lan und man

LAN und MAN © Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler

Fakultät Elektro- und Informationstechnik

https://www.telecom.hs-mittweida.de

[email protected]

2016-01

LAN / MAN

Ziel und Inhalt der Vorlesung

2 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de

Ziel Local Area Networks bilden in Firmen, öffentlichen Einrichtungen und Verwaltungen das Kommunikations-rückgrat. Metropolitan Area Networks verbinden LANs einer Region. Die wichtigsten LAN/WAN-Technologien, mit Schwerpunkt Ethernet, werden bezüglich Topologie, Medienzugriffs und Nutzung vorgestellt. Die Inhalte werden standardnah vermittelt. Funk-LAN/MAN-Technologien sind nicht Gegenstand dieses Scriptes.

Inhalt

Übersicht: Aspekte von LAN, MAN 2 Kabelsysteme: Koax, Twisted pair, LWL überarbeitet 16-20 7 Standardisierung von LAN 21 IEEE 802-2001: MAC-Adressen 23 Ethernet-Schichtenhierarchie: SNAP, LLC, MAC, Ethernet-II-Frame, IEEE-802.3-Ethernet-Frame 33 LLC (IE3-802.2) : PDU-Formate, Adressierung, Steuerfelder, LLC-Typen 41 MAC-Nutzung durch TCP/IP: Übersicht, Beispiele für Ethernet-II, IEEE-802.3-Ethernet mit LLC und SNAP 47 Ethernet-Familie überarbeitet 52 52 Standard IE3-802.3: Übersicht, Ethernet-Varianten, hx, dx, OSI-, Implementation-Model 54 MAC (IE3-802.3-2,3,4): Services, Frame-Structure, Functional Model, CSMA/CD, Rahmenlängen 60 Ethernet - Physical (IE3-802.3-6,7,8,14): Physical Signaling, 10BASE-5, 10BASE-2, 10BASE-T 73 Koppelelemente: Repeater, Hub, Bridge, Switch, Router 85 Spanning Tree: Das Problem, Einführung in STP/RTP 96 VLAN (IE3-802.1Q): Virtual Bridged Local Area Networks, Tagged MAC Frame 111 Autonegotiation: Übersicht, NLP, FLP, Codierung, Beispiele 116 Power over Ethernet (IE3-802.3af) 120 Fast-Ethernet – Physical (IE3-802.21-33): Subschichten, 100BASE-FX/SX, LWL-Stecker, Systeme 123 Gigabit-Ethernet – Physical (IE3-802.34-43): Subschichten, 1000BASE-SX/LX/CX, 1000BASE-T, Systeme 132 Token Ring, Token Bus: Übersicht, Prinzip, Netzaufbau, Rahmenaufbau 140 DQDB: Übersicht, Prinzip, Netzaufbau, Rahmenaufbau, Medienzugriff 148 Literatur 158

LAN / MAN

WAN

Übersicht: Begriffe WAN, MAN, LAN

WAN: Wide Area Network: landesweites Netz

MAN: Metropolitian Area Network – bis 100 km, verbindet LANs einer Stadt, einer Region – nutzen SDH, zunehmend Ethernet und WiMAX (802.16)

LAN: Local Area Network – verbindet Hosts einer Firma, Behörde, … – nutzen hauptsächlich Ethernet (802.3) und WLAN (802.11)

MAN 1 MAN 1

LAN 1 LAN 1

LAN 2 LAN 2

LAN m LAN m

MAN n MAN n

LAN 1 LAN 1

LAN 2 LAN 2

LAN m LAN m

…

… …


LAN / MAN

Übersicht: Aspekte von LAN, MAN

1) siehe auch Vorlesung „Standardisierung“ 2), 3) siehe auch Vorlesung „Grundlagen der Kommunikationstechnik

Star

Bus

Ring

Hub/tree

Topologie2) Standardisierung 1)

Closed Systems

ISO (International Standards Organization)

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

ECMA (European

Computer Manufacturers Association)

Twisted pair

Coax Coax

Thick- wire

Thin- wire

Shielded Unshilded

Kabelsysteme

Cat 2…8

Single-mode Multi-mode

OM1..4 OS1..2

Standardisierung Standardisierung

Welche Gremien

Kabelsysteme

Kabelklassen

Kabeltypen Kabeltypen

Class A..F

Quad pair

Stecker SX, LX, …

Fiber optic


LAN / MAN

Übersicht: Aspekte von LAN, MAN


Koppelelemente

dezentrale Verfahren dezentrale Verfahren

DQDB (distributed queue dual bus)

Token bus/ring

Konkurrierender Zugriff mit: -Tolerierung, - Auflösung,

- Vermeidung von Kollisionen

Konkurrierender Zugriff mit: -Tolerierung, - Auflösung,

- Vermeidung von Kollisionen

Wettbewerb (stochastisch)

CSMA/CD (carrier sense multiple access/collision detection)

CSMA/CA (carrier sense multiple access/collision avoidance)

Medienzugriff

Zuteilung (determiniert)

Zuteilung (determiniert)

Master /Slave

Statische oder dynamische

Reservierung von: - Zeitschlitz, - Frequenz,

- Code

Statische oder dynamische

Reservierung von: - Zeitschlitz, - Frequenz,

- Code

TDMA (time division multiple access)

FDMA (frequency division multiple access)

CDMA (code division multiple access)

Reservierung (determiniert)

Reservierung (determiniert)

zentrale Verfahren zentrale Verfahren

OSI

Repeater

Schicht 1

Schicht 1

Hub (Multiport Repeater)

Bridge

Schicht 2

Schicht 2

Switch (Multiport Bridge)

Router Schicht 3

Schicht 3

LAN / MAN

Übersicht: Aspekte von Ethernet

Wird durch IP-Anwendungen verwendet (IP, ARP,

RARP). Nach den Adressen-feldern folgen 2-Byte Typfeld und dann die SDU

Wird durch IP-Anwendungen verwendet (IP, ARP,

RARP). Nach den Adressen-feldern folgen 2-Byte Typfeld und dann die SDU

Ethernet-II Ethernet-II

Standard MAC-Frames spezifiziert in 802.3

Angewendet zwischen Stationen und/oder Koppelelementen



IEEE-802.3-Ethernet IEEE-802.3-Ethernet

Tagged MAC-Frame spezifiziert in 802.3 und 802.1Q Angewendet hauptsächlich zwischen Koppelelementen

Tagged MAC-Frame spezifiziert in 802.3 und 802.1Q Angewendet hauptsächlich zwischen Koppelelementen

Transportiert IEEE-802.2-Frames, also LLC-PDUs ( LLC- Logical Link Control)

oder erweiterte LLC-PDUs. Diese Protokollerweiterung nennt man SNAP (Sub-Network Access Protocol)

Die Nutzung von SNAP durch IP und ARP wird durch RFC 1042 beschrieben.


oder erweiterte LLC-PDUs. Diese Protokollerweiterung nennt man SNAP (Sub-Network Access Protocol)


Dieses Rahmenformat liefert Konzepte für Priorisierung und Virtual bridged LAN (VLAN)

Es werden 4 zusätzliche Bytes eingefügt: 1000 0001 0x81 Erweiterungs- 0000 0000 0x00 kennzeichen pppc vvvv Werte vvvv vvvv Werte 0x8100 Kennzeichnung für Tagged Frame ppp Prioritätsbits c canonical format identifier v virtual LAN identifier


Es werden 4 zusätzliche Bytes eingefügt: 1000 0001 0x81 Erweiterungs- 0000 0000 0x00 kennzeichen pppc vvvv Werte vvvv vvvv Werte 0x8100 Kennzeichnung für Tagged Frame ppp Prioritätsbits c canonical format identifier v virtual LAN identifier

Ethernet-Standard-MAC-Frames

Ethernet 10 Mbps

Ethernet-Familie

Fast-Ethernet 100 Mbps

Gigabit-Ethernet 1000 Mbps

10-Gigabit-Ethernet 10000 Mbps

40/100-Gigabit- Ethernet

Jumbo-Frames


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Kabelsysteme

OM - Optical Multimode OS - Optical Singlemode SX- short-wavelength 850nm LX - long-wavelength 1300nm

Twisted pair

Fiber optic

Coax Coax

Thick- wire

Thin- wire

Shielded Unshilded

Kabelsysteme

Cat 2…8

Single-mode Multi-mode

OM1..4 OS 1..2

Standardisierung Standardisierung Kabeltypen Kabeltypen

Class A..F

Quad pair

Stecker

Standardisierung Standardisierung

Welche Gremien Welche Gremien Schwerpunkte Schwerpunkte

ISO/IEC-11801

CENELEC EN 50173

DIN

ITU

Kabelsysteme

Kabelklassen

7

SX, LX, …

LAN / MAN

Kabelsysteme: Lebensdauer

Typische Lebensdauer von Rechnernetzkomponenten in Jahren

Verkabelungssysteme haben relativ lange Lebensdauer.

Planungskriterien: – aktuelle und künftige Nutzungsszenarien (welche Dienste sollen unterstützt werden?).

– Investitionssicherheit, z.B. gleicher LWL aber optischer Sender/Empfänger mit höherer Datenrate.

– Sicherheit, Brandschutz.

0 5 10 15

Kabelsysteme

Router, Switches

Hosts

Software

von

bis


LAN / MAN

Kabelsysteme: Verkabelungsstrukturen ISO/IEC 11801, EN 50173-1

SV: Standort-verteiler, auch Campusverteiler

GV: Gebäude-verteiler

EV: Etagen-verteiler

EV: Etagen-verteiler

TA: Teilnehmer-anschlüsse

Primärverkabelung (Campusverkabelung) LWL, bis 1500m

Sekundär- verkabelung LWL, bis 500m

Tertiär- verkabelung TP, bis 90m


LAN / MAN

Kabeltypen: Koax

Merkmale: RG-8 (Yellow cable) – Innenleiter-Ø: 2,17 mm – Kabel-Ø: bis 12 mm – Impedanz: 50 Ω – Signallaufzeit < 0,77*c – max. aller 2,5m Stationsankopplung per

Vampirklemmen. – Außenmantel: feuerhemmend,

nagetierunfreundlich. – Biegeradius 25cm.

Merkmale: RG-58 (Cheapernet)

19 x 0,20 mm ± 0,03

Kabel-Ø: 4,95mm

Impedanz: 50 Ω

Signallaufzeit < 0,77*c


LAN / MAN

Kabeltypen: Twisted-Pair-Bezeichnung EN 50173-1, ISO/IEC 11801

Bezeichnungsschema nach ISO / IEC 11801: XX/YZZ XX=Gesamtschirmung

• U ungeschirmt • F Folienschirm • S Schirmgeflecht • SF Schirmgeflecht, Folienschirm

Y=Adernschirm • U ungeschirmt • F Folienschirm • S Schirmgeflecht

ZZ=Verseilart • TP Twisted Pair • QP Quad Pair

alt neu Kabelschirm Adernschirm

UTP U/UTP - -

FTP F/UTP Folie -

STP U/FTP - Folie

S-FTP SF/UTP Schirmgeflecht, Folie -

S-STP S/FTP Schirmgeflecht Folie

Y XX U/UTP

Paar: 1 2 3 4

F/UTP U/FTP SF/UTP S/FTP


LAN / MAN

Kabeltypen: Twisted pair, Quad pair

Kabel höherer Kategorien haben – mehr Verdrillungen pro m, – stärkere Aderndurchmesser, – bessere Geometrie, z.B. durch zusätzliche Plastekörper, – Geometrieeinhaltung bis zum Kontakt.

Quadkabel entstehen durch eine Viererverseilung. Gegenüberliegende Leiter bilden ein Paar.

U/UTP U/FTP S/FTP F/UQP S/FTP

1a

1b 1b 2b 2b 2a 2a


LAN / MAN

Kabeltypen: Übersicht http://en.wikipedia.org/wiki/Twisted_pair/

Eigenschaften wesentlicher Kabelkategorien Klasse EN 50173

Kategorie EIA/TIA 568

Bandbreite bis MHz

Adern-Ø ca. in mm

Typ-Beispiele

Anwendungen

A Cat1 0,1 Datenübertragung mit niedrigen Datenraten und Telefonie. Beispiele: Analogtelefonie, X.21/V.11, ISDN(2B1Q)

B Cat2 1 Sprachanwendungen bis 1MHz Beispiele: ISDN-Basisanschluss, ADSL

C Cat3 16 UTP Sprach- und Datenübertragung bis 16 MHz Beispiele: 10BASE-T und 100BASE-T4, 4 oder 16 Mbit/s-Token-Ring-Netze

- Cat4 20

D Cat5 100 1,1 UTP F/UTP

Sprach- und Datenübertragung bis 100 MHz Beispiele: 100BASE-TX und 1000BASE-T

E Cat6 250 1,4 UTP

… S/FTP

Daten- und Multimediadatenübertragung bis 250 MHz Beispiele: 1000BASE-T , ATM 155

EA Cat6a 500 1,4 Daten- und Multimediadatenübertragung bis 500 MHz Beispiele: 10GBASE-T

F Cat7 600 1,4 S/FTP Daten- und Multimediadatenübertragung bis 600 MHz Beispiele: 10GBASE-T , ATM 622

FA Cat7a 1000 1,4 S/FTP Daten- und Multimediadatenübertragung bis 1000 MHz Beispiele: Telefon, CATV , 1000BASE-TX im gleichen Kabel, 10GBASE-T

G CAT8 1200 1,6 S/FTP In Entwicklung


EIA-Standard: Electronic Industries Alliance, US-amerikanische Handelsorganisation;

Standard vom Europäischen Komitee für Elektrotechnische Normung (CENELEC)

https://de.wikipedia.org/wiki/CENELEC

LAN / MAN

Kabeltypen: RJ-45-Steckerbelegung (auf die Kontakte gesehen)

Folgende Farbcodes sind üblich Paar1: blau - blau/weiß

Paar2: orange- orange/weiß

Paar3: grün - grün/weiß

Paar4: braun - braun/weiß

Für 10BASE-T genügt die Mindestbeschaltung

Für Anschluss an Repeater und Switch

verwendet man i.d.R. „glatte“ Kabel.

Für Direktverbindung zwischen:

zwei Rechnern oder zwei Repeaters verwendet man „gekreuzte“ Kabel (Crossover).

12345678

Paar 2

Paar 3

12345678

Paar 1

Paar 4 Paar 2

Paar 3

Mindest- beschaltung

Voll- beschaltung

12345678

12345678

12345678

12345678

1 –---- 3

2 ----- 6

3 ----- 1

6 ----- 2


LAN / MAN

Steckdosen und Stecker: RJ-45, GG-45

Das RJ-Stecksystem ist nur bis 10 Gbit/s einsetzbar.

Fa. Nexans entwickelte für Cat7 das GG-45-Stecksystem, geeignet bis 100 Gbit/s. – Die Steckdose kann sowohl für RJ-45 als auch GG-45 beschaltet werden. – Der GG-45-Stecker passt nur in eine GG-45 Dose.

Steckerbeschaltung – I .. IV Quadrant:

orange, braun,

blau, grün

1 2 3 4 5 6 7 8

braun orange

blau grün

Steckdose RJ-45

Steckdose GG-45

Stecker GG-45 Stecker RJ-45

I II

IV III


LAN / MAN

Kabeltypen: Lichtwellenleiter – Übersicht

Aufgrund des Dämpfungsverlaufs arbeiten LWL-Systeme bei Wellen-längen um 850, 1300, 1500 nm.

Bei LAN überwiegend 850nm Bevorzugte Fasernutzung:

– Multimode-Fasern: LAN (preiswerte LED-Sender, durch Modendispersion geringe Reichweite).

– Singlemode-Fasern: WAN (teurere Lasersender, keine Modendispersion, größere

Reichweiten).

