Leitfaden für den Unterricht LEinstieg in die Kommunikation Das 1x1 der Netzwerktechnik geleitet Lehrer und Schüler von der einfachen Kommunikation zwischen zwei PCs zur Kommunikation in kleinen Netzen über Hubs oder Switches. Lehrer und Schüler werden anhand des mit Abbildungen illustrierten Textes durch die Themen geführt. Der Lehrer erhält die Abbildungen zusätzlich als Power Point-Präsentation. Der Lehrer sollte den kompletten Text gelesen und verstanden haben, bevor er mit dem Unterricht beginnt. Bei der direkten Kommunikation von PC zu PC lernt der Schüler, dass Hard- und Softwarebedingungen für eine erfolgreiche Kommunikation erfüllt sein müssen. Zur Hardware gehören: Netzwerkkarten und das gekreuzte Verbindungskabel. Zur Software gehören: Das Betriebssystem, z. B. Windows X und das Netzprotokoll, z.b. TCP/IP. 2 1x1_Networking by Cisco
Leitfaden für den Unterricht Im Skript sind mehrere Betriebssysteme dargestellt. In der Schulsituation wird man ein Betriebssystem installiert haben und an diesem die Kommunikation zeigen. Hier muss man zunächst einige Begriffe wie IP-Adresse und Subnetzmaske, als gegeben einführen, ohne auf das IP-Adressierungsschema zu diesem Zeitpunkt näher einzugehen; dies wird in einem späteren Kapitel ausführlich behandelt. TCP wird in seinen wesentlichen Grundfunktionen erklärt. Das Einrichten des TCP/IP-Protokolls geht den Schülern schnell von der Hand und der erste erfolgreiche Datentransfer motiviert die Schüler, das Netz zu erweitern und auszubauen. Die Zugehörigkeit zu einem Netz demonstriert mit einem Hub Hier ist es wichtig, zwei IP-Netze an einem Hub zu realisieren und zu zeigen, dass Kommunikation nur innerhalb eines Netzes möglich ist. Obwohl Hardwarekontakt aller Rechner über den Hub gegeben ist, sehen sich die Rechner unterschiedlicher Netze nicht. Ein einfacher Hub ohne Management ist für diese Demonstration besonders gut geeignet. Man sollte durch Änderung der IP-Konfiguration die Netzzugehörigkeit ändern und nachweisen. In dieser Umgebung ist auch der Nachweis leicht zu führen, dass eine ARP-Anfrage nur für Ziel-IP- Adressen im gleichen Netz durchgeführt wird. Wenn es anders wäre, wäre eine Station in einem anderen Netz am gleichen Hub erreichbar. Besonders hervorgehoben: CSMA/CD Der Ethernet-Frame ARP PC 1 192.168.27.50 P133 192.168.27.50 P400 192.168.27.32 Hub P450 192.168.27.49 PC 2 192.168.27.55 P550 192.168.27.55 Das Zugangsverfahren CSMA/CD hat großen Einfluss auf die Netzleistung im Netz mit shared Media und das Netzdesign. Über die verfügbare Bandbreite pro PC kann man die sinnvollen Grenzen für die Anzahl der Rechner in einer Kollisionsdomäne aufzeigen. Entscheidend für die Funktion eines CSMA/CD-Netzes ist die rechtzeitige Erkennung von Kollisionen. In einem Netz mit zu großen Leitungslängen oder zu vielen kaskadierten Hubs kommt es zu Late Collisions, Kollisionen mit einem nachfolgenden Datenrahmen, das Netz wird tückisch langsam. Die Signalausbreitungsgeschwindigkeit im Kabel liegt bei 0,7 bis 0,8 * c 0 (c 0 = Lichtgeschwindigkeit im Vakuum). Hier ist den Schülern zu vermitteln, dass trotzdem zwei Stationen gleichzeitig das Medium als frei erkennen können und mit dem Senden beginnen. 1x1_Networking by Cisco 3
Kaskadierung von Hubs A möchte senden und horcht A sendet C möchte senden und horcht A und C senden Kollision! Ausbreitung der Kollision t 0 t 1 t 2 t 3 Carrier-Sense A B C D A B C D Kollision Carrier-Sense A B C D A B C D Die Kaskadierung von Hubs führt zu einer Vergrößerung der Zahl der Rechner in einer Kollisionsund Broadcastdomäne. Die Nachteile einer zu großen Zahl von Rechnern in einer Kollisionsdomäne sind anhand des Zugangsverfahrens CSMA/CD aufzuzeigen. Die Nutzung von gekreuzten Patchkabeln oder 1:1-Patchkabeln in Verbindung mit einem Uplink- Port ist im Curriculum in Bildern detailliert dargestellt. Die Einschränkungen in der Netzausdehnung für Fast Ethernet mit Hubs, sind durch die kürzere Übertragungszeit für den 64 Bytes-Frame im Fast Ethernet zu begründen. Der Ethernet-Frame wird benötigt, um die Bedeutung der MAC- Adresse für die Empfängerund Absenderadressierung zu zeigen; um die Notwendigkeit der Aufteilung von Dateien für den Datentransport nachzuweisen; um später die Weiterleitungsentscheidung der Switches anhand der MAC-Adressen (Schicht 2-Adressen) erläutern zu können; um die verschiedenen Switching-Methoden erklären zu können; ARP wird als Bindeglied zwischen der Schicht 3-, IP-Adressierung, und der Schicht 2-Adressierung benötigt. ARP arbeitet nur innerhalb der Broadcastdomäne. Die dynamischen Einträge der ARP- Tabelle unterliegen dem Aging, d.h. sie sind nur für ca. 5 Minuten gültig. Änderungen der Host- IP-Adresse und damit die Zuordnung der MAC-Adresse werden so automatisch erfasst, aber mit einer kleinen Zeitverzögerung. Der Lehrer kann an dieser Stelle die Unterschiede von statischem und dynamischem ARP-Eintrag von den Schülern herausarbeiten lassen. 4 1x1_Networking by Cisco
