Netzwerk / Verkabelung

Transkript

1 Netzwerk / Verkabelung

2 Netzwerk / Verkabelung Die einfachste Art zwei Rechner miteinander zu verbinden. Vorteil: - Jeder Rechner kann vollkommen unabhängig mit jedem anderen Rechner kommunizieren. Nachteil: - Durch die vollständige Vermaschung nimmt die Anzahl der Verbindungen enorm zu.

3 Netzwerk / Verkabelung Anzahl der Verbindungen = 1 /2 * n * (n-1)

4 Netzwerk / Verkabelung Bei lokalen Netzen gibt es drei wesentliche Unterscheidungsmerkmale Übertragungsmedien, Topologie und Zugriffsverfahren.

5 Übertragungsmedium Übertragung ist im OSI-Schichtenmodell in Schicht 1 und 2 (Bitbertragungsschicht, Sicherungsschicht) und TCP/IP-Schichtenmodell in Schicht 1 (Verbindungsschicht) angesiedelt. Voraussetzung ist eine physikalische Verbindung zwischen den miteinander kommunizierenden Geräten. Elektrische Übertragungsmedien - elektrische Kabel (Kupfer) - Fernmeldeleitung - Koaxialkabel -Twisted Pair Kabel - optische Leiter (Lichtwellenleiter) - kabellose Leiter (wireless)

6 Übertragungsmedien IBM Typ 1 STP (shielded twisted Pair), 2 Adernpaare, 150 Ohm, 16 MHz Twinax Besteht aus einem paar verdrillten Kuperadern in einem Dielektrikum und einer Schirmung, IBM für 5250 Terminals und Drucker zur Anbindung an IBM Midrage Hosts (AS 400, S/36) genutzt.

7 Übertragungsmedien Koaxkabel - 10Base5 (10 Mbit/s, 500m) - RG 8 Thick Ethernet oder Yellow Cable - Leitungswiderstand 50 Ohm - max. Länge 500 m pro Segment - mind. Abstand der Anschlüsse 2,5 m Regel - Max. 5 Segmente - Max. 4 Repeater - Max. 3 Segmente mit Rechner-Anschlüssen 10Base2 (10 Mbit/s, 185m) - RG 58 Thin - Leitungswiderstand 50 Ohm - max. Länge 185 m pro Segment - max. 30 Anschlüsse pro Segment - mind. Abstand der Anschlüsse 0,5 m Regel - wie vor

8 Übertragungsmedien Twisted Pair Twisted Pair steht für Kupferkabel mit gekreuzten, verdrillten bzw. verseilten Adernpaaren. Mechanischer Aufbau - Verseilung / Verdrillung - mindert störende Einflüsse von außen auf mag. Wechselfelder - Das Übersprechen zwischen benachbarten Adernpaaren innerhalb des Kabels wird reduziert - Abschirmung - Abschirmung aus Aluminiumfolie oder Drahtgeflecht - Drahtgeflecht gegen niederfrequente Felder (50 Hz), Bedeckungsgrad mind. 30% - Die Kombination aus Geflecht- und Folienschirm ist effektiver.

9 Übertragungsmedien Twisted Pair Die Kabel sind genormt und in verschiedne Klassen und Kategorien eingeteilt. Jede Kategorie deckt verschiedene Anforderungsprofile mit bestimmten Qualitätsvorgaben ab. Kabeltyp XX/YZZ XX steht für - U = ohne Schirm - F = Folienschirm - S = Geflechtschirm - SF = Geflecht- und Folienschirm Y steht für - U = ohne Schirm - F = Folienschirm - S = Geflechtschirm ZZ steht für - TP = Twisted Pair

10 Übertragungsmedien Twisted Pair EIA / TIA: Dachverband der für die Standards der Gebäudeverkabelung zuständig ist. EIA/TIA 568 ist die erste Norm für die strukturierte Verkabelung EN und ISO/IEC haben im Wesentlichen den gleiche Inhalt. Die EN ist die europäische Norm, während die ISO/IEC weltweit verwendet wird.

11 Übertragungsmedien Lichtwellenleiter Singlemode-Faser - Durchmesser so stark reduziert, dass sich das Glas wie ein Wellenleiter verhält. - Licht breitet sich geradlinig ohne Aufprall auf die Grenzfläche aus - Höhere Kosten wie Multimode-Fasern - Entfernungen >100 km - Bis zu ca. 50 GBit/s

12 Übertragungsmedien Lichtwellenleiter Multimode-Faser - Aufgrund der möglichen Lichtwege kommt es zu Signalbeeinflussungen (Laufzeitunterschieden) - Optische Dichte nimmt im Kern der Faser zu (Gradientenindex Profil) - Typische Durchmesser 62,5 oder 50 µm - Übertragungsreichweite abhängig von der Datenrate, der genutzten Wellenlänge (850 nm oder 1300 nm), bei 10 und 100 MBit/s bis zu 200 m Stufenindexfaser Gradientenfaser Die Moden (Lichtwellen) breiten sich mit unterschiedlichen Winkeln aus Brechungsindex parabolisch

