Übersicht. 1. Einleitung. 2. Ethernet. 3. Fast Ethernet. 4. Gigabit Ethernet. 5. Zusammenfassung. Ethernet 1

Transkript

1 Übersicht 1. Einleitung 2. Ethernet 3. Fast Ethernet 4. Gigabit Ethernet 5. Zusammenfassung Ethernet 1

2 1. Kapitel 1. Einleitung 2. Ethernet 3. Fast Ethernet 4. Gigabit Ethernet 5. Zusammenfassung Ethernet 2

3 Einleitung Netzwerk: modulares, erweiterbares und anpassungsfähiges System Local Area Network (LAN) Woher der Name Ethernet? Ethernet 3

4 Warum heißt es Ethernet? Ursprünglicher Name: Alto Aloha Network (1972) Erfinder Metcalfe bei Xerox Äther zum Transport von Bits Ethernet 4

5 Begriffe/Glossar LAN = Local Area Network MAC = media access control TCP/IP = Transmission Control Protocol / Internet Protocol IEEE = Institute of Electrical and Electronic Engineers CSMA/CD = Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection RSVP = Resource Reservation Management Protocol Ethernet 5

7 Ethernet Geschwindigkeit der Datenübertragung: 10 Mbit/s Kabelvarianten: Thick-Ethernet Thin-Ethernet Koaxialkabel 10Base-T-Ethernet (Twisted-Pair) Längenbeschränkungen Ethernet 7

8 Verschiedene Kabeltypen Ethernet 8

9 Koaxialkabel Ethernet 9

10 Thick-Ethernet-Kabel 10Base5-Koax / Yellow-Cable Ethernet 10

11 Aufbau von Thick-Ethernet-LANs Wichtig: 50 Ω Abschlusswiderstand max. 500 m Länge Wichtig: 50 Ω Abschlusswiderstand mind. 2,5 m TCR TCR TCR TCR TCR max. 50 m DEC SUN UNIX AIX TCR: Transceiver File- Server Ethernet 11

12 Transceiver Kombination aus Transmitter (Sender) und Receiver (Empfänger) und bedeutet soviel wie Sende- und Empfangseinheit. mechanisch-elektrische Ankopplung eines Transceivers über einen TAP-Anschluss Die Anbringung eines Transceivers kann während des Netzwerkbetriebes erfolgen. Ethernet 12

13 Aufgaben des Transceivers Weiterleitung von kodierten bitseriellen Datenströmen auf das Koaxialkabel Gewährleistung einer repeaterfreien Signalisierung bis zu einer Übertragungsstecke von 500 m Empfangen von bitseriellen Datenströmen vom Koaxialkabel Kollisionserkennung Carrier Sense Unterstützung einer Datenrate von 10 Mbit/s Ethernet 13

14 Netzwerkadapter Station im lokalen Netzwerk Kommunikationssoftware für untere OSI-Transportschichten Protokollsoftware auf Netzwerk- Controller implementiert, um Workstation zu entlasten Ethernet 14

15 Thin-Ethernet-Kabel 10Base2-Koax Ethernet 15

16 Aufbau von Thin-Ethernet-LANs aka Cheapernet verwendet das CSMA/CD-Zugriffsverfahren 50 Ω Abschlusswiderstand mind. 0,5 m 50 Ω Abschlusswiderstand File- Server Ethernet 16

17 Kollisionen Wenn zwei Bits sich gleichzeitig in einem Netzwerk bewegen, kann es zu einer Kollision kommen Schwerwiegende Probleme können aufgrund von zu viel Datenverkehr auf einem Netzwerk auftreten Ethernet 17

18 Kollisionen Beide Pakete werden Bit für Bit zerstört Verfahren zur Handhabung der Konkurrenz um das Medium nötig Das digitale System kann nur zwischen zwei Zuständen für Spannung, Licht oder elektromagnetische Wellen unterscheiden. Bei einer Kollision tritt Interferenz zwischen den Signalen auf, d. h. sie kollidieren miteinander. Ethernet 18

