sequenz angesehen, so daß eventuelle führende Leerstellen mit Nullen aufgefüllt werden. Somit entspricht das äußerste rechte Bit des Restes R(x) einem Bit der Wertigkeit Die 32-Bit-Sequenz wird invertiert. Das Ergebnis ist der CRC. Bit-Übertragungsreihenfolge Ethernet: LSBF = Least Signifikant Bit First (d.h. niederwertiges Bit zuerst) Token Ring: MSBF = Most Signifikant Bit First (d.h. höchstwertiges Bit zuerst) MAC-Adresse A bei TR oder FDDI (höchstwertiges Bit zuerst): bei Ethernet (niederwertiges Bit zuerst übermitteln)

31 IEEE LLC Logical Link Control Layer-2-Protokoll / Peer-to-Peer Protokoll-Prozeduren "peer protocols" für "multistations, multiaccess" Umgebungen definiert 3 Verbindungstypen zwischen zwei Link-Stationen Typ 1-"logical data link": verbindungslos ohne Bestätigungen ohne Flusskontrolle/ohne Fehlererkennung Typ 2-"data link connection": verbindungsorientiert, Sequencing, Bestätigung, Fehlererkennung, Flusskontrolle (ähnlich HDLC) zwecks Informationsaustausch Typ 3-verbindungsloser vollduplex Dienst mit Empfangsbestätigung vorwiegend für Statusinformationen definiert 4 Klassen von LLC-Operationen Class 1: verbindungsloser Modus Class 2: verbindungsloser oder verbindungsorientierter Modus Class 3: verbindungsloser oder verbindungsloser/bestätigter Modus Class 4: verbindungsloser oder verbindungsloser/bestätigter oder verbindungsorientierter Modus LLC Frametypen LLC DSAP 1 Byte SSAP 1 Byte Kontrollfeld 1 / 2 Bytes DSAP = Destination Service Access Point SSAP = Source Service Access Point Wertebereich 46(002Eh) bis 1500(05DCh) d d d d d d d d 06h = IP 06h = IP d 0 = 0 Individual DSAP d 0 = 1 Group DSAP 00h Information 0 N(S) N(S) N(S) N(S) s s s s s s s s s 0 = 0 COMMAND s 0 = 1 RESPONSE N(S) N(S) N(S) gesendete Reihenfolgenummer 02h Supervisory 1 0 S S X X 00 falls noch kein SAP definiert 02=2 individueller LLC sublayer Management 03=3 group LLC sublayer Management 04=4 SNA Path Control 06=6 DoD IP 0E=14 PROWAY-LAN 4E=78 EIA-RS =66 IBM Brückenprotokoll 5E=94 ISI IP 8E=142 PROWAY-LAN AA=170 SNAP (RFC 1042) F0=144 NetBIOS Emulation F5=149 IBM LAN Mgt. FE=254 ISO DIS 8473 FF=255 global DSAP SAP = Service Access Points P/F X N(R) N(R) N(R) N(R) N(R) N(R) N(R) empfangene Reihenfolgenummer Poll/Final Bit X P/F XXXX = 0000 reserviert Supervisory Function Bits SS = 00 RR (receive ready) SS = 01 REJ (rejekt) SS = 10 RNR (receive not ready) N(R) N(R) N(R) N(R) N(R) N(R) N(R) oder empfangene Reihenfolgenummer 03h Unnumbered 1 1 M M P/F M M M Modifier Function Bits Poll/Final Bit Modifier Function Bits

