01/06/2011. Rechnernetze Übung 6. Frank Weinhold Professur VSR Fakultät für Informatik TU Chemnitz Juni Hello

Transkript

1 Rechnernetze Übung 6 Frank Weinhold Professur VSR Fakultät für Informatik TU Chemnitz Juni Hello

2 PC1 sendet sehr viele Daten und belegt damit die Leitung. PC2 kommt nicht dran und muss warten! Ziel: Alle Teilnehmer gleichberechtigt, jeder kommt innerhalb einer bestimmten Zeit zum Senden seiner Daten. Lösung: Paketbildung Anforderung 1: Codetransparenz Vereinbarung von Regeln zur codetransparenten Übertragung von Nutzdaten (d.h. Übertragung beliebiger Bit- bzw. Zeichenkombinationen im Nutzdatenfeld). 1 3 Wann ist ein Packet zu Ende? Kontrolldaten Länge Nutzdaten 2

3 1 3 2 STX STX oder ETX in Nutzdaten? Nutzdaten ETX DLE STX Nutzdaten STX DLE ETX DLE in Nutzdaten? DLE STX Nutzdaten DLE DLE DLE ETX *STX = Start of Text; *ETX = End of Text; *DLE = Data Link Escape (Steuerzeichen nicht darstellbar) Blockbegrenzung (Flag) ist eine ausgezeichnete Bitfolge ( ) Flag Kontrolldaten Kontrolldaten Nutzdaten Flag Problem: Zufälliges Auftreten von in Nutzdaten Lösung: Bit-Stuffing Sender fügt innerhalb der Nutzdaten nach 5 aufeinanderfolgenden 1 -en eine 0 ein: Empfänger entfernt nach 5 aufeinanderfolgenden 1 -en eine 0 Blockprüfzeichen zur Fehlererkennung wird vor dem Bit Stuffing erstellt 3

4 Anforderung 2: Fehlerbehandlung, Fehler erkennen und behandeln. Kontrolldaten Länge Nutzdaten CRC Automatic Repeat Request Sendewiederholung bis Daten korrekt übermittelt wurden Bestätigung durch Empfänger (ACK,NAK (negativ)) Timeouts Algorithmus: Stop and Wait Quelle: Vorlesung Rechnernetze, Seite 145 4

5 Ablauf Empfänger bestätigt korrekten Empfang Sender muss auf Bestätigung (ACK) warten, ehe er weiter senden darf keine Überlastung des Empfängers möglich! Implizite Übertragungswiederholung Behandlung verlorengegangener Pakete/Quittungen Zeitüberwachung (Timeout), nach der die Übertragung wiederholt wird Sequenznummer pro Paket, um Duplikate beim Empfänger zu unterscheiden Explizite Übertragungswiederholung um den Ablauf der Übertragungswiederholung zu beschleunigen, können fehlerhafte Pakete explizit durch NAK (Negative Acknowledgement) angefordert werden Anforderung 3: Flusssteuerung, auf Netzebene ist der Datenpaketempfänger vor einem zu großen Zufluss von Paketen eines Paketsenders zu schützen. einfachste Methode Sender-Empfänger-Flusssteuerung Meldungen: Halt und Weiter kann der Empfänger nicht mehr Schritt halten, schickt er dem Sender eine Halt-Meldung ist ein Empfang wieder möglich, gibt der Empfänger die Weiter-Meldung 5

6 Anforderung 4: Media Access Control, es muss eine Reglung geben, die eine gemeinsame Nutzung des physikalischen Übertragungsmediums gewährleistet Geregelter Zugriff Konkurrierender Zugriff Token-Ring 6

7 Aloha Kollision - Stationen übertragen dann Daten, wenn welche gesendet werden müssen - Kollisionen führen zu gestörten Rahmen - Empfänger schickt Bestätigung, wenn er einen an ihn adressierten Rahmen korrekt empfangen hat - Einsatz beispielsweise im GSM - maximale Kanalauslastung 18% Slotted Aloha Sender A B C D E - Pakete fester Länge werden in festen Zeitabschnitten (Slots) übertragen - erfordert einheitliche Zeitbasis (z.b. durch zentrale Uhr) zur Synchronisation der Stationen - Paketübertragung nur zu Beginn eines Zeitslots (slot boundary) - es können nur total überlappende Kollisionen auftreten - maximale Kanalauslastung auf 36% verbessert! 7

8 Erst überprüfen, ob jemand anders sendet. (Listen Before Talk) Alle Teilnehmer sind gleichberechtigt. Erkennen von Kollisionen. (Listen While Talk) vor dem Senden: Abhören des Mediums (Listen Before Talk) wenn Medium frei: Beginne mit Senden während des Sendens: Abhören des Mediums (Listen While Talk) wird Kollision erkannt: Breche Sendevorgang ab und benachrichtige die anderen angeschlossenen Stationen ( Jamming ) erneuter Sendeversuch nach Kollision erfolgt nach Wartezeit Anwendung bei Ethernet (IEEE 802.3) 8