Typen von LWL und Bedeutung – Stufenindex-MM-LWL – Gradientenindex-MM-LWL – Stufenindex-SM-LWL

http://www.heineshof.de/lan/optische-fenster.png


MM- Multi mode LWL SM -Singlemode LWL

Aufbau von LWL-Übertragungs-systemen

E O

O E

Sender Empfänger Stecker Spleiß(e) Stecker

LED • LED - light-emitting diode • VCSEL - vertical-cavity surface-emitting laser • Laser

Querschnitt Brechzahlprofil Modenausbreitung

125 µm

50/65µm

r

n

t

A

t

A

4-10 µm

125 µm r

n

t

A

t

A

125 µm

50/65 µm

r

n

t

A

t

A

Mantelbrechzahl minimal kleiner als

Kernbrechzahl z.B. 1,46 zu 1,48

Vakuumbrechzahl=1

Mantelbrechzahl minimal kleiner als

Kernbrechzahl z.B. 1,46 zu 1,48

Vakuumbrechzahl=1

LAN / MAN

Kabeltypen: Lichtwellenleiter – Sender, Faserklassen


Sender Wellenlänge nm Einsatz Einstrahlverhalten 1) Bemerkungen 2)

LED Light Emitting

Diode, Leuchtdiode 850

MM-LWL bis 100 Mbit/s

OFL Overfilled

Launch Alle Moden werden angeregt

VCSL Vertical Cavity

Surface Emitting Laser, Halbleiterchip-Laser

850, 1310 MM-LWL bis

10 Gbit/s

RML Restricted

Mode Launch

Wenige Moden werden angeregt. Bei gewöhnlichen MM-Fasern ist der Brechzahl-verlauf im Kernbereich fertigungsbedingt nicht linear. Die Moden kommen zeitlich verschieden am Empfänger an – DMD, Differential Mode Delay Empfangsimpulse werden breiter, dadurch Längenbegrenzung

Laser

1310, 1550 MM-LWL bis

1Gbit/s RML Restricted

Mode Launch

1310, 1550 SM-LWL bis

10 Tbit/s Eine Mode wird angeregt

LED LED

Laser Laser

VCSL VCSL

Laser Laser

ISO 11801 bzw. DIN EN 50173 OM1 OM2 OM3 OM4 OS1 OS2

Fasertyp Gradientenindex Gradientenindex Gradientenindex Gradientenindex Stufenindex Stufenindex

Kern/Mantel-Ø in µm 62,5/125 50/125 50/125 50/125 9/125 9/125

Wellenlänge nm 850 1300 850 1300 850 1300 850 1300 1310 1550 1310 1550

max. Dämpfung dB/km 3,5 1,5 3,5 1,5 3,5 1,5 2,5 0,8 1 1 0,4 0,4

minimale modale Bandbreite B*L (LED) MHz*km

200 500 500 500 1500 500 3500 500 - - - -

minimale modale Bandbreite B*L (Laser) MHz*km

Nicht spezifiert

Nicht spezifiert 2000 4700

2) http://www.ksi.at/LWL/lwl-begriffe.htm 1) tyco Electronics: LWL im LAN

http://www.ksi.at/LWL/lwl-begriffe.htm



http://www.wi.fh-flensburg.de/fileadmin/dozenten/Riggert/LWL-im-LAN.pdf‎




LAN / MAN

Kabeltypen: Lichtwellenleiter – Linkklassen

Linkklasse = Gesamtdämpfung der x-Meter-Übertragungsstrecke: Stecker + Kabel + Spleiße.

Typische Dämpfungswerte: – Stecker: 0,1..0,35..0,7 dB – Spleiß: 0,02..0,1..0,3 dB

Wird bei LAN-Installationen als Abnahmemessung angewendet.

EN 50173 maximale Gesamtdämpfung des Kanals in dB

Optical Fiber Linkklasse

Multimode Singlemode

850 nm 1300 nm 1310 nm 1550 nm OF 300 m 2,55 1,95 1,8 1,8 OF 500 m 3,25 2,25 2 2

OF 2000 m 8,5 4,5 3,5 3,5


Service und max.

Linkklasse

OM1 OM2 OM3 OM4 OS1 OS2

850 1300 850 1300 850 1300 850 1300 1310 1550 1310 1550

10 Base F OF 2000 OF 2000 OF 2000

100 Base FX OF 2000 OF 2000 OF 2000

1000 Base SX OF 300 OF 500 OF 500

1000 Base LX OF 500 OF 500 OF 500 OF 2000

10 Gbase SR OF 300 OF 500

10 Gbase LR OF 2000

Einsatz von zertifizierten LWL-Strecken in LAN‘s

LAN / MAN

Kabeltypen: Lichtwellenleiter – Service und max. LWL-Länge


Maximale Leitungslänge als Funktion des Dienstes und des Fasertyps

Service und max. LWL-Länge in m

OM1 OM2 OM3 OM4 OS1 OS2

850 1300 850 1300 850 1300 850 1300 1310 1550 1310 1550

10 Base F 2.000 2.000 2.000 2.000

100 Base FX 2.000 2.000 2.000 2.000

1000 Base SX 275 550 900 1.100

1000 Base LX 550 550 550 550 2.000 5.000

10 Gbase SR 35 82 300 550

10 Gbase LR - - - - 2.000 10.000

10 Gbase ER 40.000

40 Gbase SR4 - - 100 100

40 Gbase LR4 - - - - 2.000 10.000 10.000

100 Gbase LR4 2.000

100 GBASE ER4 - 40.000

E – extrem long (1550nm) , L – Long (1310nm), S- short (850nm) R – LAN-Anwendung W – WAN-Anwendung Ziffer, wie z.B. 4 geben die Anzahl der Wellenlängen-Multiplexkanäle an, die beispielsweise um 1500 nm bei Kanalabständen von 20 nm betrieben werden.

Op

t. M

UX

O

pt.

MU

X

Laser Laser

. .

. .

. .

Op

t.

DEM

UX

O

pt.

D

EMU

X

LED LED

. .

. .

. .

LWL

LAN / MAN

Kabeltypen: Lichtwellenleiter – Steckertypen


SC-Stecker

LWL-Steckverbinder nach IEC 61754-4, für Single Mode (PC/APC) und Multimode (PC) Typische Einfügedämpfung MM 0,2/SM 0,2dB Versionen Multi/Singlemode Normal- und Schrägschliff Einsatzgebiet CATV, LAN, MAN, WAN, Messtechnik, Medizintechnik, Industrie Faseranzahl je Stecker 1Faser Verbreitung sehr oft (Europa Standard)

http://www.opternus.de/wissen/kleine-lwl-stecker-lehre.html

MTRJ 2-Fasern-Stecker

LWL-Stecker der den IEC 61754-18, ANSI/TIA/EIA -604-12, ISO/IEC 11801 und

ANSI/TIA/EIA - 568-B.3 Normen entspricht Typische Einfügedämpfung MM 0,2/SM 0,4dB Versionen Multi/Singlemode Einsatzgebiet LAN Faseranzahl je Stecker 2 Fasern Verbreitung häufig

LC-Stecker

Dieser von Lucent entwickelte LWL-Stecker wird wegen seiner hochkompakten Bauform vorwiegend an aktiven Komponenten, z.B. Switch, eingesetzt. Normen: IEC 61754-20, TIA604-10-A Typische Einfügedämpfung MM 0,2/SM 0,12dB Versionen Multi/Singlemode Einsatzgebiet LAN/WAN Faseranzahl je Stecker 1 Fasern Verbreitung sehr oft









LAN / MAN Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de

Standardisierung von LAN

Standardisierung LAN/MAN durch: – Firmen, z.B. DEC-Intel-Xerox, – Gremien, z.B. ECMA, IEEE, ISO usw.

IEEE wichtigstes LAN/MAN-Standardisierung-Gremium. 802: im Februar 1980 gegründet

Struktur der IEEE-LAN-Standards: – IEEE 802-yyyy Grundkonzepte – IEEE 802.1 BrückenManagementaspekte – IEEE 802.2 LLC - logical link control – IEEE 802.3/4/5/... verschiedener LAN's

IEEE 802-Standards

http://standards.ieee.org/catalog/olis/lanman.html

Standardisierung 1)

Closed Systems

ISO (International Standards Organization)

IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers)

ECMA (European

Computer Manufacturers Association)

Bitübertragung (PHY – physical) und Medienzugriff (MAC – medium access control) gehören zusammen, deshalb ein gemeinsamer Standard.

21

http://standards.ieee.org/catalog/olis/lanman.html

LAN / MAN

Standardisierung: Bei IEEE Institute of Electrical and Electronics Engineers

DIX Digital Equipment Corporation, Intel, Xerox DQDB Distributed Queue Dual Bus DEC Digital Equipment Corporation IPX Internet Packet Protocol (IPP) nach XNS (Xerox Network System), in den 70er Jahren parallel zum IP für Novell-Netze entwickelt IP Internet Protocol WLAN Wireless LAN WMAN Wireless Metropolitan Area Network, WLAN-Backbone, Reichweite bis 100 km, Datenraten bis 100 Mbit/s WPAN Wireless Personal Area Network,

Ethernet IEEE 802.3 ISO 8802.3

Ethernet IEEE 802.3 ISO 8802.3

Token Bus IEEE 802.4 ISO 8802.4

Token Bus IEEE 802.4 ISO 8802.4

Token Ring IEEE 802.5 ISO 8802.5

Token Ring IEEE 802.5 ISO 8802.5

DQDB IEEE 802.6 ISO 8802.6

DQDB IEEE 802.6 ISO 8802.6

DIX- Ethernet DIX- Ethernet

IEEE 802.2, ISO 8802.2 Logical Link Control zwischen Stationen und Switch (Hub)

IEEE 802.2, ISO 8802.2 Logical Link Control zwischen Stationen und Switch (Hub)

Ph Physical

Ph Physical

MAC Media Access Control

MAC Media Access Control

LLC Logical Link Control

LLC Logical Link Control

WLAN1)

WPAN WMAN

802.11 802.15 802.16

1) siehe Vorlesung „WLAN“

IEEE 802.1, ISO 8802.1 Bridging, Management zwischen Bridges

IEEE 802.1, ISO 8802.1 Bridging, Management zwischen Bridges

Laye

r 2

La

yer

1

Laye

r 3

OSI

IEEE 802-2

00

1

Overview

& A

rchitectu

re

IEEE 802-2

00

1

Overview

& A

rchitectu

re

Power over Ethernet IEEE 802.3af

Power over Ethernet IEEE 802.3af

N Network

IP Internet Protocol

IPP Internet Packet

Protocol

Internet Novell

DDP Datagram Delivery

Protocol

AppleTalk

DRP DECnet Routing

Protocol

DECNet

other


LAN / MAN

IEEE 802-2001: MAC-Adressen - Übersicht

MAC-Adressen sind OSI-Schicht-2-Adressen. – Sie adressieren die abschnittweise Datenübertragung über Link's. – Jeder LAN-Netzwerkadapter wird durch 48 Bit = 6 Byte adressiert.

MAC-Unicast-Adressen sind weltweit einmalig.

MAC-Adressen werden i.d.R. permanent auf der Netzwerkkarte gespeichert.

Manche Hersteller lassen ein Überschreiben dieser Adresse zu Sicherheitsrisiko.

MAC-Adressen werden unterschieden in: – Unicast-Adressen 1 1 – Broadcast-Adresse 1 Alle – Multicast-Adresse 1 Multicast-Gruppe


LAN / MAN

IEEE 802-2001: MAC-Adressen - Übersicht

Unicast 1 1 – z.B. von Host C an Host A, – Ziel-MAC = A – Absender-MAC = C

Broadcast 1Alle – z.B. von Host C an alle anderen – Ziel-MAC = FF-FF-FF-FF-FF-FF – Absender-MAC = C –

Multicast 1Multicast-Gruppe – z.B. von Host C an Multicastgruppe g1,

bestehend aus A, B – Ziel-MAC = 01-00-5E-g1-g1-g1 – Absender-MAC = C

T N

MAC Ph

A

HostA

T N

MAC Ph

A

HostB

T N

MAC Ph

A

HostC

T N

MAC Ph

A

HostD

T N

MAC Ph

A

HostE

1

2

3 3 3 3

T N

MAC Ph

A

HostA

T N

MAC Ph

A

HostB

T N

MAC Ph

A

HostC

T N

MAC Ph

A

HostD

T N

MAC Ph

A

HostE

1

2

3

T N

MAC Ph

A

HostA

T N

MAC Ph

A

HostB

T N

MAC Ph

A

HostC

T N

MAC Ph

A

HostD

T N

MAC Ph

A

HostE

1

2

3 3 3

3 3 3

3


LAN / MAN

IEEE 802-2001: MAC-Adressen - Aufbau

Die 48-Bit-MAC-Adresse besteht aus folgenden Teilen – 2 Bit: Adressentyp – 22 Bit: Herstellerkennung Organizationally Unique Identification OUI – 24 Bit: lfd. Nummerierung

Bit Oktett

8 7 6 5 4 3 2 1

1 U/L I/G

2

3

4

5

6

lfd. Nummerierung

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 32 33 34 35 36 37 38 39 40 41 42 43 44 45 46 47 48

I/G

U/L Herstellerkennung lfd. Nummerierung

Oktett 1 Oktett 2 Oktett 6

0 1

I/G-Bit Individual

address

Group address

U/L-Bit Universally

address

(IEEE-verwaltete

Adresse)

Locally

administered

address (Lokal verwaltete

Adresse, z.B. bei

WLANs)

Bit's

Herstellerkennung

Adressentyp


LAN / MAN

IEEE 802-2001: MAC-Adressen - Notationsformen

Man unterscheidet: – Hexadecimal representation, z.B.: AC-DE-48-00-00-80 – Bit-Reverse representation , z.B.: 35:7B:12:00:00:01 Sendereihenfolge der Bits

Zusammenhang der Notationsformen

1 0 1 0 1 1 0 0

1 1 0 1 1 1 1 0

0 1 0 0 1 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0

0 0 0 0 0 0 0 0

1 0 0 0 0 0 0 0

AC-DE-48-00-00-80

00110101 01111011 00010010 00000000 00000000 00000001

35 : 7B : 12 : 00 : 00 : 01

Erkenntnis: AC-DE-48-00-00-80 35:7B:12:00:00:01 zwei Notationsformen der gleichen Adresse.


LAN / MAN

IEEE 802-2001: MAC-Adressen - Notationsformen

Ermitteln Sie für die MAC-Adresse 000CCE52D1BA – Hexadecimal representation und die – Bit-Reverse representation!

Ermitteln Sie die MAC-Adresse in Hexadecimal representation , wenn gegeben ist: 00:80:C7:00:3D:59


LAN / MAN

OUI's verwaltet IEEE: http://standards.ieee.org/regauth/oui/index.shtml

Es gibt eine öffentliche und "geheime" OUI's

Beispiele für OUIs:

Ermitteln Sie die Firmen für folgende OID's:

IEEE 802-2001: MAC-Adressen - Herstellercodes

Organizationally Unique Identification Firma

00-00-00 bis 00-00-09 XEROX Corporation

00-00-0C, 00-01-42, 00-01-43 ... Cisco

00-01-E3, 00-0B-A3, 08-0B-A3 ... Siemens AG

00-00-39 ... Toshiba Corporation

00-1D-7D

00-50-56

00-0C-CE

01-00-5E


http://standards.ieee.org/regauth/oui/index.shtml

http://standards.ieee.org/regauth/oui/index.shtml

LAN / MAN

MAC-Adressen: Auslesen, besondere Adressen

MAC-Adressen kann man ermitteln: – Linux ip addr – MAC OS ifconfig – Windows ipconfig /all

getmac /v

Ethernet-Karten erlauben im Promiscuous mode den Empfang aller Rahmen: – ist gut für die Netzwerkanalyse (Sniffer - Aufspürer) WireShark, Ethereal – bus- oder hubbasierte Netze Sicherheitsrisiko, switchbasierte Netze kein Problem.

Besondere MAC-Adressen: – FF-FF-FF-FF-FF-FF Broadcast-Adresse – 01-00-5E-00-00-00 …

01-00-5E-7F-FF-FF Bereich für Multicastadressen

C:\WINDOWS\system32>ipconfig /all

Ethernetadapter LAN-Verbindung 12:

Verbindungsspezifisches DNS-Suffix:

Beschreibung. . . . . . . . . . . : Realtek RTL8139-Familie-PCI-Fast Ethernet-NIC

Physikalische Adresse . . . . . . : 00-10-DC-1A-81-2E

DHCP aktiviert. . . . . . . . . . : Ja

Autokonfiguration aktiviert . . . : Ja

IP-Adresse. . . . . . . . . . . . : 192.168.0.2

Subnetzmaske. . . . . . . . . . . : 255.255.255.0

Standardgateway . . . . . . . . . : 192.168.0.1

DHCP-Server . . . . . . . . . . . : 192.168.0.1

DNS-Server. . . . . . . . . . . . : 217.237.149.225


LAN / MAN

MAC-Adressen: Multicast-Adressen

Diese erkennt man am OID 01-00-5E-XX-XX-XX. Der Multicastadressenbereich geht von 01-00-5E-00-00-00 bis 01-00-5E-7F-FF-FF (von IANA festgelegt).