19 Kollisionsdomäne In der Realität befinden sich niemals zwei einzelne Bits auf einem Draht, sondern immer Pakete aus vielen Bits. Bei Ethernet kann sich immer nur ein Datenpaket in der Leitung befinden. Der Netzwerkbereich, aus dem die Datenpakete stammen und in dem die Kollision stattfindet, wird mit Kollisionsdomäne bezeichnet. Ethernet 19

20 Kollisionsbehandlung mittels CSMA/CD-Methode sendewillige Station überwacht Bus Bus frei: Übertragung beginnt (jedoch frühestens 9,6 µs (interframe) nach Freiwerden). Bus belegt: Bus wird weiter überwacht bis nicht mehr als belegt erkannt, wenn wieder frei -> Übertragung beginnt. Während der Übertragung wird der Bus weiter abgehört Senden zwei Stationen gleichzeitig, tritt eine Kollision auf 1. Übertragung wird sofort abgebrochen und ein spezielles Störsignal (jamming signal) auf den Bus geschickt 2. Nach Aussenden des Störsignals wird eine bestimmte Zeit (Backoff) gewartet -> maximal 16 Sendeversuche (backoff limit) Ethernet 20

21 = Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSMA/CD-Zugriffsverfahren Station sendebereit Kanal abhören (1) Kanal frei (2) Daten senden und Kanal abhören (4) neuer Versuch Kanal besetzt (3) bei Kollision (6) Warten gemäß Backoff-Strategie Störsignal senden (5) keine Kollision Sendevorgang abgeschlossen Ethernet 21

22 Repeater Verstärkung und Synchronisation von Netzwerksignalen auf Bit-Ebene als Singleport-Repeater reine Ein- oder Ausgangsgeräte Repeater werden im ISO/OSI- Referenzmodell der Schicht 1 zugeordnet Ethernet 22

23 Aufbau von 10Base-T LANs Concentrator/Hub RJ-45 Anschluss Twisted Pair Ethernet 23

24 UTP Ethernet 24

25 Twisted-Pair-Stecker RJ45- Stecker Verdrillte Kabel (twisted) Ethernet 25

26 STP Ethernet 26

27 Glasfaserkabel Ethernet 27

28 Ethernet-Längenrestriktionen Kabelbezeichnung 10Base5-Koaxkabel 10Base2-Koaxkabel 10BaseT-Twisted-Pair 10BaseF-Glasfaser max. Segmentlänge 500 m 185 m 100 m 2000 m Ethernet 28

29 Concentrator/Hub Hub, auch Multiport- Repeater genannt Verstärkung und Synchronisation von Netzwerksignalen für viele Benutzer (Konzentration) Ethernet 29

30 Ethernet Frame Format bytes min. 64 bytes Präambel Zieladresse Quelladresse Länge Protokol Header, Daten und Pad IEEE Frame Präambel: Muster: dienen zur Taktsynchronisation des Empfängers Pad: 1 oder 0 byte zum Auffüllen auf gerade Anzahl bytes Ethernet 30

31 Ethernet Frame Format IEEE Ethernet DIX Ethernet (II) Bytes min. 64 k Präambel Zieladresse Quelladresse Länge Protokol Header, Daten und Pad Bytes IEEE Frame Präambel Zieladresse Quelladresse Typ Protokol Header, Daten und Pad DIX Ethernet Frame Ethernet 31

33 Fast Ethernet 100 Mbit/s (statt 10 Mbit/s) Kabelvarianten: Twisted-Pair-Kabel Glasfaserkabel Längenrestriktionen sternförmige Verkabelung Kompatibilität Ethernet Fast Ethernet Ethernet 33

34 Fast Ethernet 100Base-T kann einfach und schnell in bestehende 10Base-T-Umgebungen eingefügt werden automatische Erkennung der Netzwerkgeschwindigkeit durch Auto- Negotiation (aka NWay) max. 2 Repeater zwischen Sendestationen und Empfängerstation Ethernet 34

35 Fast Ethernet Kabel Kabeltyp 100Base-TX 100Base-T4 max. Segmentlänge 100 m 100 m Verkabelung 2-paarig (Cat. 5) UTP/STP 4-paarig (Cat. 3, 4, 5) UTP 100Base-FX 400 m Glasfaser Ethernet 35