32 Layer 2 - Protokolle ARP (Address Resolution Protocol) BPDU (Bridge Protocol Data Unit) CDP (Cisco Discovery Protocol) CIF (Cells in Frames) Cisco HDLC (chdlc) Cisco ISL (Cisco Inter-Switch Link) Cisco SRP (Cisco Source Routing Bridging) DCAP (Data Link Switching Client Access Protocol) DRIP (Cisco Duplicate Ring Protocol) GARP (Generic Attribute Registration Protocol) GMRP (Multicast Registration Protocol) GVRP (GARP VLAN Registration Protocol) LLC (Logical Link Control) LACP (Link Aggregation Control Protocol) MAPOS (Multiple Access Protocol over SONET/SDH) RARP (Reverse Address Resolution Protocol) RND SMT SNAP (SubNetwork Access Protocol) SSP (Switch-Switch Protocol) VTP (VLAN Trunking Protocol) Wellfleet SRB (Wellfleet Source Routing Bridging Protocol) Wellfleet BOFL (Wellfleet Breath of Life) Ethernet - Frames ETHERNET_II Präambel 8 Bytes Ethernet - Header Ziel-MAC-Adresse Quell-MAC-Adresse 6 Bytes 6 Bytes I/G U/L 0 U/L Protokoll-Typ 2 Bytes Daten Bytes Ethernet - Trailer Rahmen-Prüfsumme 4 Bytes I/G = 0 Individual Address 1.Bit immer 0 I/G = 1 Group Address U/L = 0 Universally administered U/L = 0 Universally administered U/L = 1 Locally administered U/L = 1 Locally administered = AAh 7 Byte Synchronisation h = XNS 0800h = IP 0806h = ARP Fehlererkennung auf Bitebene, keine Fehlerbeseitigung CRC-32 vom Frame ohne Präambel ETHERNET_802.3 Präambel 7 Bytes Bitfolge zur Synchronisation der Empfangsstation Startbegrenzungszeichen 1 Byte Datenpaketanfangsanzeige Ethernet - Header Ziel-MAC-Adresse 6 Bytes I/G U/L I/G = 0 Individual Address I/G = 1 Group Address U/L = 0 Universally administered U/L = 1 Locally administered Quell-MAC-Adresse 6 Bytes 0 U/L 1.Bit immer 0 U/L = 0 Universally administered U/L = 1 Locally administered Länge 2 Bytes Wertebereich 46(002Eh) bis 1536(0600h) d d d d d d d d DSAP 1 Byte LLC SSAP 1 Byte 04h = SNA Path Crtl 06h = DoD IP 42h = STA AAh = SNAP FOh = NetBIOS d 0 = 0 Individual DSAP d 0 = 1 Group DSAP Kontrollfeld 1 / 2 Bytes s s s s s s s s s 0 = 0 COMMAND s 0 = 1 RESPONSE 00h Information 0 N(S) N(S) N(S) N(S) N(S) N(S) N(S) gesendete Reihenfolgenummer 02h Supervisory 1 0 S S X X P/F X X P/F Daten Bytes Bytes N(R) N(R) N(R) N(R) N(R) N(R) N(R) empfangene Reihenfolgenummer Poll/Final Bit XXXX = 0000 reserviert Supervisory Function Bits SS = 00 RR (receive ready) SS = 01 REJ (reject) SS = 10 RNR (receive not ready) N(R) N(R) N(R) N(R) N(R) N(R) N(R) oder empfangene Reihenfolgenummer Ethernet - Trailer Rahmen-Prüfsumme 4 Bytes Fehlererkennung auf Bitebene, keine Fehlerbeseitigung CRC-32 vom Frame ohne Präambel ETHERNET_SNAP Präambel 7 Bytes Startbegrenzungszeichen 1 Byte Ethernet - Header Ziel-MAC-Adresse 6 Bytes I/G U/L Quell-MAC-Adresse 6 Bytes 0 U/L Länge 2 Bytes DSAP 1 Byte LLC SSAP 1 Byte Kontrollfeld 1 Byte SNAP Organisationscode 3 Bytes Protokoll-Typ 2 Bytes Daten Bytes Ethernet - Trailer Rahmen-Prüfsumme 4 Bytes Bitfolge zur Synchronisation der Empfangsstation Datenpaketanfangsanzeige I/G = 0 Individual Address I/G = 1 Group Address U/L = 0 Universally administered U/L = 1 Locally administered 1.Bit immer 0 U/L = 0 Universally administered U/L = 1 Locally administered d d d Wertebereich 46(002Eh) bis 1500(05DCh) d d d d d AAh AAh d 0 = 0 Individual DSAP d 0 = 1 Group DSAP 03h Unnumbered 1 1 M M P/F M M M h (IP-Datagramme ARP-Nachrichten) Modifier Function Bits Poll/Final Bit Modifier Function Bits 0600h = XNS 0800h = IP 0806h = ARP Fehlererkennung auf Bitebene, keine Fehlerbeseitigung CRC-32 vom Frame ohne Präambel s s s s s s s s s 0 = 0 COMMAND s 0 = 1 RESPONSE ETHERNET_802.3Q Präambel 8 Bytes Byte Synchronisation Ziel-MAC-Adresse 6 Bytes I/G U/L Byte Datenpaketanfangsanzeige Ethernet - Header I/G = 0 Individual Address I/G = 1 Group Address U/L = 0 Universally administered U/L = 1 Locally administered = AAh Quell-MAC-Adresse 6 Bytes 0 U/L 1.Bit immer 0 U/L = 0 Universally administered U/L = 1 Locally administered Protokoll-Typ 2 Bytes 0600h = XNS 0800h = IP 0806h = ARP IEEE 802.1Q 802.1p Priorität Bit CFI 1 Bit VLAN 12 Bit Canonical Format Indicator CFI = 1 Route Information CFI = 0 keine Route Information network control (OSPF,BGP,SNMP) voice (< 50 ms delay) video (etwa 100 ms delay) controlled load excellent effort (better than best effort) (reserved) background (less than best effort) best effort TCI = Tag Control Information Route Information Bytes Logische Gruppe von LAN VLAN = 0 nur für Priorität VLAN = 1 Standard VLAN = FFF Reserviert Daten Bytes Ethernet - Trailer Rahmen-Prüfsumme 4 Bytes Fehlererkennung auf Bitebene, keine Fehlerbeseitigung Routing Control Route Descriptor CRC-32 vom Frame ohne RT LTH D LF r RD1 RD2... RDn Präambel Route Descriptor n (16 Bit) Bytes, kleinste Framegröße nach ISO 8802/2 LLC und ISO 8473 (Connectionless Mode) reserviert (4 Bit) Bytes nach ISO 8802/3 Largest Frame (3 Bit) Bytes (Full Screen Data 3270 Mode) Direction Bit (1 Bit) Bytes maximal Frame-Size für FDDI und ISO 8820/5 bei THT = 9 ms und 4 MBit/s Length (5 Bit) Bytes etsprechend ISO 8802/4 (Token Bus) Routing Type (3 Bit) Bytes bei ISO 8802/5 mit 16 MBit/s 111 in Broadcast Frames benutzt