9 Codetransparenz Fehlerbehandlung Flusssteuerung Media Access Control Ethernet PPP Internet Modem Modem Provider 9

10 Präambel SFD Zieladresse Quelladresse Präambel und SFD Präambel besteht aus einer sieben Byte langen, alternierenden Bitfolge gefolgt von einem Start Frame Delimiter (SFD) mit der Bitfolge diente einst der Bit-Synchronisation der Netzwerkgeräte alternierendes Bitmuster erlaubte jedem Empfänger eine korrekte Synchronisation auf die Bit-Abstände Ziel- und Quell-MAC-Adresse Zieladresse identifiziert die Netzwerkstation, der die Daten empfangen soll kann auch eine Multicast- oder Broadcast-Adresse sein Quelladresse identifiziert den Sender Woher erhält ein Rechner seine MAC-Adresse? Präambel SFD Zieladresse Quelladresse VLAN Tag P Typ Daten A FCS D VLAN Tag Zu welchem virtuellen Netz gehört der Frame (jedes VLAN bildet eigene Broadcastdomain) Typ-Feld (EtherType) gibt Auskunft über das verwendete Protokoll der nächsthöheren Schicht innerhalb der Nutzdaten Werte sind größer als 0x0600 (ansonsten ist das ein Ethernet-I-Frame mit Längenfeld in dieser Position) Nutzdaten pro Datenblock maximal 1518 Byte werden von dem unter Type angegebenen Protokoll interpretiert PAD-Feld wird verwendet, um den Ethernet-Frame auf die erforderliche Minimalgröße von 64 Byte zu bringen Präambel und SFD (8 Bytes) werden bei Mindestlänge des Frames nicht mitgezählt PAD-Feld wird somit erforderlich, bei Nutzdaten mit weniger als 46 bzw. 42 Bytes (ohne bzw. mit 802.1Q-VLAN-Tag) FCS (Frame Check Sequence) stellt eine 32-Bit-CRC-Prüfsumme dar wird über den eigentlichen Frame berechnet, beginnend mit der Ziel-MAC-Adresse und endend mit dem PAD-Feld 10

11 Ethernet-Frame: Länge Broadcast 11

12 Nutzsignal Kollisionssignal Quellstation muss noch beim Senden sein, wenn ein Kollisionssignal ankommt! um Kollisionen festzustellen und entsprechende Sendewiederholungen zu initiieren müssen Datenframes abhängig von der Leitungslänge eine bestimmte Mindestlänge haben diese ergibt sich aus physikalischer Signalausbreitungsgeschwindigkeit und Übertragungsrate bei einer Übertragungsrate von 10 Mbit/s und einer maximalen Entfernung von 2,5 km zwischen zwei Stationen ist eine Mindestlänge von 64 Byte (14 Byte Header, 46 Byte Nutzdaten, 4 Byte CRC) vorgeschrieben kleinere Datenframes müssen entsprechend aufgefüllt werden für eine Übertragungsrate mit 100 Mbit/s ist eine maximale Segmentlänge von 100 m und vier Repeater erlaubt damit können zwei Stationen bis zu einer Distanz von 500 m direkt verbunden werden ab Gigabit Ethernet (1.000 Mbit/s) ist eine minimale Framegröße von 520 Byte vorgeschrieben um noch eine sinnvolle physische Netzwerkgröße zu erlauben 12

13 02:11:1d:ae:34:2b 08:00:20:ae:fd:7e 09:00:31:ae:fd:5d MAC-Adresse (Media-Access-Control-Adresse) ist die Hardware-Adresse jedes einzelnen Netzwerkadapters, die zur eindeutigen Identifizierung des Geräts in einem Rechnernetz dient um die Sicherungsschicht mit der Vermittlungsschicht zu verbinden, wird zum Beispiel bei Ethernet das Address Resolution Protocol (ARP) verwendet Netzwerkgeräte brauchen dann eine MAC-Adresse, wenn sie auf Schicht 2 explizit adressiert werden sollen, um Dienste auf höheren Schichten anzubieten leitet das Gerät wie ein Repeater oder Hub die Netzwerkpakete nur weiter, ist es auf der Sicherungsschicht nicht sichtbar und braucht folglich keine MAC-Adresse Bridges und Switches untersuchen zwar die Pakete der Sicherungsschicht, nehmen aber selbst nicht aktiv an der Kommunikation teil, brauchen also für diese Basisfunktionen ebenfalls keine MAC-Adresse ein Switch benötigt aber eine MAC-Adresse, wenn er selbst über das Rechnernetz administriert wird oder Monitoring-Dienste anbietet (zum Beispiel über Telnet, SNMP oder HTTP) 13

14 Ethernet Punkt-zu-Punkt-Protokolle Internet Modem Modem Provider der größte Teil des Internets beruht auf Punkt-zu-Punkt-Verbindungen Verbindungen im WAN zwischen Routern / Heimanbindung über Modem und Telefonleitung SLIP (serial line IP, RFC 1055) keine Fehlererkennung, keine dynamische Adresszuweisung, keine Authentifizierung, keine Komprimierung, kein Protokoll- Typenfeld dient ausschließlich zur Übertragung von IP-Paketen Übertragungsformat SLIP überträgt ein IP-Paket, in dem das Steuerzeichen END angehängt wird IP-Paket END Markierung des Endes ist die einzige Funktion des Protokolls Quelle: Karl-Heinz Lohre, Einfache Protokolle 14

15 Um Verwechslungen von Bitkombinationen im IP-Teil mit dem END- Zeichen zu vermeiden, werden zur Schaffung von Transparenz weitere Steuerzeichen definiert: Steuerzeichen Oktal Binär END ESC ESC_END ESC_ESC Transparenz wird durch Byte-Stuffing erreicht: Sender ersetzt Zeichen 300oct im IP-Paket durch ESC ESC_END und Zeichen 333oct durch ESC ESC_ESC Empfänger ersetzt entsprechend umgekehrt Empfänger wertet ESC, welches weder von ESC_END noch von ESC_ESC gefolgt wird, als Protokollfehler Quelle: Karl-Heinz Lohre, Einfache Protokolle Beschreiben Sie die das Point-to-Point Protokoll hinsichtlich: Aufgabe von PPP Wie ist der Frame von PPP aufgebaut? Welche Unterprotokolle besitzt PPP (Name, Aufgabe)? Wie sieht eine typische Kommunikation zwischen zwei Endpunkten aus (Ablauf)? Mail an 15