Class-D-Adressen nennt man Multicast-IP-Adressen.

Multicast-Adressen nutzen Server, die Rundfunk-Streams im Internet anbieten. – Der Server sendet einen IP-multicast-adressierten Rahmen, der durch die multicastfähigen Router

dorthin verteilt wird, wo aktuell Stream-Abonnenten sind. – Die niederwertigsten 23 Bit der Multicast-IP-Multicast-Adresse werden auf die niederwertigsten

23 Bit der Multicast-MAC-Adresse abgebildet.

1 1 1 0 28 Bit Hostgruppe (Multicast) Class D 224.0.0.0 to 239.255.255.255

Multicast-IP min 1110 0000 0000 0000 0000 0000 0000 0000

Multicast-IP max 1110 1111 1111 1111 1111 1111 1111 1111

Multicast-MAC min 0000 0001 0000 0000 0101 1110 0000 0000 0000 0000 0000 0000

01-00-5E 00-00-00

Multicast-MAC max 0000 0001 0000 0000 0101 1110 0111 1111 1111 1111 1111 1111

01-00-5E 7F-FF-FF

1) Beachte: 5 Bit der IP-Multicast-Adresse werden also nicht auf die Multicast-MAC-Adresse abgebildet. Wird dieser Adressenbereich genutzt, wird es zu falschen Abbildungen kommen. D.h., eine MAC-Instanz wird u.U. multicast-adressierte Rahmen entgegen nehmen, die nicht für den Host bestimmt sind. Solche Fehler werden dann in der IP-Instanz erkannt, da im IP-Rahmen die vollständige IP-Adresse steht.


1) 23 Bit

LAN / MAN

Multicast-IP 224.192.16.7 1110 0000 1100 0000 0001 0000 0000 0111

Multicast-MAC 01-00-5E-40-10-07 0000 0001 0000 0000 0101 1110 0100 0000 0001 0000 0000 0111

MAC-Adressen: Multicast-Adressen


Beispiel: Welche MAC-Adressen gehören zu folgenden IP-Multicastadressen? a) 224.3.7.8 b) 227.0.0.1 c) 224.192.16.7

Multicast-IP 224.3.7.8 1110 0000 0000 0011 0000 0111 0000 1000

Multicast-MAC 01-00-5E-03-07-08 0000 0001 0000 0000 0101 1110 0000 0011 0000 0111 0000 1000

Multicast-IP 227.0.0.1 1110 0011 0000 0000 0000 0000 0000 0001

Multicast-MAC 01-00-5E-00-00-01 0000 0001 0000 0000 0101 1110 0000 0000 0000 0000 0000 0001

23 Bit

LAN / MAN

MAC-Adressen: Sendereihenfolgen

Sendereihenfolge bei 802.3

LSB (Least Significant Bit) zuerst

Sendereihenfolge bei 802.5, ...

MSB (Most Significant Bit) zuerst

I/G U/L

octet

1

2

3

4

5

7 8 6 5 4 3 2 1 bit LSB MSB

6

OUI

lfd. Nr


LAN / MAN

Ethernet-Schichtenhierarchie: PHY, MAC, LLC, SNAP

MAC-PDU Ethernet II und/oder IEEE-802.3-Ethernet

Logical Link Control – LLC

Class 1, 2, 3, 4

Schicht 3

Network, z.B. Internet Protocol - IP

Media Access Control – MAC

Schicht 1

Physical – PHY, Bitübertragung 10, 100, ... Mbps

SNAP

LLC Class 1, 2, 3, 4

3

Network

MAC

1

PHY, Bitübertragung 10, 100, ... Mbps

SNAP

LLC-PDUs

SNAP-PDUs Sub Network Access Protocol

Schicht 2


LAN / MAN

Ethernet-Schichtenhierarchie: MAC, LLC, SNAP

Wie man sah, kann z.B. eine IP-Instanz folgende Instanzen in der Schicht 2 nutzen: MAC oder LLC + MAC oder SNAP + LLC + MAC.

MAC-Dienste – Datenübertragung zwischen Hosts, adressiert durch MAC-Adressen. – Fehlerhafte Rahmen, mittels FCS erkannt, werden beim Empfänger verworfen. – Durch fehlende Rahmen-Nummerierung ist eine gesicherte DÜ nicht möglich. Fehler

müssen durch die höheren Schichten erkannt und behoben werden.

LLC-Dienste – Mehrere Datenverbindungen zu einem anderen Host, adressiert durch die MAC-

Adresse und zusätzlich 128 logische Adressen. – 4 LLC-Klassen bieten einfache bis gesicherte Datenübertragung an.

SNAP-Dienste – SNAP dienst zur Vergrößerung des Adressraumes, LLC hat nur 1-Byte-Adresse. – Die 5-Byte Adresse besteht aus

• 3-Byte-Firmenkennung (OUI - Organizationally Unique Identifier) vergeben von IEEE • 2-Byte-Protokollkennung vergeben durch die Firma. vergleichbar mit den Ports bei TCP

bzw. UDP.

– Wenn der OUI = 00 00 00 ist, stehen in der Protokollkennung Ethertypes: 0x0800 für IP, 0x0806 für ARP usw.


LAN / MAN

Ethernet-Schichtenhierarchie: MAC, LLC, SNAP

MAC-PDU Ethernet II und/oder IEEE-802.3-Ethernet

2

Logical Link Control – LLC

Class 1, 2, 3, 4

3

Network

Media Access Control – MAC

LLC-SAP1 LLC-SAPn

PHY-SAP

1

Physical – PHY, Bitübertragung 10, 100, ... Mbps

MAC-SAP IEEE-802.3-

MAC-SAP Ethernet II

2

LLC Class 1

2

SNAP

SNAP-SAP

LLC-SAP

2

LLC Class 1, 2, 3, 4

3

Network

MAC

LLC-SAP1 LLC-SAPn

PHY-SAP

1

PHY, Bitübertragung 10, 100, ... Mbps

2

LLC Class 1

2

SNAP

SNAP-SAP

LLC-SAP

LLC-PDUs

SNAP-PDUs Sub Network Access Protocol

MAC-SAP IEEE-802.3-

MAC-SAP Ethernet II


LAN / MAN

Ethernet-Schichtenhierarchie: Ethernet-MAC-Frames

Wird durch IP-Anwendungen verwendet (IP,

ARP, RARP). Nach den Adressenfeldern folgen 2-Byte Typfeld und dann die SDU

Ethernet-II Ethernet-II





IEEE-802.3-Ethernet IEEE-802.3-Ethernet

Tagged MAC-Frame spezifiziert in 802.3 und 802.1Q Angewendet nur zwischen Koppelelementen

Tagged MAC-Frame spezifiziert in 802.3 und 802.1Q Angewendet nur zwischen Koppelelementen


oder erweiterte LLC-PDUs. Diese Protokoll-erweiterung nennt man SNAP (Sub-Network Access Protocol)



Es werden 4 zusätzliche Bytes eingefügt: 1000 0001 0x81 0000 0000 0x00 pppc vvvv vvvv vvvv 0x8100 Kennzeichnung Tagged Frame ppp Prioritätsbits c canonical format identifier v virtual LAN identifier

Ethernet-MAC-Frames

Jumbo-Frames

Framegrößen bis 16 kB werden verwendet. Jumbos sollen Interruptlast der Stationen minimieren und den Protokoll-overhead verringern. Alle Geräte (Switches, Routers) müssen Jumbos unterstützen. Path MTU Discovery bei IP4 Versendung eines IP4-Paketes mit der lokalen MTU-Größe und gesetztem DF-Bit (Don’t Fragment). Router, die diese MTU-Größe nicht unterstützen, senden eine ICMP-Message Typ 3 Code 4 (Destination Unreachable Fragmentation

Needed, DF Set) zurück, der auch die eigene MTU enthält. Der Host verwendet dann diese MTU. Bei VoIP können Jumbos zu großen Verzögerungen führen.


LAN / MAN

Ethernet-Schichtenhierarchie: MAC-, LLC-, SNAP-Frames

DSAP destination service access point LLC logical link control MAC media access control MAC-DA MAC destination address

MAC-SA MAC source address PCI protocol control information PDU protocol data unit SSAP source service access point

Network-PDU

14 Byte

Ethernet-II

IEEE 802.3-Ethernet

2

LLC

2

MAC

3

Network

2

SNAP

43|42 ... 1497|1496 7 Preamble

7 Preamble

1 Delimiter

1 Delimiter

2 Length

6 MAC-DA

6 MAC-SA

1 DSAP

1 SSAP

1 | 2 Control

n Extension

n Extension

4 FCS

46 ... 1500 Data + Padding

2 EtherType

6 MAC-DA

6 MAC-SA

7 Preamble

7 Preamble

1 Delimiter

1 Delimiter

n Extension

n Extension

4 FCS

2

LLC

2

MAC

3

Network

2

SNAP

1 DSAP

1 SSAP

1 | 2 Control

LLC-PCI mit SNAP-ErweiterungI

1 AAh

1 AAh

1 03h

3 OrgID

2 PID

IEEE 802.3- Ethernet-Header

IEEE 802.3- Ethernet-Header

Ethernet-II-Header

38 ... 1492 7 Preamble

7 Preamble

1 Delimiter

1 Delimiter

2 Length

6 MAC-DA

6 MAC-SA

n Extension

n Extension

4 FCS

1 AAh

1 AAh

1 03h

3 OrgID

2 PID

64 ≤ gesamte Rahmenlänge ≤ 1518 Byte

46 ... 1500 Byte 4

LLC-PCI

Extension wird nur bei Ethernets mit mehr als 10

Mbit/s genutzt

LLC-PCI

SNAP-PCI EtherType


LAN / MAN

Ethernet-Schichtenhierarchie: Der Ethernet-II-Frame

Der DIX-Ethernetrahmenaufbau wurde in den IEEE 802.3-Standard übernommen. Ethernet-II-Frame auch Ethernet V.2.:

46 ... 1500 Data + Padding

2 EtherType

6 MAC-DA

6 MAC-SA

7 Preamble

7 Preamble

1 Delimiter

1 Delimiter

4 FCS

Dieser Rahmentyp verstößt gegen den IE3-Ansatz, Netzwerke nur über LLC zu nutzen. Er wird heute aber trotzdem vorzugsweise für IP-Anwendungen genutzt.

Nach Preamble, Delimiter, MAC-Ziel- und MAC-Absenderadresse wird im Feld Ethertype der Benutzer der MAC-Schicht nach RFC 894 kodiert: 0x0800 = IP,

0x0806 = ARP,

0x809B = AppleTalk, …

weitere EtherTypes: http://www.iana.org/assignments/ethernet-numbers

Beachte: Der Ethernet-II-Rahmen enthält keine Konzepte für eine gesicherte Datenübertragung, wie

z.B. Sende- und Empfangsfolgezähler (N(S) und N(R)), Rahmentyp usw.

Fehler müssen durch die höheren Schichten erkannt und behoben werden.


http://www.iana.org/assignments/ethernet-numbers



LAN / MAN

Ethernet-Schichtenhierarchie: Der Ethernet-II-Frame

Die Integrität von Ethernet-II-Rahmen wird mittels FCS (frame check sequence) überprüft.Das verwendete Generatorpolynom lautet:

Wird ein Rahmen mit einer ungültigen FCS empfangen, wird dieser Rahmen durch die empfangende MAC-Instanz verworfen.

MAC ist nicht in der Lage, eine gesicherte DÜ zu leisten. Dies leisten kann z.B.: – LLC, Schicht-2-Protokoll – TCP, Schicht-4-Protokoll.

Ethernet-II-Rahmen werden asynchron übertragen.

Nach jedem Rahmen ist deshalb eine Wartezeit (Inter Frame GAP - Rahmenzwischenraum) einzuhalten: – 10 Mbps-Ethernet 9,6 µs – 100 Mbps-Ethernet 0,96 µs – 1 Gbps-Ethernet 0,096µs


LAN / MAN

Ethernet-Schichtenhierarchie: Der IEEE-802.3-Ethernet-Frame

IEEE definierte eigenen MAC-Frame: IEEE-802.3-Ethernet-Frame.

Dieser dient dem Transport von IEEE-802.2-LLC-Frames. – Anstelle des Ethertyp-Feldes hat dieser Rahmen ein Längenfeld. – In Ethernets werden Ethernet-II- und IE3-802.3-Ethernet-Frames parallel verwendet.

Deshalb ist eine Methode zur Unterscheidung erforderlich: – Der Wert eines Length-Feld ist immer kleiner, gleich als (1500)d bzw. (5DC)h. – Der Wert eine EthernetType-Feldes ist bei IETF-Anwendungen immer > (1500)d bzw.

(5DC)h.

Wie in einem IE3-802.3-Ethernet-Frame IP-Frames übertragen werden, regelt RFC 948: – DSAP und SSAP erhalten den Wert (96)d bzw. (60)h, – Verwendung des LLC-Typ1-Frames: Unnumbered Information (03)h, – In Destination-SAP und Source-SAP werden gleiche Werte eingetragen (siehe Folie). – danach folgt der IP-Frame.

43|42 ... 1497|1496 7 Preamble

7 Preamble

1 Delimiter

1 Delimiter

2 Length

6 MAC-DA

6 MAC-SA

1 DSAP

1 SSAP

1 | 2 Control

4 FSC


1 60h

1 60h

1 03h IP-Frame

LAN / MAN

802.2: LLC-PDU-Format and address field /http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.2-1998.pdf/

Struktur in Sendereihenfolge:

Address fields:

DSAP address

8 bits

1 2 3 4 5 6 7 8

SSAP address

8 bits

1 2 3 4 5 6 7 8

Control

8 or 16 bits

1 2 3 4 5 6 7 8|16

Information

M * 8 bits

DSAP – destination service access point LSB – least signification bit PDU – protocol data unit SSAP – source service access point

I|G D D D D D D D C|R S S S S S S S

I|G = 0: individual address

I|G = 1: group address

C|R = 0: command

C|R = 1: response

X 0 D D D D D D DSAP address

X 0 S S S S S S SSAP address

X 1 D D D D D D Reserved for ISO definition

X 1 S S S S S S Reserved for ISO definition

LSB LSB

1 1 1 1 1 1 1 1 Global DSAP address

allgemeiner Aufbau

für Broadcast


LAN / MAN

802.2: SSAP-, DSAP-addresses (Auswahl)


Die jeweils niederwertigsten Bits von SSAP und DSAP fungieren als I|G- bzw. C|R-Bits. Damit sind noch 27 = 128 SAPs adressierbar.

Eine Auswahl von SAP-Adressen:

Link-SAP Protokoll Organisation Nutzung

Dezimal Inet Hex

0 00 NULO IEEE Für Typ 1: UI, XID, Test (verbindungslose Dienste)

2,3 02,03 LLC IEEE LLC Sublayer Management: Individual, Group

4,5 04,05 SNA IBM Path Control SNA: Individual, Group

6 06 IP IETF Internet Protocol

8,12 08,0C SNA IBM IBM 3270 Workstation Program: Individual, Group

16 10 IPX Novell IPX

128-134 80-86 XNS Xerox Xerox Network Services

152 98 ARP IETF Address Resolution Protocol

170 AA SNAP IETF Sub-Network Access Protocol

224 E0 IPX Novell Network Layer Routing

240 F0 NetBIOS IBM

255 FF LLC IEEE LSAP-Broadcast

LAN / MAN

802.2: LLC-PDU-Format: control fields /http://standards.ieee.org/getieee802/download/802.2-1998.pdf/

I-Frame (information)

S-Frame (supervisory)

U-Frame (unnumbered)

F final bit in response LLC PDUs

M modifier function bit

N(S) send sequence number

N(R) receive sequence number

P poll bit in command LLC PDUs

S supervisory function bit

X reserved and set to zero

1 1 1 0 P/F 1 1 1

1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16

1 0 S S X X X X 1 0 S S X X X X P/F N(R) P/F N(R)

1 1 M M P/F M M M 1 1 M M P/F M M M

1 0 0 0 0 0 0 0 P/F N(R) (Receive ready) RR

1 0 0 1 0 0 0 0 P/F N(R) (Reject) REJ

1 0 1 0 0 0 0 0 P/F N(R) (Receive not ready) RNR

1 1 1 1 P 1 1 0

1 1 0 0 P 0 1 0

1 1 0 0 F 1 1 0

1 1 1 1 F 0 0 0

1 1 1 0 F 0 0 1

SABME command (set ABM mode extended)

DISC command (disconnect)

UA response (unnumbered acknowledge)

DM response (disconnect mode)

FRMR response (frame reject)

0 N(S) 0 N(S) P/F N(R) P/F N(R)

1 1 0 0 P 0 0 0

1 1 0 0 P/F 1 1 1

1 1 1 1 P/F 1 0 1

1 1 1 0 P/F 1 1 0

UI command (unnumbered information)

TEST cmd/rsp (test)

XID cmd/rsp (exchange identification)

AC0 cmd/rsp (information/acknowledge sequence 0)

AC1 cmd/rsp (information/acknowledge sequence 1)


LAN / MAN

802.2: LLC-PDU-Format: control fields

LLC ist ein HDLC-Derivat (High-level data link control) und verwendet folgende Rahmentypen:

I-Rahmen: – zur nummerierten Datenübertragung, mit gleichzeitiger Quittierung. – Diese enthalten eine Sendefolgenummer zur Nummerierung von Sendeframes und eine

Empfangsfolgenummer zur Quittierung richtig empfangener Sendeframes vom Partner. – Die Nummerierung erfolgt mod(128), d.h. 0, 1, 2, ..., 126, 127, 0, 1,... – N(S)=x wird mit N(R)=x+1 quittiert.