33 IEEE / L2-Verschlüsselung Ziele VLAN's = Virtual LAN's Trennung von physischer und logischer Netzstruktur Konfiguration dynamischer Arbeitsgruppen (workgroup Segmentierung) Bildung ortsflexibler Arbeitsgruppen, auf deren Rechner nicht von außerhalb dieser VLAN's zugegriffen werden darf Technologien: VLAN-Standardisierung nach 802.1x und IEEE 802.1Q (Frame Tagging Format) für LAN's LAN-Emulation 2.0 für ATM proprietäre Spezifikationen eines Herstellers statische VLAN-Konfiguration / GVRP = Generic VLAN Registration Protocol / VTP = VLAN Truncing Protocol

34 Klassifizierung VLAN's = Virtual LAN's VLAN Ebene-1-VLAN (port-based) Ebene-2-VLAN reines LAN Switching, IEEE 802.1Q ATM-Backbone mit oder ohne LAN Switching Ebene-3-VLAN Virtuelle Subnetze mit Peer-Konzept Virtueller Router: Route-Server- Konzept Ebene-4-7-VLAN Policy VLAN: Endgerät- Konzept VLAN's = Virtual LAN's VLAN 1 (Verwaltung) VLAN 2 (Entwicklung) VLAN 3 (Vertrieb) Switch C Switch B B a c k b o n e Switch A Laptop Router Laptop VLAN 3 (Vertrieb) WAN

35 VLAN's = Virtual LAN's VLAN - Tagged Frame

36 Switch-to-Switch Verbindung ISL = InterSwitch Link (Ethernet-Frame-Encapsulierung) IEEE 802.3ad - Link Aggregation Trunking: Bündeln mehrerer Switchports (mit gleicher Bitrate und im full-duplex-modus) zu einer logischen Verbindung (auch als Channel- Bundling bezeichnet) - bei einfachen Switches Trunking mit bis zu 4 Ports, bei Hochleistungsswitchen Trunking bis z.b. 36,256 Ports Ziel: Erhöhung der Bandbreite oder Erhöhung der Ausfallsicherheit durch redundante Wege Link Aggregation = Frame Collection (forwarding an die Clients entsprechend der Ankunftsreihenfolge) && Frame Distribution (Verteilen der ausgehenden Pakete per Load Balancing über Ausgangsports) && Link Aggregation Control LACP (Link Aggregation Control Protocol) zur automatischen Konfiguration von Trunks (Load Balancing, schnelles Failover bei Ausfall eines Links) als Feature der MAC-Schicht (IEEE 802.3ad) Protokoll: 8809H

37 Link Aggregation Topology Beispiele Quelle: IEEE Annex 43A 3. IEEE 802.3ae 10GbE - 10 Gigabit Ethernet Ziele Notation: 10GBASE-wk(n) LAN/WAN-Interfaces 10GBASE-CX4