36 Kompatibilität Ethernet Fast-Ethernet Anwendung Management CSMA/CD AUI Interface keine Änderung Anwendung Management CSMA/CD MII Interface Thick Koax 10Base5 Glasfaser 10Base-F Thin Koax 10Base2 2-Paar Cat. 3, 4, 5 UTP 10Base-T Glasfaser 100Base-FX 2-Paar Cat. 5 UTP/STP 100Base-TX 4-Paar Cat. 3, 4, 5 UTP/STP 100Base-TX Ethernet 36

38 Gigabit Ethernet Ethernet 38

39 Gigabit Ethernet Gigabit Ethernet Standard IEEE 802.3z erlaubt half- und full-duplex Operationen bei 1000 Mbit/s verwendet das Ethernet Frame Format CSMA/CD-Zugriffsverfahren ist half-duplex abwärtskompatibel zu 10Base-T und 100Base-T Ethernet 39

40 = Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSMA/CD-Zugriffsverfahren Station sendebereit Kanal abhören (1) Kanal frei (2) Daten senden und Kanal abhören (4) neuer Versuch Kanal besetzt (3) bei Kollision (6) Warten gemäß Backoff-Strategie Störsignal senden (5) keine Kollision Sendevorgang abgeschlossen Ethernet 40

41 Kollisionsbehandlung Jede Station muss eine Kollision beim Aussenden des kleinsten Paketes erkennen. Die benötigte Zeit, um von einem Netzwerk- Ende bis zum anderen Netzwerk-Ende und zurück zu gelangen, nennt man die Signallaufzeit (Round Trip Delay). Die Signallaufzeit ist von der Paketgröße und von der Übertragungsgeschwindigkeit abhängig. Ethernet 41

42 Problem: Kollisionserkennung Die maximale Signallaufzeit von Gigabit Ethernet schränkt die Ausdehnung des Netzes auf 10 Meter ein, wenn Kollisionserkennung noch möglich sein soll Ethernet 42

43 Lösung: Frame Extensions (auch Carrier Extensions) jede Station sendet solange, bis an jeder Stelle des Netzwerksegments ausreichend Bits angekommen sind wenn ein Datenpaket kleiner als 512 byte ist, werden einfach unsinnige Daten übertragen, die bereits nicht mehr zum ursprünglichen Datenpaket gehören: Frame Extensions (auch Carrier Extensions) sind spezielle Symbole, die nicht mit Daten oder mit Frame-Informationen verwechselt werden können. Ethernet 43

44 Burst Frames ermöglichen dem Gigabit Ethernet Standard bei 1000 Mbit/s im Half- Duplex-Modus einer Station mehrere Frames zu verketten Ethernet 44

45 Full Duplex Mode je 1 Paar zum Senden und Empfangen Kein Carrier Sense notwendig Kollisionserkennung nicht notwendig Ethernet 45

46 Gigabit Media Independant Interface (GMII) Definiert zwischen Media Access Controller (MAC) und Physical Layer (PHY) neue Schnittstelle: Anschluss von Mbit/s Ethernet Automatische Erkennung des Mediums Austausch von Daten der aktuellen Verbindung Ethernet 46

47 Aufbau von Gigabit Ethernet-LANs z. B. 10/100 Mbit über 1000 Mbit-Uplink Ethernet 47

48 Router überprüft eingehende Datenpakete wählt besten Pfad innerhalb des Netzwerks leitet sie zum korrekten Ausgangs-Port weiter. wichtigste Geräte zur Regulierung des Datenverkehrs in großen Netzwerken ermöglicht Computern weltweite Kommunikation Ethernet 48

50 Vorteile des Gigabit Ethernet Optimale Lösung für hohe Leistungen bei geringen Kosten Kompatibilität zu Ethernet und Fast Ethernet Investitionsschutz für Komponenten, Betriebssysteme und Anwendungen Zuverlässigkeit und Skalierbarkeit IP-Switching Quality of Service (QoS) / Class of Service Ethernet 50

