Rechnernetze 2. Grundlagen

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1 Rechnernetze 2. Grundlagen Typische Topologien Dedizierte Leitungen Bus Zugangsverfahren Kollisionsfreier Zugang Kollisionserkennung Multicast & Broadcast Eigenschaftsgarantien Zugangsverfahren Ethernet Direkte Kommunikation zwischen zwei Knoten Routing Multicast/Broadcast? Eigenschaftsgarantien Topologie (c) Peter Sturm, Universität Trier 1

2 Busse Problem Paralleler Zugriff Kollision Signalüberlagerung Nachricht unlesbar (c) Peter Sturm, Universität Trier 2

3 Zugangsverfahren für Busse Kollisionen prinzipiell ausschließen Trennung trotz gemeinsamen Mediums Arbitrierung Kollisionen auflösen Optimistischer Ansatz Keine Fairness Trennungsverfahren Frequenz Zeit Code (c) Peter Sturm, Universität Trier 3

4 FDMA FDMA Frequency Division Multiple Access Frequenzzuordnung z.b. in einer Initialisierungsphase Ausgangspunkt für viele mobile Netze (Mobilfunk, WLAN, ) Frequenzmodulation (c) Peter Sturm, Universität Trier 4

5 TDMA A B C D A B C D A B Zeit TDMA Time Division Multiple Access Synchron, z.b. Bluetooth Asynchron (Kontrolliert) Token- basierte Verfahren auf Bussen CDMA CDMA Code Division Multiple Access Spread- Spectrum Signalmodulation basierend auf Folge von Pseudozufallszahlen Beispiel UMTS (c) Peter Sturm, Universität Trier 5

6 CSMA Listen before talk Medium wird vor dem Senden abgehört Reaktion auf belegtes Medium Nonpersistent: Zufallszeit warten und erneut probieren 1- persistent: Abhören bis Medium frei, dann senden P- persistent Abhören bis Medium frei Mit Wahrscheinlichkeit p sofort senden Mit Wahrscheinlichkeit (1- p) Zufallszeit warten CSMA/CD Listen while talk Auch während Senden Medium beobachten Bei Fehler sofortiger Abbruch (siehe Menschen) Erfordert gleichzeitige Sende- und Empfangsmöglichkeit In funkbasierten Systemen häufig nicht gegeben (c) Peter Sturm, Universität Trier 6

7 Dedizierte Leitungen Möglichkeiten Rechnernetz = Graph Knoten = Rechner Kanten = Kommunikationsverbindungen zwischen Rechnern Exklusive Nutzung des Links Gleichzeitig in beide Richtungen (Voll- Duplex) Jeweils in eine Richtung (Halb- Duplex) Routing Weiterleitung einer Nachricht zum Ziel Mehrere Zwischenhops (c) Peter Sturm, Universität Trier 7

8 Ordnung und Chaos Irregulär Beliebige Graphen Regulär Ring Stern Baum Hypercubes (c) Peter Sturm, Universität Trier 8

9 Einfach Inkrementell erweiterbar Knotenausfälle? Multicast- und Broadcast- fähig Obere Schranken für Nachrichtenlaufzeit garantierte Bandbreite Bekannte Vertreter Token- Ring Slotted- Ring FDDI Ringe Einfache Struktur Zentrale Leistungsengpaß und SPOF Eigenschaften? Multicast, Broadcast, Laufzeit,... Geswitchte Ethernet- LANs (c) Peter Sturm, Universität Trier 9

10 Ethernet- Switching Kreuzverschaltung von n Ports Crossbar- Switch Ab 1 GBit Ethernet zwingend notwendig Port = Einzelne Station Segment Weitergabe von Frames Store- and- Foreward Cut- Through P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 P1 P2 P3 P4 P5 P6 P7 P8 Gitter, Würfel, Torus, Baum... Reguläre Strukturen Günstige Eigenschaften Redundante Wege Nachrichtenlaufzeiten Multicast und Broadcast Meist in IN und LAN Beispiel Hypercube Typische Struktur im Bereich Parallelrechner (c) Peter Sturm, Universität Trier 10

11 Beispiel Hypercube Reguläre Struktur = Deterministisch Routing Einfaches Schema bei geeigneter Wahl der Rechneradressen Obere Schranke für die Hop- Anzahl Zuverlässigkeit Redundante Wege Einfacher Auoau Logarithmische Kantenanzahl pro Knoten Routing innerhalb eines Netzes 00 X- 10 Beispiel Hypercube Geeignete Wahl der Knotenadressen Routing Vergleich der binären Adressen Anzahl ungleicher Bits reduzieren Redundante Wege X X 01 X X- X- - - X X X X- - X X (c) Peter Sturm, Universität Trier 11

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