38 MAC-Notation: 10GBASE-wk(n) IEEE 802.3ae 10GbE mit w = Wellenlänge S=Short=850nm L=Long=1310nm E=Extra Long=1550nm k = Kodierung X=LAN=8B/10B Blockkodierung R=LAN=64B/66B Blockkodierung W=WAN=SONET/SDH n = Anzahl der Farben (Wellenlängen) für Multiplexing (optional) 10GBASE-LX4-4x2,5GBit/s (4 Wellenlängen) und 8B/10B-Kodierung 10GBASE-SR/10GBASE-LR/10GBASE-ER - 64B/66B- Kodierung 10GBASE-SW - zur Kopplung von WAN-Switches bis 300m mittels MMF 10GBASE-LW/10GBASE-EW für städtische und Fernbereiche mittels SMF bis 40km Ziele IEEE 802.3ae 10GbE a) Support the full duplex Ethernet MAC. b) Provide 10 Gb/s data rate at the XGMII. c) Support LAN PMDs operating at 10 Gb/s, and WAN PMDs operating at SONET STS-192c/SDH VC-4-64c rate. d) Support cable plants using optical fiber compliant with ISO/IEC 11801: e) Allow for a nominal network extent of up to 40 km. f) Support a BER objective of 10 12

39 IEEE 802.3ae - LAN/WAN-Interfaces IEEE 802.3ae Interfaces 10GBASE-X LAN, 8B/10B Short Wavelength 850nm Long 1310nm Extra Long 1550nm 10GBASE-LX4 62,5µ MMF: 300 m 50µ MMF: 300 m 10µ SMF: 10 km 10GBASE-R LAN,64B/66B 10GBASE-W WAN,SONET/SDH 10GBASE-SR 62,5µ MMF: 26 m 50µ MMF: 82 m 10GBASE-SW 62,5µ MMF:26 m 50µ MMF: 82 m 10GBASE-LR 10µ SMF: 10 km 10GBASE-LW 10µ SMF: 10 km 10GBASE-ER 10µ SMF: 40 km 10GBASE-LW 10µ SMF: 40 km - Ethernet IEEE 802.3an 10GbE over Cu 10GBASE-CX4 - (Entwurf Nov.2005? - Freigabe Juni 2006?) Clause 54 also 10GBit über Kupfer (twinaxial cable) bis 15 m zur Verbindung von Switchen (Clause 54.7) Komplementär-Signalübertragung gemäß: (Nutzsignal+Störsignal)-(-Nutzsignal+Störsignal)=2*Nutzsignal Signaling speed = 3,125 GBd, unit interval=320ps BER (bit error ratio) < B/10B Coding Specified frequency: 100MHz MHz Shield cable in accordance IEC MDI-connector in accordance IEC Ethernet

40 4. Ethernet im Access-Bereich und Carrier Ethernet IEEE 802.3ah - EFM (Ethernet in the First Mile) EFMA = Ethernet in the First Mile Alliance IEEE 802.3af - Power over Ethernet Metro Ethernet MEF = Metro Ethernet Forum CISCO LRE = Long Reach Ethernet xdsl Übersicht Ziel: Ethernet-over-Copper (Cat.3) MEF Metro Ethernet Forum 2005 Standard seit März 2005 Integration ins MEF LRE Long Reach Ethernet CISCO EFMA Ethernet in the First Mile Alliance Mitte 2004 CISCO Extreme Networks Hatteras Networks Ericsson

41 IEEE 802.3af - PoE (Power over Ethernet) Ziel: Stromversorgung über Ethernetkabel zum Anschluß von IP-Telefonen, Netzwerkkameras, Accesspoints u.a. Peripheriekomponenten Power Sourcing Equipment (PSE) = Stromversorger Powered Devices (PD) - PoE unterstützende Energieverbraucher Endspan-Systeme sind aktive Komponenten (hauptsächlich Switches), die die angeschlossenen Geräte direkt über die Ethernetports mit Strom versorgen Midspan-Systeme nehmen die Daten der aktiven Komponente entgegen und leiten sie gemeinsam mit der Versorgungsspannung an die Endgeräte weiter 48V Gleichspannung, max. 350mA, max.15,4 W, max. 100m IEEE 802.3af - EFM-Interfaces IEEE 802.3af Interfaces Long-Reach 2 MBit/s Punkt-zu-Punkt Punkt-zu-Mehrpunkt Kupfer/Copper 2PASS-S 2PASS-A Short Reach 10 MBit/s 100 MBit/s 1000 MBit/s 100BASE-LX SMF/10 km 100BASE-BX-OLT 100BASE-BX-ONU 1000BASE-EX 1000BASE-BX-OLT 1000BASE-BX-ONU 1000BASE-PX-OLT-A 1000BASE-PX-ONU-A 1000BASE-PX-OLT-B 1000BASE-PX-ONU-B 10PASS-V S=SHDSL A=Laser Klasse A OLT=Optical Line Termination (Aufstellort) A=ADSL B=Laser Klasse B ONU=Optical Network Unit (Verteilerstation) V=VDSL PASS=Passiv PX=passive Technologie