Leitfaden für den Unterricht IP-Adressierung mit IPv4 Switches Die Vorteile von Switches gegenüber Hubs sind mit den Schülern zu erarbeiten: Jeder Switchport ist eine eigene Kollisionsdomäne. Effizientere Nutzung der Bandbreite. Weiterleitungsentscheidung an Hand der MAC-Adresse. Duplexbetrieb möglich. Redundante Verbindungen sind mit Spanning Tree- Protokoll möglich. Ebene 1 Ebene 2 Switch4 Switch2 Switch3 Asymmetrisches und symmetrisches Switching und deren Einsatz sind herauszuarbeiten. Die verschiedenen Switching- Methoden sind am Ethernet- Frame zu erläutern. Die Notwendigkeit eines schleifenfreien Netzes ist zu begründen. Switch1 Eine kurze Einführung in das Dualsystem ist der IP-Adressierung voranzustellen. Dies erleichtert das Verständnis dafür, dass mit acht Bit der Dezimalbereich von 0 bis 255 darstellbar ist. Bei der IP-Adressierung ist der Strukturunterschied gegenüber der flachen Adressstruktur der MAC-Adressen herauszuarbeiten. Die Unterteilung der IP-Adresse in Netz- und Hostanteil ist sehr wichtig. Zur Ermittlung des Netzanteils wird die Subnetzmaske benötigt. Die Schüler sollen die Netzklassen und die zugehörige Standardsubnetzmaske kennen. Für die Schüler sind die Unicastadressen von Bedeutung. Der Einsatz der privaten und der öffentlichen IP-Adressen ist klar herauszustellen. Die Loopback- Adresse ist im praktischen Einsatz zu erläutern. Die IP-Adressvergabe sollte man mit den Schülern an kleinen Beispielen üben. Nur die öffentlichen IP-Adressen werden im Internet geroutet. Die Subnetzbildung kann man je nach Zielgruppe intensiver oder auch weniger intensiv bearbeiten. Wichtig ist, dass die Schüler erkennen, dass es auch andere als die Standardsubnetzmasken gibt. Z.B. die Default-IP-Adresse des Access Points Aironet 350: 10.0.0.1 mit der Subnetzmaske muss von den Schülern richtig interpretiert werden. Die Host-Adresse 10.0.0.1 ist eine private IP-Adresse der Klasse A. Die Standardsubnetzmaske einer Klasse A-Adresse ist aber 255.0.0.0. 1x1_Networking by Cisco 5
LAN-Verkabelung Bei der LAN-Verkabelung soll die dienste- oder anwendungsneutrale strukturierte Verkabelung vermittelt werden. Dieses Kapitel soll eine Hilfestellung für Kollegen geben, die mit ihrer Klasse ein Verkabelungsprojekt Wir verkabeln unseren Klassenraum durchführen wollen. Hier steht die Tertiärverkabelung im Vordergrund. Zunächst sind der Standort des Etagenverteilers und die informationstechnischen Anschlussdosen zu planen. Wichtig ist, dass das Kabel der Installationsstrecke an beiden Enden nach dem gleichen Farbcode aufgelegt wird. Man sollte insgesamt nur einen Farbcode, in Europa: T568B, in einem LAN einsetzen, um Verwechslungen zu vermeiden. Das Herstellen von Patchkabeln, speziell gekreuzter Patchkabel, ist für Schüler eine reizvolle Aufgabe. Hub GV EV EV EV TA TA TA EV SV GV Link max. 100 m Permanent Link nach ISO/IEC 11801, EN 50173 und TIA/EIA 568B Installationsstrecke max. 90 m Primärverkabelung 1500 m Sekundärverkabelung 500 m Tertiärverkabelung 90 m TA Rangierkabel Arbeitsplatzkabel Arbeitsstation 6 1x1_Networking by Cisco
Leitfaden für den Unterricht Wireless LANs (WLANs) Dieses Thema stößt bei den Schülern auf reges Interesse. Man kann zunächst ein WLAN im Ad-Hoc-Modus zeigen. Hierfür benötigt man nur zwei Rechner mit einer WLAN-Netzwerkkarte. Hat man einen Access Point, kann man den Infrastruktur-Modus zeigen, alle WLAN-Clients kommunizieren über den Access Point. Über den Access Point kann auch eine Verbindung zum drahtgebundenen Ethernet hergestellt werden. Laptop mit PC-Card Desktop mit PCI-Adapter Access Point Laptop mit PC-Card Desktop mit PCI-Adapter Access Point Switch WLAN Ethernet LAN 1x1_Networking by Cisco 7
Unterrichtsstunden 1 Einführung, 2 Direkte Kommunikation von 3 4 PC zu PC 5 6 7 Kapitel 1 2 3 4 5 6 7 8 9.1 9.7 Kommunikation mehrerer PCs über Hubs CSMA /CD Ethernet Frame 8 ARP 9 10 11 12 13 Kapitel Kaskadieren von Hubs Hubs im Fast Ethernet Switches 9.8-9.9 10 11.1-11.9 11.10 12 13 14 15 Switching- Methoden Kaskadieren von Switches 14 STP 15 16 Subnetting 17 18 19 20 21 22 23 8 1x1_Networking by Cisco WLAN IP-Adressierung LAN- Internetzugang für vernetzte Rechner PC-Ausstattung
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