S-Rahmen (RR, RNR, REJ): – zur Quittierung von Datenrahmen und weitere Empfangsbereitschaft (RR – receive ready), – Quittierung von Datenrahmen und Anzeige von Besetztzuständen (RNR – receive not ready), – gezielte Zurückweisung von Datenrahmen (REJ - reject).

U-Rahmen: – Verbindungsaufbau (SABME , UA|DM), – Verbindungsabbau (DISC , UA|DM), – Parameteraushandlung (XID, XID – verbindungslose, quittierte Datenübertragung (AC0-info AC0-ack bzw. AC1-info AC1-ack).


LAN / MAN

802.2: Typen und Klassen von LLC-Operationen


Man unterscheidet 3 Dienststypen : (1) Verbindungslose unnummerierte Datenübertragung (unsichere DÜ) (2) Verbindungsorientierte nummerierte Datenübertragung (sichere DÜ, hoher Datendurchsatz) (3) Verbindungslose nummerierte Datenübertragung (sichere DÜ, geringer Datendurchsatz)

Daraus werden 4 Klassen gebildet:

Dienst-Typ

Commands Responses LLC-Class 1 LLC-Class 2 LLC-Class 3 LLC-Class 4

1 UI x x x x

1 XID XID x x x x

1 TEST TEST x x x x

2 I I x x

2 RR RR x x

2 RNR RNR x x

2 REJ REJ x x

2 SABME UA x x

2 DISC DM x x

2 FRMR x x

3 AC0 AC0 x x

3 AC1 AC1 x x

LAN / MAN

SNAP - Sub-Network Access Protokoll

Wird in IE3-802.3-Ethernet-Frames SNAP übertragen, geschieht das wie folgt: – DSAP und SSAP erhalten den Wert (170)d (AA)h, – Verwendung des LLC-Typ1-Frames: Unnumbered Information (03)h, – danach folgt der SNAP-PCI, bestehend aus OrgID und PID.

Das SNAP hat zum Ziel, einen größeren Adressenraum bereit zu stellen. – LLC stellt lediglich 27-2 = 126 Adressen zur Verfügung. – Mittels SNAP können 224 Organisationen je 216 = 65536 Protokolle unterscheiden

Wird mittels SNAP ein EtherTyp-Paket transportiert, sieht dies wie folgt aus:

SNAP-Organization OrgID

EtherType 00 00 00

Cisco 00 00 0C

IBM 00 02 55

IEEE-802.1 Committee 00 80 C2

Apple 00 00 F8

SNAP-Protocol ( EtherType) PID

IP 08 00

ARP 08 06

RARP 80 35

usw.

1 AAh

1 AAh

1 03h

3 OrgID

2 PID

38 ... 1492 7 Preamble

7 Preamble

1 Delimiter

1 Delimiter

2 Length

6 MAC-DA

6 MAC-SA

n Extension

n Extension

4 CRC

1 AAh

1 AAh

1 03h

3 00 00 00

2 EtherType


LAN / MAN

MAC-Nutzung Internet-Applikationen

Manchester-coded Bitstream

Laye

r 2

La

yer

1

Laye

r 3

La

yer

4

FTP FTP Telnet Telnet SMTP POP SMTP POP SNMP SNMP DNS DNS HTTP HTTP

TCP Transmission Control Protocol

TCP Transmission Control Protocol

UDP User Datagram Protocol

UDP User Datagram Protocol

Ping Ping



ARP Address Resolution Protocol

ARP Address Resolution Protocol

ICMP Internet Control Message Protocol

ICMP Internet Control Message Protocol

MAC (Ethernet-II-Frames) MAC (Ethernet-II-Frames)

RARP Reverse ARP RARP Reverse ARP

Appl. data

Appl. data Application header


TCP/UDP header

User data Application header

TCP/UDP header


TCP/UDP header

IP header

User data Application header

TCP/UDP header


TCP/UDP header

IP header

Ethernet header

Ethernet trailer

Ping clt/srv Ping clt/srv

FTP clt/srv FTP clt/srv

Telnet clt/srv Telnet clt/srv

Mail clt/srv Mail clt/srv

WWW clt/srv WWW clt/srv

SNMP clt/srv SNMP clt/srv

DNS clt/srv DNS clt/srv Applications

Application Protocols


Laye

r 7

Transport Protocols

LAN / MAN

MAC-Nutzung: Durch TCP/IP-basierte Applikationen

Internetapplikationen (IP, ARP, …) verwenden Ethernet-II-Rahmen

2 Media Access Control - MAC

PHY-SAP

3 IP 3 ARP 3 OTHER

IP-SAP ARP-SAP OTHER-SAP

2 Media Access Control - MAC

3 IP 3 ARP 3 OTHER

IP-SAP ARP-SAP OTHER-SAP

PHY-SAP

Ethernet-II-Frame

46-1500 Byte IP datagram

28 Byte ARP request/replay

18 Byte Padding

28 Byte RARP request/replay

18 Byte Padding

0800H 0800H

0806H 0806H

8035H 8035H

DECnet 6003H 6003H

Apple Talk 809BH 809BH

8137H 8137H Novell IPX

16 bit EtherTyp

16 bit EtherTyp

48 bit MAC-DA

48 bit MAC-SA

32 bit FSC MAC-Client Data + Padding 42 bit

Preamble 42 bit

Preamble 8 bit

Delimiter 8 bit

Delimiter


LAN / MAN

MAC-Nutzung: Ethernet-II-Frame

0000 00 10 dc 1a 81 2e 00 09 5b 2b 93 8c 08 00 45 00

0010 00 30 00 00 00 00 36 06 75 d1 8d 37 c1 15 c0 a8

0020 00 02 00 50 04 20 f7 e9 b9 70 39 a5 6b 12 70 12

0030 16 d0 03 50 00 00 02 04 05 2a 01 01 04 02

Frame 4 (62 bytes on wire, 62 bytes captured)

Ethernet II, Src: 00:09:5b:2b:93:8c, Dst: 00:10:dc:1a:81:2e

Internet Protocol, Src Addr: 141.55.193.21 (141.55.193.21), Dst Addr: 192.168.0.2 (192.168.0.2)

Transmission Control Protocol, Src Port: http (80), Dst Port: 1056 (1056), Seq: 0, Ack: 1, Len: 0

IE3 802.3-Ethernet-Header Preamble MAC-SDU

7 Preamble

7 Preamble

1 Delimiter

1 Delimiter

2 Typ 2

Typ 6

MAC-DA 6

MAC-SA

(0800)h Ethertype: IP


LAN / MAN

0000 ff ff ff ff ff ff 00 d0 b7 b7 cc 16 00 4c e0 e0

0010 03 ff ff 00 49 00 00 00 00 00 00 ff ff ff ff ff

0020 ff 90 01 ca fe 02 40 00 d0 b7 b7 cc 16 90 01 83

0030 1b 02 00 0f 01 00 00 11 02 00 02 40 01 04 00 1e

0040 00 2b 40 02 00 02 40 01 04 01 c0 08 00 00 00 00

0050 00 00 00 00 c5 04 00 00 05 d9

MAC-Nutzung: IEEE 802.3-Ethernetframe mit LLC

IE3 802.3-Ethernet-Header Preamble LLC-PCI LLC-SDU

7 Preamble

7 Preamble

1 Delimiter

1 Delimiter

2 Length

6 MAC-DA

6 MAC-SA

1 e0h

1 e0h

1 03h

(00 4c)h (76)d

Destination: ff:ff:ff:ff:ff:ff (Broadcast)

Source: 00:d0:b7:b7:cc:16 (141.55.240.104)

Length: 76

Logical-Link Control

DSAP: NetWare (0xe0)

IG Bit: Individual

SSAP: NetWare (0xe0)

CR Bit: Command

Control field: U, func=UI (0x03)

Internetwork Packet eXchange


LAN / MAN

MAC-Nutzung: IEEE 802.3-Ethernetframe mit LLC-SNAP

IE3 802.3-Ethernet-Header Preamble LLC-PCI LLC-SDU

7 Preamble 7 Preamble

1 Delimiter 1 Delimiter

2 Length

6 MAC-DA

6 MAC-SA

1 aah

1 aah

1 03h

3 OID

2 PID

SNAP-PCI

(00 1d)h (29)

DA: 09:00:07:ff:ff:ff (AppleTalk Broadcast)

SA: 00:c0:02:81:74:49 (Sercomm_81:74:49)

Length: 29 Logical-Link Control DSAP: SNAP (0xaa) IG Bit: Individual SSAP: SNAP (0xaa) CR Bit: Command Control field: U, func=UI (0x03)

OID: Apple (AppleTalk) (0x080007) PID: Appletalk (0x809b) Datagram Delivery Protocol

Padding

0000 09 00 07 ff ff ff 00 c0 02 81 74 49 00 1d aa aa

0010 03 08 00 07 80 9b 00 15 00 00 00 00 ff 59 ff 01

0020 06 06 06 05 00 00 00 00 00 01 2a 00 00 00 00 00

0030 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00 00


LAN / MAN

Ethernet-Familie - Grobübersicht

Ethernet-Familie

100-Gigabit-Ethernet 100.000 Mbps

Ethernet 10 Mbps

10Base-5/2 10Base-T 10Base-FL

Fast-Ethernet 100 Mbps

100Base-TX 100Base-FX

Coax Twisted pair LWL


10GBase-T 10GBase-SW 10GBase-LW 10GBase-EW

10GBase-SR 10GBase-LR 10GBase-ER


1000Base-T 100Base-SX 100Base-LX Gigabit-Ethernet 1.000 Mbps n

ur

für

LAN

s fü

r LA

Ns

un

d W

AN

s


40GBase-SR4 40GBase-LR4

100GBase-LR4 40GBase-ER4 E – extrem long (1550nm) , L – Long (1310nm), S- short (850nm) R – LAN-Anwendung W – WAN-Anwendung

Anzahl der Wellenlängen-Multiplex-Kanäle

LAN / MAN

Ethernet-Familie: 802.3-Bezeichner

802.3- Bezeichner

Datenrate in Mbps/ Maxmode1)

Segment länge in km Medium/Wellenlänge Bemerkungen

10BASE-5 10 / hx 0,5 Koax-RG-8 DIX-Ethernet (Yellow Cable) KarteKabelTransceiverKoax

10BASE-2 10 / hx 0,185 185m/Koax RG-58 Cheapernet, KarteBNCKoax

10BASE-T 10 / dx 0,1 2UTP Cat3.. Twisted-Pair-Ethernet

10BASE-FL 10 / dx 2 2 LWL Fiber Link (LWL) zwischen Stationen oder Repeaters

100BASE-TX 100 Mbps/dx 0,1 2 UTP, Cat5.. Twisted Pair

100BASE-FX 100 Mbps/dx 0,4 2 LWL-MM Fiber

1000BASE-T 1 Gbps/dx 0,1 4 UTP, Cat5.. Twisted Pair

1000BASE-LX 1 Gbps/dx 5 2 LWL-SM/1310nm Fiber, L – Long wave

1000BASE-SX 1 Gbps/dx 0,4 2 LWL-MM/850nm Fiber, S – Short wave

10GBASE-ER 10 Gbps/dx 40 2 LWL-SM/1550nm E – extrem long (1550nm) , L – Long (1310nm), S- short (850nm) R – LAN-Anwendung

10GBASE-LR 10 Gbps/dx 10 2 LWL-SM/1310nm

10GBASE-SR 10 Gbps/dx 0,3 2 LWL-MM/850nm

10GBASE-EW 9,58 Gbps/dx 40 2 LWL-SM/1550nm W – Wide area network Es wird synchron übertragen, die Datenraten entsprechen SONET/SDH

10GBASE-LW 9,58 Gbps/dx 10 2 LWL-SM/1310nm

10GBASE-SW 9,58 Gbps/dx 0,3 2 LWL-MM/850nm

802.3-Bezeichner = Datenrate Übertragungsart "-" (Segmentlänge*100m | Medium)


LAN / MAN

Titel: IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements

Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications

Inhaltsübersicht:

SECTION ONE, 10 Mb/s 1. Introduction 2. Media Access Control (MAC) service specification 3. Media access control frame structure 4. Media Access Control 5. Layer Management 6. Physical Signaling (PLS) service specifications 7. Physical Signaling (PLS) and Attachment Unit Interface (AUI) specifications 8. Medium Attachment Unit and baseband medium specifications, type 10BASE-5 9. Repeater unit for 10 Mb/s baseband networks 10. Medium attachment unit and baseband medium specifications, type 10BASE-2 11. Broadband medium attachment unit and broadband medium specifications, type 10BROAD36 12. Physical signaling, medium attachment, and baseband medium specifications, type 1BASE-5 .... 20.

SECTION TWO, 100 Mb/s: 21. bis 33.

SECTION THREE, 1000 Mb/s 34. bis 43.

Der Standard 802.3 (2002, ca. 1500 Seiten)


LAN / MAN

Skizze des ersten Ethernets

A drawing of the first Ethernet system by Bob Metcalfe.

Bob Metcalfe,

the inventor of Ethernet1)

Image Credit: Asa Mathat

1)http://www.computerworld.com/managementtopics/management/itspending/story/0,10801,90951,00.html


http://www.ethermanage.com/ethernet/metcalfe-drawing.html

LAN / MAN

802.3-1: Introduction

Dieser Standard unterstützt verschiedene Medientypen und –techniken für Signalraten von 1Mb/s...1000Mb/s:

• 1 Mb/s im Basisband, • 10 Mb/s im Basisband und Breitband (Fernsehkabel), • 100 Mb/s , 1000 Mb/s im Basisband.

Zwei Betriebsarten werden unterstützt: half duplex (hx) und full duplex (dx). – Halbduplex ist das einzig sinnvolle Verfahren, wenn sich zwei oder mehr Stationen ein

gemeinsames Medium (Kollisionsdomäne) teilen. • Um zu Senden, wartet eine Station solange, bis das gemeinsame Medium frei ist und sendet

dann seine Nachricht in bitserieller Form. • Tritt beim Senden eine Kollision mit einer anderen Station auf, wird dieser Konflikt durch

einen „Backoff-Mechanismus“ aufgelöst. hx ist mit allen Medien und Konfigurationen (Bus, Stern) möglich.

– Duplex erlaubt die simultane Kommunikation zwischen zwei Stationen über ein Point-to-point-Medium pro Richtung.

• Diese Konfiguration nutzt üblicherweise eine Multiport-Bridge, Switch genannt. • Multiport-Repeaters (Hub) sind für diese Betriebsart nicht geeignet.


LAN / MAN

802.3-1: Interpretation hx, dx

Bus, direkter Anschluss an Medium: – nur hx sinnvoll, – einer sendet, Signal „flutet das Medium“, alle

anderen empfangen, – alle Stationen bilden eine Kollisionsdomäne.

Logischer Bus mit Hub, sternförmiger Anschluss über 2 Cu-DA: – nur hx ist sinnvoll, denn Hub ist Bus, – einer sendet, Signal „flutet das Medium“, alle

anderen empfangen, nur der Sender nicht1). – alle Stationen bilden eine Kollisionsdomäne.

Stern mit Switch, Anschluss über 2 Cu-DA erlaubt dx und hx – X sendet an Y über Link B, – Y sendet an X über Link A.

