Rechnernetze Übung 7. Frank Weinhold Professur VSR Fakultät für Informatik TU Chemnitz Juni 2012

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1 Rechnernetze Übung 7 Frank Weinhold Professur VSR Fakultät für Informatik TU Chemnitz Juni 2012

2 1 2 Hello Welche Probleme / Herausforderungen existieren in diesem Szenario? 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

3 Kontrolldaten Nutzdaten Anforderung 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

4 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

5 Anforderung Fehlerbehandlung: Kontrolldaten Länge Nutzdaten CRC Gewöhnlich werden fehlerhafte Pakete von Schicht 2-Protokollen verworfen! Anforderung: Media Access Control, es muss eine Reglung geben, die eine gemeinsame Nutzung des physikalischen Übertragungsmediums gewährleistet Geregelter Zugriff Konkurrierender Zugriff

6 Token-Ring 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%

7 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! Erst überprüfen, ob jemand anders sendet. (Listen Before Talk) Alle Teilnehmer sind gleichberechtigt. Erkennen von Kollisionen. (Listen While Talk)

8 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) 02:11:1d:ae:34:2b 08:00:20:ae:fd:7e MAC-Adresse Woher erhält ein Rechner seine MAC-Adresse? 09:00:31:ae:fd:5d

9 Ethernet PPP Internet Modem Modem Provider 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

10 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 Ethernet-Frame: Länge

11 Broadcast Nutzsignal Kollisionssignal Quellstation muss noch beim Senden sein, wenn ein Kollisionssignal ankommt!

12 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 Ethernet Punkt-zu-Punkt-Protokolle Internet Modem Modem Provider

13 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 PPP: Standardprotokoll für die Einwahl der Kunden beim Internetprovider Mit Fehlererkennung Verschiedene Unterprotokolle (Konfiguration, Authentifizierung, Kompression etc.) Z.B. Steuerprotokoll (LCP, Link Control Protocol) zum Verbindungsaufbau, Verbindungstest, Verbindungsverhandlung, Verbindungsabbau

14 Schicht 7 Schicht 6 Schicht 5 Schicht 4 Schicht 3 Schicht 2 Schicht 1 Repeater Switch Router Gateway

15 Schicht 7 Schicht 6 Schicht 5 Schicht 4 Schicht 3 Schicht 2 Schicht 1 Repeater Schicht 7 Schicht 6 Schicht 5 Schicht 4 Schicht 3 Schicht 2 Schicht 1 Kopplung physikalischer Medien durch Signalregeneration/-verstärkung empfängt Signal in Bitübertragungsschicht (Schicht 1), bereitet es auf und sendet es wieder aus Rauschen, Verzerrungen der Laufzeit (Jitter) und Pulsform werden entfernt keine Zwischenspeicherung keine Bearbeitung der Pakete

16 Einsatzbereich Verbindung von lokalen Netzen zur Erhöhung der räumlichen Ausdehnung Generierung mehrerer abgehender Signale an Verzweigungspunkten Vorteile einfache Technik, Kostengünstige Lösung keine Verarbeitung an den Daten, somit keine Beeinträchtigung der Geschwindigkeit extrem lange Netzwerkverbindungen sind möglich (z.b. Überseeleitungen) Nachteile keine Intelligenz alle Daten werden weitergeleitet keine Erhöhung der Netzkapazität durch Partitionierung Schicht 7 Schicht 6 Schicht 5 Schicht 4 Schicht 3 Schicht 2 Schicht 1 Switch/Bridge Schicht 7 Schicht 6 Schicht 5 Schicht 4 Schicht 3 Schicht 2 Schicht 1

17 Komponente zur Verbindung mehrerer Computer bzw. Netz-Segmente in lokalen Netzwerken Vorteile: keine Datenkollision kein Mithören von Datenpaketen Nachteile: Fehlersuche schwierig Single Point of Failure analysiert Netzverkehr und trifft logische Entscheidungen intelligenter Hub Ports können unabhängig voneinander Daten empfangen und senden verarbeitet bei Erhalt eines Pakets die MAC- Adresse und legt zusammen mit dem physikalischen Port einen Eintrag in der SAT (Source-Address-Table) an wenn Zieladresse noch unbekannt Weiterleitung an alle aktiven Ports

18 Motivation: Um die Funktion eines Switches besser zu verstehen, soll in dieser Übungsaufgabe eine einfache Switching-Engine realisiert werden. Der "Switch" besteht aus N Anschlüssen. Jeder Anschluss ist mit der Switching-Engine verbunden. Zur Vereinfachung gibt es maximal 255 Adressen, wobei die Adresse 255 als Broadcast-Adresse verwendet wird. Die Eingabe erfolgt per Kommandozeile. Es wird ein Paketkopf gelesen und entsprechend des Zustandes der Engine entschieden, auf welchen Anschluss das zugehörige Paket geschickt wird. Informationen, die an die Engine geliefert werden, sind Eingangsportnummer (1..N), Absenderadresse (1..255) und Zieladresse (1..255). Die Engine bestimmt daraufhin das Ziel und gibt diese Information aus. Mit der Eingabe von "a" wird die Ausgabe der Adresstabellen ausgelöst. Eine mögliche Beispielsitzung für einen 6-Port-Switch sähe so aus: switch< switch< switch> Ausgabe auf allen Ports switch> Ausgabe auf Port 6 switch< switch< switch> Ausgabe auf Port 1 switch> Ausgabe auf allen Ports switch< switch< a switch> Ausgabe auf Port 4 switch> switch< : switch> Ausgabe auf Port 1 2: 32 switch< : switch> Ausgabe auf Port 2 4: 5: 6:

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