13 Übertragungsmedien Kerngrößen der elektrischen Übertragungsmedien Impedanz (Wellenwiderstand, Rückflussdämpfung) - Beschreibt den Widerstand der Leitung auf eine elektrom. Welle - Unabhängig von der Kabellänge - Bestimmt durch die Kabelkonstruktion - Geometrie des Kabels darf nicht verändert werden. Dämpfung - Beschreibt die Ausdehnung des Signals bei 20 C, 100 m - Welcher Wert bleibt am Ende des Signals noch übrig - Je geringer die Dämpfung umso besser - Abhängig von der Kabelsorte, Fehlanpassung (Stoßstellen, Knicken), Anzahl und Art der Stecker und Kupplungen, Länge des Kabels Übersprechen (Crosstalk) - Abstrahlung der elektrom. Abstrahlung eines Signals auf parallel geführte Leitungen - Verdrillung wird der Eigenschaft entgegen Nahnebensprechdämpfung (Near end crosstalk, NEXT, Querdämpfung) - Maß für die Unterdrückung des Übersprechens zwischen 2 benachbarten Aderpaaren am Ende/Anfang des Kabels ACR (Attenuation to Crosstalk Radio) - Verhältnis zwischen Nahnebensprechen und der Dämpfung, Wert Dämpfung = Empfänger kann Nutzsignal nicht von Störsignalen unterscheiden Laufzeitdifferenz - Unterschied zwischen Signallaufzeiten in den einzelnen Paaren des Kabels

14 Übertragungsmedien Messbericht Glasfaser Wellen (nm) = Wellenlänge des Lichtes Index = Brechungsindex Kabel (Faser) Reflektion eines Steckers

15 Topologien Für den Aufbau eines lokalen Netzes haben sich verschiedene Grundformen ausgeprägt sogenannte Netztopologien. - Sterntopologie - Bustopologie - Ringtopologie - Baumtopologie

16 Topologien Sterntopologie - Alle Stationen senden ihre Nachrichten in Richtung eines zentralen Umsetzers und von diesem zu den Zielstationen - Zentrale Verteiler HUB, Switch (passiv, aktiv (verstärken das Eingangssignal)) Vorteile - Hohe Verlässlichkeit, weniger Ausfälle - Höhere Geschwindigkeiten im Netzwerk (bis zu 1000Mbit/s) - Fehler können schneller gefunden werden - Ausfall eines PC legt nicht das ganze Netzwerk lahm - Möglichkeit andere Topologien nachbilden zu können - Leichte Wartbarkeit Nachteile - Es werden mehr Verbindungskabel benötigt - Jeder Rechner muss über einen Switch bzw. Hub verbunden werden

17 Topologien Bustopologie - Nachrichten werden über ein Kabel in alle Richtungen versandt - Jede Station erkennt an der Adressierung, ob das Paket für ihn bestimmt ist. - Technik hatte in der Vergangenheit einen großen Marktanteil - Bussystem ist leicht erweiterbar

18 Topologien Ringtopologie - Alle Stationen werden in einer Reihe aufgebaut und verschaltet und der erste und letzte Rechner wird miteinander verbunden - Nachrichtentransport in einer bestimmten Richtung - Um Umlaufzeiten klein zu halten ist die Anzahl der Stationen nicht zu groß zu wählen - Grundsätzliches Problem der Ringtopologie ist der Ausfall eines Rechners oder einer Verbindungsstrecke - Problem kann durch den Einsatz eines Doppelrings gelöst werden. - Beispiel für ein Ring-Netz ist der Token Ring von IBM

19 Topologien Baumtopologie - Zusammenfassung mehrer Stern-Topologien zu einem Baum - Einsatz häufig bei großen Gebäudeverkabelungen Vorteil - Ausfälle einzelner Endgeräte haben keine Konsequenzen - Strukturelle Erweiterbarkeit - Große Entfernungen realisierbar (Kombination unterschiedlicher Übertragungsmedien) Nachteil - Bei Ausfall eines Verteilers ist der ganze davon ausgehende (Unter-)Baum des Verteilers tot - Zur Wurzel kann es aufgrund der Struktur bei sehr großem Datendurchsatz zu Engpässen kommen.