E E E S/E

Switch

Links

hx

hx

hx | dx

E E S/E E

Hub

S/E S/E

Bus

X Y

1) Ein Empfangssignal während des Sendens, zeigt eine Kollision an.


B

A

J

I

LAN / MAN

802.3-1: Introduction: OSI-Sicht, Implementationssicht

Die LAN-/MAN-Standardisierer bei IEEE nutzen zwei Reference Models (RM's): – OSI-RM-Sicht OSI-Sicht auf die Funktionalität, PHY und DL

– IM-RM-Sicht Implementationsicht, d.h. Anordnung der Funktionalität in PHY

Die OSI-RM-Sicht liefert: – Klarheit und Flexibilität, erreicht durch die Trennung:

• in medienabhängige Funktionen PHY und MAC, • in medienunabhängige LLC-Funktionen.

– Oberhalb LLC kann man einheitlich die Ethernet-Familie nutzen ( von 10Base … 10GBase)

Die IM-RM's gliedern die Funktionalität innerhalb eines 802.3-Physical-Layer.

Funktionen werden mittels Interfaces gegliedert. Es werden verwendet: – MDI - Medium Dependent Interface: Art und Weise der Anschaltung an das Medium, Signalpegel,

Impedanzen – AUI - Attachment Unit Interface: Einige Data Terminal Equipments (DTEs) sind vom Medium

entfernt. Das AUI ist dann real ein mehradriges Kabel zwischen PLS und MAU (10BASE-5). Bei einigen DTEs ist dieses Interface nicht erforderlich, weil der Medienanschluss direkt an der Ethernetkarte erfolgt (10BASE-2).

– MII - Media Independent Interface. Dieses Interface ist optional. – GMI - Gigabit Media Independent Interface


LAN / MAN

802.3-1: Introduction: OSI-RM, IM-RM, Interfaces

reconcilation Abgleich, attachment - Anschluss

AUI Attachment Unit Interface MDI Medium Dependent Interface MII Media Independent Interface GMII Gigabit Media Independent Interface

MAU Medium Attachment Unit PLS Physical Layer Signaling PCS Physical Coding Sublayer PMA Physical Medium Attachment PHY Physical Layer Device PMD Physical Medium Dependent

Figure 1-1-LAN standard relationship to the ISO/IEC OSI reference model

OSI REFERENCE MODEL LAYERS

LAN CSMA/CD LAYERS

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL

LLC – LOGICAL LINK CONTROL

MAC CONTROL (OPTIONAL)

MAC - MEDIA ACCESS CONTROL

PLS

MEDIUM

PMA

RECONCILIATION

MEDIUM

PMA

PLS

PMA

RECONCILIATION

MEDIUM

PMD

PCS

PMA

RECONCILIATION

MEDIUM

PMD

PCS

HIGHER LAYERS

MDI MDI MDI MDI

MII

AUI

AUI

MII GMII

INTERFACES FUNCTIONS

10 Mb/s 10 Mb/s 100 Mb/s 1000 Mb/s


LAN / MAN

802.3-2: MAC service specification


AUI Attachment Unit Interface MDI Medium Dependent Interface MII Media Independent Interface GMI Gigabit Media Independent Interface MAU Medium Attachment Unit

PLS Physical Layer Signaling PCS Physical Coding Sublayer PMA Physical Medium Attachment PHY Physical Layer Device PMD Physical Medium Dependent



LAN CSMA&CD LAYERS

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL




PLS

MEDIUM

PMA

RECONCILIATION

MEDIUM

PMA

PLS

PMA

RECONCILIATION

MEDIUM

PMD

PCS

PMA

RECONCILIATION

MEDIUM

PMD

PCS

HIGHER LAYERS

10 Mb/s 10 Mb/s 100 Mb/s 1000 Mb/s

MDI MDI MDI MDI

MII

AUI

AUI

MII GMII


LAN / MAN

802.3-2: MAC service specification primitive relationships

MAC-SAP

MA-DATA.request (destination_address, source_address, m_sdu service_class)

MA-DATA.indication (destination_address, source_address, m_sdu reception_status)

collisionDetect

transmitting Data

Variables sind Signalleitungen

TransmitBit

ReceiveBit

Wait

Functions MAC steuert damit PHY

PHY

MAC

MAC client

carrierSense

receiveDataValid


LAN / MAN

Zusammenarbeit N, MAC und PH beim Senden

MAC-SAP MA-DATA.request

(destination_address,

source_address,m_sdu)

MA-DATA.indication

(destination_address,

source_address,m_sdu)

{0,1}

PH

DL

N

Binär

Manchester

{0,1}

Binär

Manchester

Collision Detect

Physical Medium


{0,1} Sendedaten Kollision Empfangs

-daten

.

1

1

1

1

0

.

.

.

.

.

(1) MAC sende an X Daten

(2) Medium frei?

Carrier Sense

(3) Wenn frei? • Sender einschalten • Daten zum Sender • Kollisionsprüfung ein

LAN / MAN

802.3-4: Functional model of the MAC method

Die MAC-Subschicht hat die Aufgaben: – Daten vom MAC-Client annehmen,

Senderahmen codieren, Rahmen kollisionsvermeidend senden, aufgetretene Kollision auflösen.

– Rahmen empfangen, decodieren und dem MAC-Client übergeben.

In Fig. 4-2 unterscheidet man: – Aufgaben: a1, a2, b1, b2, b3 – Bedingungen: c, d, ..., m, n

MAC-SAP

TRANSMIT DATA ENCAPSULATION a1

RECEIVE DATA ENCAPSULATION b2 b3

TRANSMIT MEDIA ACCESS MANAGEMENT a2 c d f g h i k m

TRANSMIT MEDIA ACCESS MANAGEMENT b1 e j l n

PHY-SAP

TRANSMIT DATA ENCODING

Physical Layer Signalling

RECEIVE DATA DECODING

MAC Client Sublayer

Figure 4-2 CSMA/CD MAC functions


LAN / MAN

802.3-4: Functional model of the MAC method (a1, a2)

a1 Daten vom MAC-Client entgegennehmen und einen Rahmen bilden Be-

dingungen

d Prüfen der Sendebitanzahl auf ganzzahlige Vielfache von 8 Bit, Berechnung der Frame Check Sequence – FCS genannt, über DA, SA, Typ, Data+PAD.

k Rahmen zusammenstellen: Preamble, SFD, DA, SA, Typ, Data+PAD, FCS, Extensions.

Ein PAD-Feld wird nur hinzugefügt, falls die Anzahl der Senddaten <46 Byte ist

m Bei Vü ≥ 100 Mbps und hx-Mode, Extension (Rahmenerweiterung) zur Kollisionserkennung hinzufügen.

a2 Rahmen bitseriell an Physical layer zum Senden übergeben Be-

dingungen

c Kollisionsvermeidung im hx-Mode: stelle die Übergabe zurück, wenn Medium bereits belegt ist,

f Rahmenabstand einhalten: wird Medium frei, beginne die Übergabe erst nach GAP

g Kollisionsmanagement im hx-Mode: beende die Übergabe, wenn eine Kollision auftritt

i Kollisionsmanagement im hx-Mode: sende im Kollisionsfall ein JAM-Signal (4*AAh

h Kollisionsmanagement im hx-Mode: tritt eine Kollision ein, beginne mit der erneuten Übergabe erst nach einer Backoffzeit. Brich die Übergabe ab, wenn die Anzahl der Sendeversuche zu groß.


LAN / MAN

802.3-4: CSMA/CD-MAC method

CSMA/CD :

(1) carrier sense

(2) multiple access

(3) collision detection

Übertrage Frame

Setze Frame zusammen

Warte Interframe GAP period Starte Übertragung

collision detected

Sende JAM-Signal 4*AAh

Inkrement Anzahl Zugriffsversuche

zu viele Versuche

Fortsetzung der Übertragung

alles gesendet

Frame übertragen Abbruch

Berechne Backoffzahl

Warte Backoffzeit

Transmit Frame nach Fig. 4-4a, 802.3

n

y

n

n

y

n

y

Kollision?

y carrier sense

signal ON Medium frei?


LAN / MAN


function Random (low, high: integer): integer;

begin

Random := //Ermittlung einer Zufallszahl r: low ≤ r < high

end;

var maxBackOff: 2..1024; //Working variable of BackOff

procedure BackOff;

begin

if attempts = 1 then maxBackOff := 2

else if attempts <= backOffLimit then maxBackOff := maxBackOff * 2;

Wait(slotTime * Random(0, maxBackOff))

end;

aus procedure BackOff resultierende Backofftabelle für 10BASE- Zugriffsversuche Backoffzahl Möglicher Backoffzeitbereich µs

1 0..1 0..51,2 2 0..3 0..153,3 3 0..7 0..358,4 4 0..15 0..768 5 0..31 0..1587,2 6 0..63 7 0..127 8 0..255 9 0..511 10..15 0..1023 0.. 52377,6 16 Abbruch


LAN / MAN

802.3-4: Functional model of the MAC method (b1, b2, b3)

b1 Daten vom Physical layer bitseriell übernehmen: Be-

dingungen

e Rahmen auf Übertragungsfehler durch Auswertung des FCS-Wertes und exakte Empfangsbitzahl (N*8Bit) prüfen.

j Zu kurze Rahmen verwerfen

l Entfernen von Preamble, SFD, DA, SA, Typ, FCS

n Entfernen der Extension, wenn Vü ≥ 100 Mbps und hx-Mode.

b2 Übergabe der Daten an den MAC-Client Be-

dingungen (MA-DATA.indication), wenn Daten an die Station oder Broadcast gerichtet waren.

b3 Verwerfen der Daten oder Übergabe an Management Be-

dingungen ,wenn Daten nicht für eigene Station bestimmt waren.


LAN / MAN


Empfange Frame

Starte Empfang

y Empfang erlaubt ?

(Management)

y

Receive Frame nach Fig. 4-4b, 802.3

Nimm Rahmen auseinander

Alles empfangen?

Rahmen zu klein? (Kollision)

Rahmen für eigene Station?

Rahmen zu lang?

gültige FCS?

gültiges Längen- bzw. Typ-Feld

Fertig: Empfang OK

n

y

n

y

n

n

Rahmen zu klein? (Kollision)

y

y

Fertig:Rahmen zu lang

Fertig:Längenfehler

Fertig: FSC-Fehler

y

y

y

n

n


LAN / MAN


Sendeeinleitung: – Ethernetstationen wissen nichts voneinander. Soll Station A Frame senden, prüft diese zuerst

Freizustand des Mediums (CS), damit bereits sendende Station nicht gestört wird. – Ist Medium frei, beginnt A nach GAP-Time sofort mit der Sendung. – Ist Medium nicht frei, überwacht A das Medium. Wird Medium frei, beginnt nach 9,6 µs (10

Mbit/s-Ethernet) Wartezeit Station A zu senden Rahmenabstand einhalten.

Kollisionsprüfung: – Neben Station A könnte aber gleichzeitig auch Station B einen Frame senden wollen. – Station B überwacht wie A das Medium. A und B erkennen den Freizustand und beginnen zu

senden Die Signale werden durch Überlagerung verfälscht. – Zur Kollisionserkennung, überwachen zu Beginn der Rahmenübertragung die Stationen das Signal

auf dem Medium mit dem eigenen Sendesignal. – Sind Bussignal und Sendesignal verschieden, wird ein Abbruchsignal (JAM-Signal) gesendet (10101010...)b(4*AA...)h.

– Die kollidierten Stationen ermitteln Backoffzahl und warten Backoffzeit und versuchen erneuten Sendeversuch.

Stationen können Kollisionen mit anderen nur detektieren, solange sie selber senden. Daraus folgt eine Mindestsendezeit bzw. Mindestrahmengröße.


LAN / MAN

802.3-4: MAC: Mindestsendezeit

Mindestsendezeit folgt aus der doppelten Zeitdauer, die ein Paket benötigt, um von dem einen Ende eines Netzes zum anderen zu kommen.

Ungünstigster Fall bei Ethernet mit max. 5 Segmenten: – A beginnt nach Freiprüfung zu senden. Signal läuft über S1RS2RS3RS4RS5. – Bevor Sendesignal von A bei B ankommt, beginnt auch B, nach Freiprüfung, zu senden Kollision. – Signalüberlagerung muss bis zu A kommen, damit dieser Kollision erkennen kann.

R

R

R

R

Segment1

Segment2

Segment3

Segment4

Segment5

t

A B

Laufzeit Segment1

Repeater- verzögerung


LAN / MAN

802.3-4: MAC: Mindestsendezeit


Nach IEEE 802.3 gilt für ein 10BASE-5: – Übertragungsgeschwindigkeit: Vü= 10Mbit/s – Segmentlänge: Lmax = 500m – Anzahl der Segmente: Nmax= 5 – Gruppenlaufzeit: <= 5 ns/m – Repeaterverzögerung je: R<= 8 Bitzeiten

Wie lange muss eine Station mindestens senden, damit sie Zugriffskonflikt bemerkt?

Wie viel Bits sind das, bei gegebener Vü?

üV

RNLNts

**** max

maxmaxmin

12

üBit VtsA *min

Kabellaufzeit Repeaterlaufzeit

LAN / MAN

802.3-4: MAC: minimale/maximale Rahmengröße


Eine Station müsste also bei Vü=10Mbps mindestens 314/8 = 39 Byte senden, um einen Zugriffskonflikt erkennen zu können.

Im Standard wurden für MAC-Frames festgelegt: – Mindestgröße : 64 Byte Kollisionserkennung – Maximalgröße: 1518 Byte Fairness

Sind weniger als 64 Byte zu senden, wird auf 64 Byte aufgefüllt Padding

Sind mehr als 1518 Byte zu senden, wird aufgeteilt Fragmentierung

µsµsµs

bit

sbit

m

nsmts 4,312,35,12*2

10*10

*8*155*500*5*2

6min

bytebits

MbitµsABit 39314

*10*4,31

LAN / MAN

802.3-6: Physical Signaling (PLS) service specifications

Dienst Primitiv Bemerkung

Senden

PLS-DATA.request (OUTPUT_UNIT) Werte OUTPUT_UNIT : ONE | ZERO | DATA_COMPLETE (1 senden | 0 senden | Sendung beendet)

PLS_CARRIER.indication (CARRIER_STATUS) Werte CHARRIER_STATUS: CHARRIER_ON | CHARRIER_OFF (Signal | Kein_Signal auf Medium vorhanden , CS)

PLS_SIGNAL.indication (SIGNAL_STATUS) Werte SIGNAL_STATUS: SIGNAL_ERROR | NO_SIGNAL_ERROR (fehlerfreie Sendung | gestörte Sendung, CD)

Empfangen PLS_DATA.indication (INPUT_UNIT):

Werte INPUT_UNIT: ONE | ZERO (1 empfangen | 0 empfangen)

PLS_DATA_VALID.indication (DATA_VALID_STATUS) Werte DATA_VALID_STATUS: DATA_VALID | DATA_NOT_VALID (empfangene Daten gültig | ungültig)

OSI-RM

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL

LLC

MAC CONTROL

MAC

PLS

MEDIUM

PMA

IM-RM

1

PLS

PLS-SAP

PMA-SAP

MAU

PLS_CARRIER.indication

PLS_SIGNAL.indication

PLS_DATA.indication

PLS_DATA_VALID.indication

10 Mb/s

MDI

AUI

PLS_DATA.request

AUI Attachment Unit Interface MDI Medium Dependent Interface

INTERFACES MAU Medium Attachment Unit PLS Physical Layer Signaling PMA Physical Medium Attachment

FUNCTIONS


LAN / MAN

PRESENTATION

802.3-7,8: MAU and baseband medium specification, type 10BASE-5

AUI – Attachment Unit Interface: – ermöglicht eine oder mehrere Datenraten, – Kabellängen bis 50m sind zulässig, – unterstützt MAUs für baseband coax,

baseband twisted-pair, broadband coax and baseband fiber.