42 LRE (Long-Reach Ethernet) CISCO Technology für Provider Networks/Metro Nets telephone-grade wiring (Category 1/2/3) 15 mbps and distances up to 5,000 feet (1,524 meters) Cisco Catalyst 2950 LRE Series switches unterstützt 5-15 mbps LRE - Szenario Quelle: CISCO

43 Service Provider Network (ISP) Quelle: CISCO DSL (Digital Subscriber Line) DSL-Varianten max. Übertragungsrate Down-/Upstream (Mbps) Reichweite (km) ADSL 8 4,5 ADSL ADSL SDSL 2,3 4 SHDSL 4,6 4 VDSL 8 bis 70/30 0,17 bis 1,7 VDSL2 100/12 0,35 bis 4,5 SHDSL (Symmetric High-Speed Digital Subscriber Line) ADSL (Asymmetric Digital Subscriber Line) VDSL (Very High-Speed Digital Subscriber Line) VDSL2 - ITU.T G.993.2

44 VDSL2 Standard ITU.T G Reichweite bis 4,5 km Reichweite 350 m mit 100 mbps Modulation DMT (Discrete-Multitone-Technik) Frequenzspectrum von 12 auf 30 MHz erhöht Steigerung der Übertragungsleistung auf 12 dbm Echointerdrückungstechnik Time-Domain-Equalization flexibles Framing Online Reconfiguration SRA (Seamless Rate Adaption) DRR (Dynamic Rate Repartitioning) VDSL2-kompatible Chips von Infineon (VINAX) und Broadcom Netzwerk-Produkte und -Lösungen Produktpalette - Integrated MultiService Access Platforms (imap) - Optical Transport - Residential Gateways - Routers - Software & Network Management - Switches: Layer 2 managed - Switches: Layer 2-4 managed - Switches: Layer 3+ - Switches: Multi-layer - VoIP (IP Telephony) - Hubs - Media Converters - Network Adapters - Switches: Layer 2 unmanaged - Transceivers - Wireless - Accessories & Other Products Lösungen für - allg.markt - Connectivity-Markt - Enterprise-Markt - Provider-Markt

45 Netzwerk-Produkte und -Lösungen 8 Port Gigabit Switch Netgear GS Gbps Durchsatz non-blocking - Forwarding rate: 10 mbps ports : packets/sec. 100 mbps ports : packets/sec mbps ports : packets/sec. - Latency: 100 to 100 max. 40 microsec to 1000 max. 10 microsec. - Queue Buffer Memory: 56 Kbytes per port - MAC-Address Database: Leistung/Spannung: 14W / 5V - Forwarding mode: store & forward - 8 auto-sensing UTP ports je 2000 mbps vollduplex Netzwerk-Produkte und -Lösungen Switch Serie Quidway S8500, S6500, S5600 von Huawei (China) (http://datacomm.huawei.com) S8500 (für Core Netz großer Unternehmen, bis zu 720 GB Switching Kapazität, Zuverlässigkeit auf Carrier-class Niveau, Applikationen, MPLS) S6500 (für mittelgroße Core-und große konvergente Netzwerke, hohe Kapazität mit XGBUS-Technologie, PoE mit Voice VLAN's für VoIP) S5600 (für Server Farmen, Aggregation und Edge Netze, IRF "stackable" Technologie, 2x10GbE Uplink, bis zu 96 GbE Bandbreite pro Stack, PoE mit Voice VLAN's für VoIP) Netzwerkmanagement Software Quidview

46 5. Quellen Firmen-Links IEEE-Links Ethernet-Links Literatur Firmen-Links... Firmenbeschreibung siehe:

... ... ... 4 Gigabit- und 10-Gigabit-Ethernet. 4.1 Überblick Gigabit-Ethernet. 4.2 Burst-Modus. 4.3 Übertragungsmedien. 4.

... ... ... 4 Gigabit- und 10-Gigabit-Ethernet. 4.1 Überblick Gigabit-Ethernet. 4.2 Burst-Modus. 4.3 Übertragungsmedien. 4. Einsatz von Gigabit Ethernet als "Backbone": 4 Gigabit- und 10-Gigabit-Ethernet Server-Farm 4.1 Überblick Gigabit-Ethernet 4.2 Burst-Modus 4.3 Übertragungsmedien 4.4 8B/10B-Code 1 Gb-Switch... 4.5 Vollduplex

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