20 Topologien Strukturen der Gebäudeverkabelung - Die Netztechnik hat sich an eine genormte Verkabelung anzupassen. - Jeder Arbeitsplatz bekommt automatisch eine Datennetzdose ggfs. auch mehrere über die andere Dienste wie Telefon realisiert werden. Das bringt anfangs zwar höhere Investitionskosten, ist aber zukunftssicher. Fehler wirken sich nur lokal aus, denn jeder Anschluß hat sein eigenes Kabel. Wesentlichen Normen, die für bestimmte geographische Regionen von Bedeutung sind: - EN (1995): Informationstechnik: Anwendungsneutrale Verkabelungssysteme - ISO/IEC (1995): Generic cabling for customer premises - EIA/TIA 568 A/B (1994): Commercial building telecommunications cabling standard

21 Topologien Strukturen der Gebäudeverkabelung In der EN wird ebenso wie in der ISO/IEC die Gebäudeverkabelung in vier Bereiche eingeteilt. - Primär- oder Campusbereich für die Verbindung der Gebäude eines Standortes untereinander, - Sekundär- oder Steigbereich für die Verbindung der einzelnen Etagen eines Gebäudes, - Tertiär- oder Horizontalbereich für die Verbindung der Anschlußeinheiten wie die Wanddose mit dem Etagenverteiler und - Arbeitsplatzbereich für den Anschluß der Endgeräte an die Anschlußeinheiten.

22 Topologien Strukturen der Gebäudeverkabelung

23 Zugriffsverfahren Jedes Netz nutzt physikalische Verbindungswege (Kanäle) über welche die einzelnen Stationen miteinander kommunizieren. Die Art und Weise, wie die einzelnen Stationen diese Kanäle nutzen und belegen hängt vom jeweiligen Zugriffsverfahren ab. - Token Ring - CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection)

24 Zugriffsverfahren Token Ring Spezifikation nach IEEE Lange Zeit Standard bei Netzwerken von IBM Grundprinzip ist die kollisionsfreie Übertragung von Datenpaketen Geschwindigkeit von 4 bis 16 Mbit/s Monitorstation als Steuerungsorgan, diese muss nicht zwingend Server sein, es kann auch eine normale Workstation sein. Die max. Übertragungszeit steigt mit der Anzahl der Stationen

25 Zugriffsverfahren Token Ring - Das Token wird immer von einem Knoten an den nächsten weitergereicht. Selbst im Leerlauf geben die Stationen dieses fortwährend weiter. - Möchte ein Host Daten senden, wartet er auf das Token und hängt seine Nutzdaten daran und ergänzt weitere Steuersignale. Das Tokenbit wird von 0 auf 1 gesetzt. Aus dem freien Token wird ein Datenrahmen. - Der Datenrahmen wird wieder auf den Ring gesetzt, und das Token bzw. der Datenrahmen wird an die Knoten weitergereicht. - Jeder Rechner prüft, ob das Paket für ihn bestimmt ist und setzt es anderenfalls wieder auf den Ring - Ist der Host der vorgesehene Empfänger, so kopiert er die Nutzdaten und quittiert den Datenempfang. - Der Sender erhält die Quittung und sendet den Token mit den nächsten - Nutzdaten oder setzt ein Frei-Token auf den Ring. - Ein Sender darf das Token nur für eine bestimmte Zeit für sich in Anspruch nehmen.

26 Zugriffsverfahren Token Ring Fehler Verlust des Tokens: Nach Ablauf einer Kontrollzeit erzeugt die Monitorstation ein neues Freies Token Endlos kreisende Pakete: Durch Ausfall einer Station, Monitorstation fügt ein M-Bit hinzu, wenn das Token wieder bei der Monitorstation vorbei kommt ohne das der Empfänger es vom Netz genommen hat. Vernichtet die Monitorstation das Token und erzeugt ein Frei Token Doppeltes Token: Sendestation bricht ab, sobald ein fremdadressiertes Token vorhanden ist. Ausfall der Monitorstation: Die verbleibenden Stationen handeln untereinander einen neuen Monitor aus Ausfall einer Netzschnittstelle. Wenn ein Ringleitungsverteiler eingesetzt wird, überbrückt dieser die betroffene Stelle

27 Zugriffsverfahren CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection Spezifikation nach IEEE Dezentrales Verfahren um Zugriffsrechte nach dem Konkurrenzverfahren auf Medien zu erlagen Carrier Sense steht für Überwachung des Trägerkanals Teilnehmer beobachten den Status der Busleitung Senden ihre Nachrichten nur wenn gerade kein anderer sendet Kanal frei Wesentlich in einem lokalen Netzwerk auf denen mehrere Rechner Daten übertragen wollen ist, festzulegen wann wer senden darf. Wenn unterschiedliche Sendestationen auf ein um dem selben Medium senden möchten besteht die Gefahr, dass sich bei gleichzeitigem Sendebetrieb die beiden Signale überlagern und somit stören.

28 Zugriffsverfahren CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection Kollisionen werden als Überlagerung (Addition der Spannungspegel) von Rechnern erkannt. Wartezeit = ZZ * T ZZ = Zufallszahl aus [0 < ZZ < 2 n ] n T = Anzahl Wiederholungen des gleichen Blocks, max. 10 = Slot Time (doppelte max. Signallaufzeit des Übertragungsmedium)