Auf dem Medium Manchester-Codierung: – + gleichstromfrei pro Bit – + Takt pro Bit – - großer Bandbreitebedarf

OSI-RM

APPLICATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL

LLC

MAC CONTROL

MAC

PLS

PMA

IM-RM

MEDIUM

DTE1)

1) DTE – Data Terminal Equipment

1 0 1 1 0

+0,85V

-0,85V

Mark

Space Binärsignal

Takt

Manchester-

codiert

MEDIUM: Yellow Cable, Thick-Wire, RG8 50 Ohm Impedanz Gruppenlaufzeit < 0,77

RG8-Cable

Connector

Cable

Connector

10 Mb/s

MAU MDI

AUI


LAN / MAN

802.3-7,8: Interpretation 10BASE-5

15-poliges AUI-Kabel AUI - Attachment Unit Interface

MDI – Medium Dependent Interface

MAU - Medium Attachment Unit

MAU-Foto: http://de.wikipedia.org/w/index.php?title=Datei:ThicknetTransceiver.jpg&filetimestamp=20110621000815


LAN / MAN


AUI Attachment Unit Interface MDI Medium Dependent Interface MAU Medium Attachment Unit PMA Physical Medium Attachment

Transceiver

Cable <50 m Thick wire (0,5 inch) coax cable, RG8

Ph

MAC

LLC

Medium

Firmware

und

Hardware

MAU

Verbindungskabel zwischen Karte und Transceiver

AUI

Mindestabstand

zwischen Transceivers:

2,5 m

Abschlußwidestand 50 Ohm


LAN / MAN


AUI Attachment Unit Interface MDI Medium Dependent Interface MAU Medium Attachment Unit PLS Physical Signaling

äußerer Schutz

Dielektrikum Abschirmung

Media-Außenleiter

Media-Innenleiter

Geome- triehalter

Innenleiter- kontakt-

Außenleiter- kontakt

Collision detector Collision detector

Receive- Data

Collision

Transmit- Data

Transmit- Control

Power

Earth

MAU

AUI

MDI

PLS


LAN / MAN

802.3-10: MAU and baseband medium specification, type 10BASE-2

AUI – Attachment Unit Interface ist in dieser Version nicht ausgeführt.

PMA-Funktionalität befindet sich auf der Ethernetkarte

Von der Karte direkt aufs Medium (MDI)

Auf dem Medium Manchester-Codierung: + gleichstromfrei pro Bit + Takt pro Bit - großer Bandbreitebedarf


1 0 1 1 0

+0,85V

-0,85V

Mark

Space Binärsignal

Takt

Manchester-

codiert

MEDIUM: Thin-wire, RG 58 50 Ohm Impedanz Gruppenlaufzeit < 0,77

OSI-RM

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL

LLC

MAC CONTROL

MAC

MDI

IM-RM

MEDIUM

DTE1)

RG 58-Cable

AUI

PLS

PMA MAU

10 Mb/s


LAN / MAN

Vernetzung mit Ethernet 10BASE-2 (Cheapernet)

1) BNC- " Bayonet Neill Concelman”, Stecker für koaxiale Kabeltypen, 1940 von Concelman erfunden.

Minimaler Abstand 0,5 m

Abschlußwiderstand 50 Ohm

Thin Coax 0,25 inch

BNC- Stecker

Medium

Firmware

und

Hardware

Ph

MAC

LLC

BNC1)-

Buchse

Abschlußwiderstand 50 Ohm


LAN / MAN

Vernetzung mit Ethernet 10BASE-2 (Cheapernet)

Vernetzungsbeispiel mit drei Karten

Abschlusswiderstand 50 Ohm

T-BNC-Stecker Abschlusswiderstand 50 Ohm

T-BNC-Stecker

konfektioniertes RG58-Kabel


LAN / MAN

802.3-14: Twisted-pair MAU and baseband medium, type 10BASE-T

AUI – Attachment Unit Interface ist in dieser Version nicht ausgeführt.

PMA-Funktionalität befindet sich auf der Ethernetkarte

Von der Karte direkt aufs Medium (MDI)

Auf dem Medium Manchester-Codierung:

+ gleichstromfrei pro Bit + Takt pro Bit - großer Bandbreitebedarf


MEDIUM: Twisted Pair, Kat. 3, ..

ursprünglicher Ansatz: normale Telefonkabel

100 Ohm Impedanz

Gruppenlaufzeit < 0,77

+0,85V

-0,85V

1 0 1 1 0 Mark Space

Binärsignal

Takt

Manchester-

codiert +0,85V

-0,85V

so

oder so

OSI-RM

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL

LLC

MAC CONTROL

MAC

MDI

IM-RM

DTE1)

AUI

PLS

PMA

MDI

AUI

Repeater, Switch or DTE

PMA

Twisted-Pair Link Segment

MAU

10 Mb/s

81

Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de

LAN / MAN

802.3, Part3: MAU for 10BASE--T

TD TR 1, TD+ 3, RD+

{Manchester}

CuDA 0,4..0,6 2, TD- 6, RD-

{Manchester}

1, TD+

2, TD-

3, RD+

6, RD-

{Manchester} {Manchester}

CuDA 0,4..0,6

1 0 0 1 1

TD+

TD- TD-

TD+

TD+

TD- TD-

TD+

idealer

Verlauf

realer

Verlauf

so

oder so

so

oder so


LAN / MAN

Ethernet-Topologien - Switchstrukturen

Switch Switch Switch

Switch

Twisted Pair

Twisted Pair or LWL

Switch

…

…

…

Router

Twisted Pair or LWL


LAN / MAN

802.3-7,8: Zusammenfassung10BASE-2,5,T

10BASE-2 10BASE-5 10BASE-T

Datenrate 10 10 10

Übertragungsart Basisband Basisband Basisband

Übertragungscode Manchester Manchester Manchester

Betriebsart hx hx hx, dx

Topologie Bus Bus Stern

Medium Koax, 50Ohm, , RG-58, 10 mm

Koax, 50Ohm, RG-8, 5 mm

2UTP, Kat 3,4,5, 0,4-0,6 mm

Segmentanzahl 5 5 1

Segmentlänge 185 m 500 100

Anzahl Koppelelemente 5 Segmente über 4 Repeater

5 Segmente über 4 Repeater

5 Segmente über 4 Repeater

Max. Netzausdehnung 5*185=925 m 5*500=2500 m 5*100=500 m

Stationen pro Segment 30 100 1

Stationsmindestabstand 0,5 m 2,5 m -

Stecker BNC AUI: 15-polig RJ45: 8-polig

Anschlusskabellänge 50 m 10 m -


LAN / MAN

Anwendung

Koppelelemente: Repeater, Hub, Bridge, Switch, Router

7 7

6 6

5 5

4 4

3 3

2 2

1 1

Hub Repeater Sternkoppler bei LWL

1

2

1

2

1 1

2

1

2

1

Switch Bridge 3 3

Router


Koppelelemente OSI

Repeater

Schicht 1

Schicht 1

Hub (Multiport Repeater)

Bridge

Schicht 2

Schicht 2

Switch (Multiport Bridge)

Router Schicht 3

Schicht 3

Anwendung

7 7

6 6

5 5

4 4

3 3

2 2

1 1

LAN / MAN

Koppelelemente: Bridges, Remote bridges IEEE 802-2001

Die Abbildung zeigt die Position der Brückenfunktion innerhalb der MAC-Subschicht. – Brücken basieren auf dem MAC-

Protokoll und sind transparent für LLC und höhere Schichten.

– MAC-Frames werden zwischen den LANs ausgetauscht oder gefiltert (d.h.

nicht übertragen, wenn nicht erforderlich). Dieser Mechanismus basiert primär auf den MAC-Adressen.

Verbindet man LANs z.B. über ein WAN, kommen Remote Bridges zum Einsatz.


IEEE-802-2001: Figure 4—Internal organization of the MAC sublayer with bridging

IEEE-802-2001: Figure 5—Internal organization of MAC sublayer with remote bridges

LAN / MAN

Koppelelemente: Kind of bridged LAN IEEE 802-2001

Die Abbildung zeigt Möglichkeiten, wie LANs mittels Bridges verbunden werden können. – Brücke A verbindet zwei busförmige Netze und B realisiert die Anschaltung an ein Backbone. – Brücken L, M verbinden ringförmige Netze untereinander und K ist eine Brücke zum FDDI-Backbone. – Die Multiport-Brücke S verbindet einerseits ein FDDI-Backbone mit 100-Mbit/s-Ethernet-LANs. An S sind zwei

Multiportbrücken T, S und ein Server angeschaltet. – T und U sind Multiportbrücken für mehrere Hosts und realisieren den Zugang zu einem Backbone.


IEEE-802-2001: Figure 6—A bridged LAN

LAN / MAN

Koppelelemente: Repeater, Hub, Bridge, Switch ...

Repeater, dient der Verbindung zweier identischer Netze auf Schicht-1-Niveau: – Auffrischung der elektrischen, optischen Signale, – Zusammenschaltung mehrerer Segmente.

Hub Multiport-Repeater: verbindet mehrere Stationen auf Schicht-1-Niveau. – Alle Stationen bilden eine Kollisionsdomäne.

Brigde, verbinden zwei LANs auf Schicht-2-Niveau: – Brigdes bestehen aus zwei Stationen - in jedem LAN eine, bzw. konzentriert in einem Gehäuse. – Sie geben i.d.R. nur die Pakete weiter, deren Zieladressen nicht im eigenen LAN sind. – Durch Masken können Rahmen mit bestimmten Adressen vom Transfer ausgeschlossen werden.

Switch Multiport-Bridge: verbindet mehrere Stationen auf Schicht-2-Niveau. – Die Kommunikation zwischen Stationen wird durch Bridges entkoppelt.

Router, verbinden LANs auf L-3-Niveau: – Ermittlung zweckmäßiger Wege eines Paketes durch das Netz anhand der L3-Adressen (Routing). – Anhand der L3-Adressen werden die zum Datentransport notwendigen L2-adressierten Links

(Verbindungsabschnitte) ermittelt.

Gateways, verbinden unterschiedliche LANs auf verschiedenen Schichtniveaus: – Anpassung der PDUs, der Adressen, des Routing. – Komplexe, teure Einrichtungen


LAN / MAN

Koppelelemente: Hub, Switch

Repeater or Switch Repeater or Switch

Hub

Rx Rx Tx Tx Rx Rx Tx Tx Rx Rx Tx Tx

Multiport-Bridge (Switch)

Jedes Port ist ein eigenes Segment.

Zwischen allen Segmenten befinden sich Bridges

Die Kommunikation zwischen Ports wird auf eine Zweierverbindung reduziert Sicherheit größer, nicht abhörbar

Duplex und Simplex möglich

Höherer Datendurchsatz

Multiport-Repeater (Hub)

Verbindet alle Ports zu einer Kollisionsdomäne

Das eigene Sendesignal wird nicht empfangen. Tritt dort ein Signal auf, muss es von einem anderen Port kommen Kollisionserkennung Rx Rx Tx Tx Rx Rx Tx Tx Rx Rx Tx Tx


LAN / MAN

Koppelelemente: Realisierung von Switches (Bridges)

Rx Rx Tx Tx Rx Rx Tx Tx Rx Rx Tx Tx

Rx

CPU Geteilter Speicher CPU

Rx Rx Tx Tx

Speicher

Rx Rx Tx Tx

Speicher

Rx Rx Tx Tx

Speicher

Port Port Port Port Port Port

B B B

B

Port Switch

Port

Port

Port

10

Mbit/s

10

Mbit/s

10

Mbit/s

B

B

100

Mbit/s

Rx Rx Tx Tx

Rx Rx Tx Tx

Rx Rx Tx Tx

Rx Rx Tx Tx


LAN / MAN

Koppelelemente: LAN-Erweiterung mit Repeater

Ein Repeater verbindet zwei Netzsegmente des gleichen Typs, indem er die elektrischen Signale empfängt, restauriert und verstärkt in das jeweils andere Segment einspeist.

Nachteil: – alle Rechner bilden logisch und physikalisch ein großes Netz Kollisionsdomäne. – Jeder Sendeframe breitet sich über das gesamte Netz aus. Es steht insgesamt eine

Datenübertragungsrate von z.B. 10 Mbit/s zur Verfügung.

Repeater Repeater


LAN / MAN

Koppelelemente: LAN-Erweiterung mit Repeater - Backbone

LAN-Segmente können nicht beliebig lang sein (bei Ethernet 200m oder 500m). Repeater ermöglichen eine Verlängerung, wobei die Anzahl der Repeater begrenzt ist (bei 10Base-5 auf 4).

Bac

kbon

e

R R

R R

R R


LAN / MAN

Koppelelemente: LAN-Erweiterung mit Brigde

Ein Brigde verbindet zwei Netzsegmente des gleichen Typs, indem er vollständige Rahmen empfängt und diese bei Bedarf restauriert und verstärkt in das jeweils andere Segment einspeist.

Vorteil: alle Rechner bilden logisch ein Netz. Es werden nur die Rahmen in das andere Segment eingespeist, die fehlerfrei sind und deren Zieladresse im anderen Segment liegt. Segmentinterner Verkehr bleibt innerhalb des Segmentes.

Die Funktion der Rahmenfilterung (frame filtering) kann sehr komplex sein.

B B


LAN / MAN

Aktionen der Computer Aktionen der Bridge Liste Segment1

Liste Segment2

A sendet Rahmen an B

A wird in Liste Segment 1 eingetragen Rahmen wird auch in Segment 2 gesendet (flooding) A

B antwortet A B wird in Liste Segment 1 eingetragen Rahmen wird nicht in Segment 2 gesendet A, B

B sendet Rahmen an H Rahmen wird auch in Segment 2 gesendet (flooding) A, B

H antwortet B H wird in Liste Segment 2 eingetragen Rahmen wird auch in Segment 1 gesendet A, B H

G sendet Rahmen an H H,G H sendet Rahmen an G F sendet Rahmen an C H,G,F C antwortet F A,B,C

Koppelelemente: LAN-Erweiterung mit Brigde - Rahmenfilterung

Brigdes routen Rahmen anhand einer MAC-Adressen-Tabellen.

Diese Tabellen werden in einem „Lernprozess“ aktualisiert.

A B

C D

E

G H

F

B B


LAN1 LAN2

LAN / MAN

Koppelelemente: Probleme bei redundanten Pfaden


LANs werden u.U. durch zwei oder mehr Bridges gekoppelt Zuverlässigkeit.

Wie man sah, wird in der Lernphase von Bridges das "Flooding" genutzt.

Sendet A einen Frame in der Lernphase, wird dieser über B1 und B2 ins LAN2 kopiert (flooding): – Der Frame x wird gedoppelt, – Da das Ziel noch unbekannt ist, werden B1 und B2 den Rahmen wieder zum LAN1

fluten usw. usw.

Um ein solches Verhalten zu vermeiden, beherrschen Bridges für kommerzielle Anwendungen einen "Spanning Tree Algorithmus": – der nur einen aktiven Weg zwischen LANs zulässt, – der im Fehlerfall des aktiven Weges einen Ersatzweg aufbauen kann.

A B

C D

E

G H

F

B2 B2

B1 B1 LAN1 LAN2 Frame x >

Frame x >

Frame x >

LAN / MAN

Spanning Tree /IEEE 802.1D-2004/


In IEEE 802.1D-1998 wurde STP (Spanning Tree Protocol) standardisiert, welches in IEEE 802.1D-2004 durch RSTP (Rapid STP) abgelöst wurde.

RSTP ist mit STP interoperabel. Nutzt eine Nachbar-Bridge STP, kann eine RSTP-Bridge den entsprechenden Port im STP-Mode betreiben.

STP benötigt im Fehlerfall bis zu 50s um neue Pfade festzulegen. Während dieser Phase werden keine Daten-Frames transportiert.

Die Konvergenzzeiten bei RSTP liegen zwischen 1s und etwa 10s.

BEISPIEL: – Wäre in den Bridges STP oder RSTP aktiviert, würde zwischen LAN1 und LAN2 nur ein

aktiver Pfad z.B. über B1 gespannt. – Würde B1 ausfallen, würde ein Ersatzpfad über B2 gespannt.

A B

C D

E

G H

F

B2 B2

B1 B1 LAN1 LAN2

LAN / MAN

Spanning Tree: Schleifenfreie redundante Systeme


Bisher existierten mehrere unabhängige Kommunikationssysteme: Fernsprech-netze, Funknetze, Rechnernetze. Totalausfall aller Dienste unwahrscheinlich.

Heute verwendet man im Anschlussbereich Lokale Netze, an die gleichermaßen Rechner, VoIP-Endgeräte usw. angeschaltet sind. Totalausfall möglich.

Deshalb schafft man Redundanzen, deren Schleifenfreiheit durch STP/RSTP herge- stellt und gesichert wird.



Switch Switch Switch Switch

Backbone

Distribution

Access Edge Ports

Single homed TEs Dual homed TEs

Non-Edge Ports

Non-Edge Ports

LAN / MAN

STP/RSTP: Grundlagen1) /IEEE-802.3D-2004/


(1) Eine einmalige Gruppen-MAC-Adresse, zur Kommunikation zwischen den STP/RSTP-Instanzen auf den Switches (Bridges): IANA 01-80-C2-00-00-00.