51 QoS des Gigabit Ethernet Quality of Service (QoS) / Class of Service: Resource Reservation Protocol (RSVP) IEEE 802.1p Priority Functions IEEE 802.3x Flusskontrolle auf der Verbindungsebene Prioritätssteuerung für IP-Datenströme Ethernet 51

52 Ausblick 10 Gigabit Ethernet = Mbit/s Warum? Ethernet 52

53 10 Gigabit Ethernet Weil man niemals zu reich oder zu dünn sein oder zu viel Bandbreite haben kann (Som Sikdar, CTO von ncore Networks) Datenverkehr zwischen 1990 und 1998 um Faktor 400 gestiegen 1000-facher Datenverkehr erwartet Ethernet 53

54 10 Gigabit Ethernet Vorbereitung auf Multi-Gigabit-Netze bereits in diesem Jahr erste Tests von 10 Gigabit Ethernet in den kommenden 8 Monaten Voraussichtlich bereits 2001 auf dem Markt IEEE 802.5ae Ethernet 54

55 Ende Danke! Ethernet 55

56 Noch Fragen? Ethernet 56

57 I. Anhang 1. Einleitung 2. Ethernet 3. Fast Ethernet 4. Gigabit Ethernet 5. Zusammenfassung I. Vergleiche Ethernet 57

58 Nachteile des Gigabit Ethernet Nachteile reine LAN-Technologie nicht besonders attraktiv für vehemente Token-Ring-Anwender Ethernet 58

59 FDDI-LANs FDDI = Fibre Distributed Data Interface Token Ring mit 100Mbit/s entwickelt für hohe Bandbreite und reines Glasfasersystem mittlerweile auch UTP möglich (aber mit geringerer Längenausdehnung) auf 100 km bis zu 500 Stationen möglich max. Entfernung zweier Stationen: 2 km häufiger Einsatz in leistungsfähigen Backbones (UTP/STP) Ethernet 59

60 Konzeption des FDDI-LANs Zur Überbrückung von Leistungsfehlern aus zwei Ringen konzipiert Primärring Sekundärring als Backup-Ring oder zur Kapazitätssteigerung (Dual-MAC) Ethernet 60

61 ATM ATM = Asynchronous Transfer Mode Vorteile ATM sehr gut für LAN- und WAN- Integration geeignet QoS qualifiziert ATM, Video, Sprache und Daten gleichzeitig zu übertragen Isochrone und Echtzeit-Kommunikation Ethernet 61

62 ATM Nachteile sehr komplex hoher Schulungsaufwand ATM muss sichtbar für Anwendungen werden z. Zt. geringes Interesse am Einsatz von Sprachübertragung über ATM im LAN Ethernet 62

63 Token Ring-LAN sternförmig IBM Token-Ring (IEEE 802.5) IBM-Verkabelungssystem unterschiedliche technische und physikalische Eigenschaften für vorgesehene Einsatzbereiche optimale Einsatzbedingungen gewährleisten einzelne Systeme über unterschiedl. Kabeltypen miteinander verknüpft und dazu noch unterschiedliche Steckdosen Ethernet 63

64 Beispiele für Token-Ring-LANs Beispiele bei IBM: IBM 3600/4700: Klinkenstecker IBM 5250: Twinax-Kabel mit Spezialsteckern 3270-Welt: Bildschirme und Drucker über BNC-Kabel angeschlossen 8100 oder 4300: Ringleitungssysteme mit Spezialsteckern Ethernet 64

65 Vergleichstabelle Funktionen Gigabit Ethernet Fast Ethernet ATM IP kompatibel Ja Ja RFC 1577 oder LANE; MPOA FDDI Ja, 802.1h Ethernet Pakete Quality of Service VLANs mit 802.1Q/p Ja Ja Ja, aber Änderungen in den Applikationen nötig Ja, mit RSVP und 802.1p Ja, mit RSVP und 802.1p Zuordnung von 802.1p zu SVC Ja Ja Benötigt Zuordnung von SVC zu 802.1Q Ja Ja, mit RSVP und 802.1p Ja Ethernet 65

66 Weitere Informationen ethernet/ethernet-guide.html ets/daniel_brushteyn/enet.html (CSMA/CD Simulation) Ethernet 66