(2) Einen Bridge identifier BID (8 Byte), einmalig im LAN:

(3) Einen Port identifier PID (2 Byte) für jedes Port, einmalig innerhalb der Brigde.

STP/RSTP ermitteln die aktive Topologie aus der BID, PID und den Port Path Cost.

1) In diesem Script soll hauptsächlich RSTP besprochen werden. Viele Konzepte basieren aber auf STP, z.B. die Ermittlung der Root-Bridge usw. Wo es sinnvoll erscheint, werden STP-/RSTP-Konzepte besprochen, gegenübergestellt, verglichen.

Priorität u.a., 2 Byte MAC-Adresse, 6 Byte

LAN / MAN

STP/RSTP: Grundlagen


Der Bridge identifier BID, ohne Virtual-LAN-ID (8 Byte):

– Bridge_Priorität: 0 .. 61 440 (0x0000 .. 0xF000), in Schritten von 4096. Standardwert: 32 768 (0x8000)

– Beispiele:

Der Bridge identifier BID, mit Virtual-LAN-ID(8 Byte):

– Bridge_Priorität: Multiplikator (0..15) * 4096 0 .. 61 440 (0x0000 .. 0xF000),. Standardwert: 0x8 32 768

– Beispiele:

1) In den 4 Bit steht ein Prioritätsmultiplikator * 4096

4 Bit1) VLAN-ID, 12 Bit MAC-Adresse, 6 Byte

Priorität u.a., 2 Byte MAC-Adresse, 6 Byte

Priorität MAC-Adresse BID Hexformat

Bridge x 4096 00-06-52-5C-6D-C1 10 00 00 06 52 5C 6D C1

Bridge y 32768 00-30 80-B3-AC-48 80 00 00 30 80 B3 AC 48

Priorität VLAN-ID MAC-Adresse BID Hexformat

Bridge x 4096 100 00-06-52-5C-6D-C1 10 64 00 06 52 5C 6D C1

Bridge y 32768 200 00-30 80-B3-AC-48 80 C8 00 30 80 B3 AC 48

LAN / MAN

STP/RSTP: Grundlagen - Port-Path-Cost /IEEE-802.3D-2004/


STP-PPC werden von der Segment-Datenrate bestimmt: – 1) PPC= 1.000.000.000/ Link-Datenrate in Mbit/s – 2) PPC wurde festgelegt (neue höhere Datenraten machten dies

erforderlich).

Für die Übertragung der summierten PPC, werden 2 Byte verwendet. Damit lassen sich Gesamt-Pfadkosten von 0 .. 65.534 in der BPDU abbilden.

Segment- Datenrate

STP- PPC 802.3D-19981)

STP- PPC Revision2)

10 Mbit/s 100 100

100 Mbit/s 10 19

1 Gbit/s 1 4

10 Gbit/s 1 2

Segment- Datenrate

Empfohlener Wert

Empfohlener Bereich

<= 100 kbit/s 200.000.000 20.000.000 .. 200.000.000

1 Mbit/s 20.000.000 2.000.000 .. 200.000.000

10 Mbit/s 2.000.000 200.000 .. 20.000.000

100 Mbit/s 200.000 20.000 .. 2.000.000

1 Gbit/s 20.000 2.000 .. 200.00

10 Gbit/s 2.000 200 .. 20.000

100 Gbit/s 200 20 .. 2.000

1 Tbit/s 20 2 .. 200

10 Tbit/s 2 1 .. 20

RSTP-PPC werden von der Segment-Datenrate bestimmt: RSTP-PPC = 20.000.000.000/Link-Datenrate in kbit/s

Für die Übertragung der summierten PPC, werden 4 Byte (siehe auch RSTP-BPDU ) verwendet. Damit lassen sich Gesamt-Pfadkosten von 0 .. 4.294.967.296 abbilden. Das entspricht einem Pfad über 20 Hops, jeder mit maximalem PCC.

LAN / MAN

STP/RSTP: Grundlagen - BPDU (Bridge Protocol Data Unit)


6 DMAC 01-80-c2-00-00-00

6 SMAC Bridge-MAC

2 DSAP (0x42)

2 SSAP (0x42)

1 UI (0x03)

35 BPDU

802.3-LLC-Header mit BPDU

Aufbau der BPDU STP RSTP

2 Protocol ID 0x0000

1 Protocol Vers.ID1) 0x00 0x02

1 BPDU Type 0x00 Configuration BPDU 0x80 Topology Change Notification BPDU

0x02 RST BPDU

1 BPDU Flags1)

Bit 1 Topology Change (TC) Bit 8 Topology Change Ack (TCA) Beachte: im Protokollumfeld werden die Bits von 1..8 nummeriert

Bit 1/8 TC/TCA Bit 2/7 Proposal-Agreement Handshake Bit 3/4 Port role:

00 unknown 01 alternate/backup 10 root 11 designated

Bit 5 Port state: Learning Bit 6 Port state: Forwarding

8 Root Identifier

4 Root Path Cost

8 Bridge Identifier

2 Port Identifier

2 Message Age Damit BPDUs nicht endlos in redundanten Pfaden kreisen, inkrementieren Bridges diesen Wert. Ist er größer als Maximum Age, wird die BPDU verworfen.

2 Maximum Age Erhält eine STP-Bridge in diesem Zeitraum keine Config.-BPDUs, nimmt sie Verbindungsverlust zur Root-Bridge an u. initiiert Topologie-Anpassung (z.B. 20s)

2 Hello Time Zeitraum, nachdem Root-Bridge neue Config.-BPDU sendet (z.B. 2 s)

2 Forward Delay Zeitraum, indem STP-Bridges im Zustand Learning u. Listening bleiben u. dann erst den Port auf Forwarding setzen (z.B. 15s)

1 Version 1 Length bei STP nicht vorhanden Längenangabe für Zusatzdaten. Bei RSTP 0x00

1) Felder, die bei STP, RSTP unterschiedlich sind oder anders genutzt werden

LAN / MAN

STP/RSTP: Grundlagen - Rollen und Zustände


Switch-Rollen: Root-Switch or Non-Root-Switch

Port-Rollen:

1) designated – bestimmt, ausgewählt

Port-Rollen bei RSTP

Root-Port Jeder Non-Root-Switch hat genau ein Root-Port. Dieses Port markiert den besten Pfad zur Root-Bridge. Root-Port wird der Port, an dem die BPDU mit den "besten" Werten (BridgeID,

PortID, Path-Cost) empfangen wird.

Designated1)-Port Pro Segment gibt es genau einen Designated-Port. Er markiert den besten Pfad von/zu der Root in dieses Segment. Designated-Port wird der Port, der die BPDU mit den "besten" Werten (BridgeID, PortID, Path-

Cost) in das Segment senden kann.

Alternate-Port Port, der ein Segment alternativ zum derzeitigen Designated-Port versorgen kann und nicht am gleichen Switch ist, wie der derzeitige Designated-Port.

Backup-Port Backup-Ports gibt es nur dann, wenn zwei Ports des gleichen Switches an das gleiche Segment angeschaltet sind.

Disabled-Port Port ist nicht betriebsbereit oder wurde administrativ aus der Topologie ausgeschlossen

LAN / MAN



Port-Zustände RSTP (mit Gegegüberstellung der STP-Portzustände)

BPDU-Flag's (siehe Folie BPDU)

Port state Betriebs- zustand

BPDUs empfangen

BPDUs senden

Dataframes auswerten

Dataframes weiterleiten Bemerkungen zu RSTP-States

STP RSTP

0 Disabled 0 Discarding deaktiv - - - -

• Empfang/Verarbeitung/Weiterleitung von BPDU's • In Cisco-Dokumentationen wird anstelle Discarding

der Begriff Blocking verwendet.

1 Blocking 0 Discarding aktiv x - - -

2 Listening 0 Discarding aktiv x x - -

3 Learning 1 Learning aktiv x x x - • Empfang/Verarbeitung/Weiterleitung von BPDU's • MAC-Adresse-Tabelle aufbauen

4 Forwarding 2 Forwarding aktiv x x x x • Empfang/Verarbeitung/Weiterleitung von BPDU's • MAC-Adressen-Tabelle aufbauen • Datenpakete switchen

Bit 8 Bit 7 Bit 6 Bit 5 Bit 4 Bit 3 Bit 2 Bit 1

00 Unknown 01 Alternate/Backup 10 Root 11 Designated

Learning Forwarding Agreement Proposal Topology Change Ack

Topology Change

LAN / MAN



SW1 sei Root-Switch: – Port1 und Port3 werden Designated-Port's

SW3 – Port1 wird Root-Port – Port2 und Port3 sind an die gleiche

Kollisionsdomäne angeschlossen • Port2 wird Designated Port, wegen der

kleineren PortID und ist im Zustand Forwarding.

• Port3 wird Backup-Port und ist im Zustand Discarding (Blocking).

SW2 – Port3 sei ebenfalls an die Kollisionsdo-

mäne angeschlossen aber mit schlech-teren Werten als die SW2-Ports.

– Der Port wird Alternate-Port und ist im Zustand Discarding (Blocking).

10 11 12 13

3 De

SW1 1 De

2

1 Ro 3 Di

SW3 2 De

10 11 12 13

1 Ro 3 Di

SW2 2

10 11 12 13

Kollisionsdomäne

Alternative Alternative Backup Backup

Backup-Port

Designated-Port

Alternate-Port

Designated-Port Designated-Port

Root-Port Root-Port

LAN / MAN

STP/RSTP: Algorithmus


13 1 12

SW1 2 11

10 3

1

3 SW3 2

10 11 12 13

(1) Zuerst wird die sogenannte Root-Bridge ermittelt,

(2) Danach schalten alle anderen Bridges einen besten Pfad in Richtung Root-Bridge, so dass ein schleifenfreie Konfiguration entsteht,

(3) Diese Konfiguration wird permanent überwacht und im Fehlerfall neu gespannt.

Es wird ein Beispiel1) mit 3 Switches zugrunde gelegt: – SW1: BID= 32768, 00-02-00-11-11-11 – SW2: BID= 32768, 00-02-00-22-22-22 – SW3: BID= 32768, 00-02-00-33-33-33

Ports mit einstelligen Portnummern seien hier Ports für Point-to-Point-Links mit 1 Gbit/s PPC=4.

Ports mit zweistelligen Portnummern sind hier Edge-Ports, zum Anschluss von Hosts.

Die Hosts werden bei der Beschreibung der Abläufe weggelassen.

4

4

4

1) Das Beispiel ist an das CCNA-ICND2-Prüfungshandbuch , Kapitel 2 "Das Spanning-Tree-Protokoll" angelehnt

1 13

3 SW2 12

11

2 10

LAN / MAN

STP/RSTP: Algorithmus - Root-Bridge ermitteln


Werden die Switches eingeschaltet, gehen alle davon aus, das sie die Root-Bridge sind.

Alle 3 senden erst mal über alle aktiven Ports BPDUs sogenannte Hello-Nachrichten: – Root Identifier: den eigenen – Root Path Cost: 0 – Bridge Identifier: den eigenen – Port Identifier: über den Hello gesendet

wird – Timer: Hello=2, MaxAge=20, ForwardDelay=15

Empfängt ein Switch eine BPDU mit kleinerer BID als die eigene, hören sie auf, eigene Hello-Nachrichten zu senden. Sie leiten nur noch die BPDU mit dem kleineren BID über die Segmente weiter, von denen das Hello nicht kam.

SW1 wird Root-Bridge, denn sie hat den kleinsten BID 1).

13 1 12

SW1 2 11

10 3

1 13

3 SW2 12

11

2 10

1

3 SW3 2

10 11 12 13

4

4

4

0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0002

0x8000000200333333 0x000000 0x8000000200333333 0x0003

0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0003

0x8000000200222222 0x00000000 0x8000000200222222 0x0003

0x8000000200222222 0x00000000 0x8000000200222222 0x0002

0x8000000200333333 0x000000 0x8000000200333333 0x0002

1) In diesem Beispiel hat die kleinere MAC-Adresse entschieden, wer Root-Bridge wird. Normalerweise würde der Netzwerker dies über die einstellbare Priorität regeln.

0 0 0 0

0 0 0 0

0 0 0 0

LAN / MAN

STP/RSTP: Algorithmus - Root-Bridge ermittelt


Aller 2 s (Hello-Time) sendet SW1 über alle aktiven Ports BPDUs: – Root Identifier: 0x8000000200111111 – Root Path Cost: 0x00000000 – Bridge Identifier: 0x8000000200111111 – Port Identifier: 0x0002 bzw. 0x0003 – Timer: Hello=2, MaxAge=20, ForwardDelay=15

SW2 leitet an SW3 weiter: – Root Identifier: 0x8000000200111111 – Root Path Cost: 0x00000004 – Bridge Identifier: 0x8000000200222222 – Port Identifier: 0x0002 – Timer: Hello=2, MaxAge=20, ForwardDelay=15

SW3 leitet an SW2 weiter: – Root Identifier: 0x8000000200111111 – Root Path Cost: 0x00000004 – Bridge Identifier: 0x8000000200333333 – Port Identifier: 0x0002 – Timer: Hello=2, MaxAge=20, ForwardDelay=15

13 1 12

SW1 2 De 11

10 3 De

1 13

3 SW2 12

11

2 10

1

3 SW3 2

10 11 12 13

4

4

4

0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0002

0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0003

0x8000000200111111 0x00000004 0x8000000200222222 0x0002

0x8000000200111111 0x000004 0x8000000200333333 0x0002

1 1

1 1 2 2

2 2

1 1

2 2

2 2

LAN / MAN

STP/RSTP: Algorithmus - Root-Ports ermitteln


Alle Nicht-Root-Switches ermitteln als nächstes den Root-Port ist Port mit dem niedrigsten Kosten zur Root.

Basis sind die Hello-Nachrichten von SW1.

SW2 errechnet Port-Path-Cost zur Root: – Port 2 = 4+4 = 8 – Port 3 = 0+4 = 4 – Port 3 wird Root-Port und in den Zustand

Forwarding gesetzt.

SW3 errechnet Port-Path-Cost zur Root: – Port 3 = 0+4 = 4 – Port 2 = 4+4 = 8 – Port 3 wird Root-Port und in den Zustand

Forwarding gesetzt.

13 1 12

SW1 2 De 11

10 3 De

1 13

3 Ro

SW2 12

11

2 De 10

1 3 Ro

SW3 2

10 11 12 13

4

4

4

0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0002

0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0003

0x8000000200111111 0x00000004 0x8000000200222222 0x0002

0x8000000200111111 0x000004 0x8000000200333333 0x0002

1 1

1 1 2 2

2 2

LAN / MAN

STP/RSTP: Algorithmus - Designated-Ports ermitteln


Alle Nicht-Root-Switches ermitteln als nächstes den Designated-Port ist Port mit dem niedrigsten Kosten zur Root in

einem Segment.

Es muss entschieden werden ob – Port 2 an SW2 oder – Port 2 an SW3 Designated Port werden?

Da die Kosten gleich sind (0x0004) entscheidet die kleinere BID.

SW2, Port 2 – Designated Port – Port-State: Forwarding

SW3, Port 2 Alternate Port Zustand Designated (Blockiert)

13 1 12

SW1 2 De 11

10 3 De

1 13

3 Ro

SW2 12

11

2 De 10

1 3 Ro

SW3 2 Al

10 11 12 13

4

4

4

0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0002

0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0003

0x8000000200111111 0x00000004 0x8000000200222222 0x0002

0x8000000200111111 0x000004 0x8000000200333333 0x0002

1 1

1 1 2 2

2 2

3 3

2 2

3 3

LAN / MAN

STP/RSTP: Algorithmus – Topology Change


Annahme: Link von SW1 zu SW2 defekt

SW2 erhält von SW1 keine BPDU's mehr

Nach Ablauf der Hello-Time (2s) sendet SW2 über Port 2 eine eigene BPDU, worin sie sich als Root-Bridge deklariert

SW3 empfängt nun zwei BPDU's mit Root-Bridge-Deklaration. Root wird die mit der kleineren BID, also SW1.

SW3, Port 2 wird Designated Port.

Die BPDU's von SW1 werden an SW2 weitergeleitet. Die Reaktion ist: – SW2, Port 2 wird Root-Port und in Zustand

Forwarding gesetzt – SW2, Port 3 wird auf Discarding gesetzt.

13 1 12

SW1 2 Di 11

10 3 De

1 13

3 Di

SW2 12

11

2 Ro 10

1 3 Ro

SW3 2 De

10 11 12 13

4

4

4 0x8000000200111111 0x00000000 0x8000000200111111 0x0003

1 1

1 1

3 3

2 2

3 3

keine BPDU's mehr

1 1

3 3

0x8000000200111111 0x000004 0x8000000200333333 0x0002

Zum Weiterlesen: http://www.cisco.com/en/US/tech/tk389/tk621/technologies_white_paper09186a0080094cfa.shtml

http://www.cisco.com/en/US/tech/tk389/tk621/technologies_white_paper09186a0080094cfa.shtml

http://www.cisco.com/en/US/tech/tk389/tk621/technologies_white_paper09186a0080094cfa.shtml

LAN / MAN

IEEE 802.1Q: Virtual Bridged Local Area Networks (VLAN)

Motivation für VLAN zu Beginn der LAN-Technogie /Sikora/: – Clients und Server befanden sich in einem Netz zugeschnitten auf Aufgabe bzw.

Bereich. – Für das Verhältnis von Intern- zu Externverkehr galt eine 80/20-Regel

Koppelelemente (Hub, Switch)

Abteilung A Koppelelemente (Hub, Switch)

Abteilung A Koppelelemente (Hub, Switch)

Abteilung N Koppelelemente (Hub, Switch)

Abteilung N

Koppelelement(e) Koppelelement(e)

ca. 80% Internverkehr ca. 80% Internverkehr

ca. 20% Externverkehr

ca. 20% Externverkehr


LAN / MAN


Motivation für VLAN in vielen Netzen gilt die 80/20-Regel nicht mehr /Sikora/: – Serverbasierte Ressourcen werden oft zentral angeboten. – Zentralisierte Internetzugänge erzeugen mehr Externverkehr. – In Firmen dominiert zum Teil projektbezogene Arbeitsweise. – Die räumliche Zuordnung zu einem Rechnernetz stimmt oft nicht mit der logischen Zuordnung

überein. – Mobilität, z.B. Laptops Unterrichtsräume usw..

Die Zuordnung zu einem VLAN kann realisiert werden: – Portbasiert (OSI-Schicht-1): Feste Zuordnung SwitchportVLAN statisches VLAN. – MAC-basiert (OSI-Schicht-2): VLAN-ID wird aus MAC-Adresse abgeleitet dyn. VLAN:

• Wird an einem Switch-Port eine Station angeschaltet, ermittelt der Switch die MAC-Adresse und mittels einer Managementfunktion den VLA-ID.

• Das Switchport erhält temporär den ermittelten VLAN-ID. • Die Managementfunktion kann:

– Verteilt auf den Switches sein bei großen Netzen hoher Adminaufwand.

– Auf einen VLAN-Management-Server sein Switch-Client greift mittels spezieller Protokolle (meist proprietäre) auf den Server, dieser ermittelt aus Datentabelle die Relation MAC-AdresseVLAN-ID.

– Protokoll- und/oder Adress-basiert (OSI-Schicht-3): Zuordnung zum VLAN erfolgt anhand des verwendeten L3-Protokolls, z.B. IP, IPX, DECNet usw. oder anhand von L3-Adressen, Subnetzadressen usw..

– Anwendungs-basiert (OSI-Schicht-4): Zuordnung zum VLAN erfolgt anhand der verwendeten L4-Protokolle und Portnummern.


LAN / MAN

Jeder Switch-Port bekommt einen VLAN-Identifier (1, 2, …, i, 4094). Ports mit gleichem VLAN-ID bilden geschlossenes Netz, d.h. es werden nur Pakete zwischen Rechnern übertragen, die Mitglied des gleichen VLAN sind.

Access-Links: vom Nutzer zum Switch. Darüber werden normale MAC-Frames oder LLC/MAC-Frames übertragen.

Trunk-Links: zwischen Switches. Auf Trunk-Links werden drei Rahmentypen ausgetauscht: – Untagged Frames (z.B. Ethernet-II), – VLAN-tagged (Rahmen enthält VLAN-ID und ev. Priorität), – Priority-tagged (Rahmen enthält Priorität aber keine VLAN-Information).


Switch A Switch A Switch N Switch N Switch B Switch B

Trunk Links: Tagged-MAC-Frames, Tagged-LLC/MAC-Frames

Access Links: MAC-Frames, LLC/MAC-Frames

Port 1 Port n Port 1 Port n

VLAN 1 VLAN 1

VLAN 2 VLAN 2

VLAN X VLAN X

Switch X Switch X


LAN / MAN

802.3-3: Tagged MAC frame

Alle bisher betrachteten MAC-Frames enthalten keine expliziten Konzepte für die Priorisierung von Frames bzw. die Bildung von so genannten Virtual LAN – VLAN.

Diese Erweiterungen werden durch ein Tagged MAC frame möglich. Dazu werden zusätzlich 4 Bytes verwendet, die unmittelbar der Source address folgen.

Netzkomponenten, zwischen denen Tagged MAC frames ausgetauscht werden können, müssen deshalb eine maximale Rahmengröße von 1522 Byte unterstützen.

IEEE 802.3:

Figure 3–3—Tagged MAC frame format

Canonical Format Identifier (CFI):


LAN / MAN

802.3-3: Tagged MAC frame

Codierung: – Octett 1: 1000 0001 //0x81 – Octett 2: 0000 0000 //0x00 – Octett 3: pppc vvvv //ppp Priorität c Adressformat – Octett 4: vvvv vvvv //vvvvvvvvvvvv VLAN-Identifier

Die ersten zwei Oktett enthalten die Tagged-Kennzeichnung (0x8100).

ppp: Bildung von 8 Prioritätsklassen möglich: – bedeutsam für Echtzeitübertragung, z.B. VoIP, – Verwendung wird durch IEEE 802.1D geregelt.

c: Canonical Format Identifier (CFI): dient zur Identifikation des MAC-Adressformats: – C=0 MAC-Adressen werden in der Reihenfolge Bit 20, 21, 22, …, 27 gesendet (Ethernet). – C=1 MAC-Adressen werden in der Reihenfolge Bit 27, 26, 25, … 20 gesendet (Token-Ring).

vvvv…: VLAN-Identifier (VID): – Es sind 212-2 VLAN adressierbar. – Die VIDs 0x000 und 0xfff sind reserviert.


LAN / MAN

Autonegotiation – AN (negotiation Verhandlung, Übertragung)

AN wurde 1994 von der Fa. National Semiconductor unter der Marke „Nway“ ein-geführt, weil inzwischen twisted-pair-basierte Ethernets mehrere Geschwindigkeiten unterstützten: 10, 100 Mbit/s und in den Modi dx und hx operieren konnten.

IEEE hat diesen Ansatz aufgenommen und in IEEE 802.3, Kapitel 28 1) übernommen.

AN-Ziele: – Linkpartner tauschen automatisch ihre Fähigkeiten bzw. Einstellungen aus. – Beide Partner verwenden dann das gemeinsame Maximum an Fähigkeiten. – Vermeidung falscher oder unzweckmäßiger Einstellungen durch Nutzer minimiert. – Möglichkeiten der Fernwartung von Hubs oder Switches verbessert.

Autonegotiation über einen Link erfolgt: – Beim Stecken von Verbindungen (zwischen DTEs, zwischen DTE und Hub usw.). – Wenn ein Device eines Links aktiviert wird (z.B. beim Einschalten des Rechners). – Beim Reset oder Initialisierung eines Device. – Bei Anforderung einer ReNegotiation, z.B. durch das Treibermanagement.

1) Kap. 28: Physical Layer link signaling for 10 Mb/s, 100 Mb/s, and 1000 Mb/s Auto-Negotiation on twisted pair


LAN / MAN

Vor Autonegotiation gab es für 10BASE-T den NLP (normal link pulse) zum Link-Integritätstest.

– Aller 16 ± 8 ms (also 8 ms … 24 ms) nach einem Datenrahmen bzw. im Ruhezustand werden Linkpulse gesendet.

– Werden 2..10 aufeinanderfolgende NLPs empfangen:

• Annahme: Kabel verbunden

• Verbindung wird aktiviert

• Protokoll-Parameter: lc_max

– Empfängt man 50 … 150 ms keinen NLP oder Daten :

• Annahme: Verbindung unterbrochen

• Protokoll-Parameter: link_loss

Für Autonegotiation wurde FLP (fast link pulse) kreiert, ist mit dem NLP kompatibel.

Autonegotiation: Prinzip

NLPs

16 ± 8 ms (von 8 bis 24 ms)

… FLPs … …

FLP-Burst FLP-Burst FLP-Burst


LAN / MAN


S4 S3 S2 S1 S0 0 0 0 0 0 Reserviert 0 0 0 0 1 802.3 0 0 0 1 0 802.9 0 0 0 1 1 802.5

Taktimpulse

Datenimpulse 100 ns Dauer

S0 S0 S1 S1 S2 S2 S3 S3 S4 S4 A0 A0 A1 A1 A2 A2 A3 A3 A4 A4 A5 A5 A6 A6 A7 A7 RF RF Ack Ack NP NP

FLP

16 Datenbit

S(4:0) = Selectorfeld (Codierung des Standards)

S(7:0) = Ability-Feld A7 A6 A5 A4 A3 A2 A1 A0 Unterstützte Betriebsart

1 1 Reserviert 1 Pause-Operation für Flow-Control

1 100BASE-T4 1 100BASE-TX, dx

1 100BASE-TX, hx 1 10 BASE-T, dx

1 10 BASE-T, hx

125µs


RF Remote Fault - Anzeige, dass im FLP des Partners ein Fehler war

Ack Acknowledge - Quittierung, dass man 3x vom

Linkpartner die gleichen FLP bekommen hat.

NP Next Page - Escape-Mechanismus zur

Erweiterung des Codierungsraumes

LAN / MAN


Autonegotiation mit: 10BASE-T, hx 10BASE-T, dx 100BASE-TX, hx 100BASE-TX, dx

Autonegotiation mit: 10BASE-T, hx 10BASE-T, dx 100BASE-TX, hx 100BASE-TX, dx

A B

Switch

100BASE-TX, dx 10BASE-T, hx

Taktimpulse

Datenimpulse

125µs

S0 S0 S1 S1 S2 S2 S3 S3 S4 S4 A0 A0 A1 A1 A2 A2 A3 A3 A4 A4 A5 A5 A6 A6 A7 A7 RF RF Ack Ack NP NP

1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 0

200 mV

Welche Eigenschaften hat dieses Device?

FLP

A und Switch unterstützen AN, B nicht. Auf welche Betriebsmodi werden die Interfaces eingestellt?


LAN / MAN

IEEE-802.3af: Power over Ethernet (PoE)

Motivation: – Insbesondere für den Betrieb von Kleingeräten an Ethernets entwickelt (VoIP-Telefon,

WLAN-AP, Kamera usw.). – Ist ursprünglich eine Fernsprechtechnologie (Ortbatterie Zentralbatterie).

Man unterscheidet: Powered Devices (PD), Power Sourcing Equipment (PSE).

Kamera

WLAN-AP

VoIP-

Telefon

Ethernet-Switch

PSE – Power Sourcing Equipment

(Midspan)

PD – Powered Devices

USV – Unterbrechungsfreie

Stromversorgung

Abbildung nach http://www.poweroverethernet.com/articles.php?article_id=52


http://www.poweroverethernet.com/articles.php?article_id=52

http://www.poweroverethernet.com/articles.php?article_id=52

LAN / MAN


Alternative A: Speisung vom Switch/Hub (Endspan-PSE) über die Signaladernpaare (1-2 , 3-6): Die Gleichstromspeisung erfolgt über Mittelanzapfungen

der Übertrager Phantomkreise. Auf PSE-Sendepaar (Paar 2: 1-2) liegt + Auf PSE-Empfangspaar (Paar 3: 3-6) liegt – Kann das PD die Polarität automatisch erkennen, ist

auch die umgekehrte Belegung zulässig (1-2: - und 3-6: + )

Alternative B: Speisung vom Switch/Hub (Endspan-PSE) über extra Adernpaare (4-5, 7-8): Die Gleichstromspeisung erfolgt direkt in beide Adern. Auf Adernpaar 1 4-5 liegt + Auf Adernpaar 4 7-8 liegt –

1

2

3

6

1

2

3

6

+ (-)

- (+)

4

5

4

5

+

7

8

7

8 -

4

5 7

8

4

5 7

8

+

-

Alternative B: Speisung mittels Midspan-PSE über extra Adernpaare (4-5, 7-8): Die Gleichstromspeisung erfolgt über eine

Zwischeneinrichtung direkt in beide Adern. Auf Adernpaar 1 4-5 liegt + Auf Adernpaar 4 7-8 liegt –


LAN / MAN



Allgemeine Parameter: – Das PSE kann bis 48 Volt und bis max. 350 mA einspeisen. – In der Startphase ist ein Strom bis 500 mA für 100 ms zulässig. – Dem Powered Device (PD) sollen bis zu 45 Volt bei max. 350 mA zur Verfügung stehen. – Maximale Leistungsaufnahme eines PD ist auf 12,95 Watt begrenzt.

Es wurden fünf Leistungs-Klassen eingeteilt:

Das PSE prüft, ob ein PD PoE-fähig ist: – PD-Widerstand: 19 bis 26,5 kOhm, PD-Kapazität < 150 nF. – Werden diese Bedingungen nicht erfüllt, wird Port nicht gespeist.

Weitere Entwicklungen: – Höhere Leistungen, – Intelligentes Powermanagement:

• Verbesserter Schutz von Nicht-PoE-Geräten, • Nur so viel Power, wie erforderlich.

Klasse Max. Speiseleistung vom PSE entnommene Leistung durch PD

0 default 15,4 W 0,44 bis 12,95 W 1 optional 4 W 0,44 bis 3,84 W 2 optional 7 W 3,84 bis 6,49 W 3 optional 15,4 W 6,49 bis 12,95 W 4 (reserviert)

LAN / MAN

Fast Ethernet (100BASE-T): Einordnung in die Modelle


MDI Medium Dependent Interface

MII Media Independent Interface

PCS Physical Coding Sublayer

PMA Physical Medium Attachment

PMD Physical Medium Dependent



LAN CSMA&CD LAYERS

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL




PLS

MEDIUM

PMA

RECONCILATION

MEDIUM

PMA

PLS

PMA

RECONCILATION

MEDIUM

PMD

PCS

PMA

RECONCILATION

MEDIUM

PMD

PCS

HIGHER LAYERS

MDI MDI MDI MDI

MII

AUI

AUI

MII GMII


1 Mb/s, 10 MB/s 10 Mb/s 100 Mb/s 1000 Mb/s


LAN / MAN

Fast Ethernet (100BASE): Überblick

Fast-Ethernet-Standardisierung: – Erfolgt im Standard IEEE-802.3, SECTION TWO Kapitel 21..33, Anhänge 22A..32 A. – In älterer Literatur werden oft noch die Entwicklungsbezeichner 802.3u/y usw.

angegeben.

Fast-Ethernet – basiert immer noch auf der CSMA/CD-basierten MAC-Layer – standardisiert mehrere 100 Mb/s Physical Layers, basierend auf Twisted Pair oder LWL.

• 100BASE-T2, dx, Cat-3/4/5-Kabel, 2 Adernpaare, Gleichlageverfahren mit Brückenschaltung, PAM, keine Bedeutung mehr.

• 100BASE-T4, nur hx, Cat-3/4/5-Kabel, 3 Paare DÜ, 1 Paar Steuerung, keine Bedeutung mehr.

• 100BASE-TX, hx/dx, Cat-5-Kabel, 2 Adernpaare,

• 100BASE-FX, hx/dx, 100 Mb/s-Ethernet über LWL

• 100BASE-SX, hx/dx, 100 Mb/s-Ethernet über LWL

– Erlaubt mehrere Repeater zur Zusammenschaltung von Segmenten unter Beachtung der maximalen Länge (zur Sicherstellung der Kollisionserkennung im hx-Mode).


LAN / MAN

Fast Ethernet: 100BASE-T-Architektur

Fig. 21-1 zeigt die Einordnung von 100BASE-T in das 802.3-Model.

Bei 100BASE-T steht als Ordnungsbegriff für folgende Architektur:

Nutzung der bisherigen MAC-Layer, Anpassung verschiedener Physical Layer (z.B. 100BASE-T4, 100BASE-TX oder 100BASE-FX) über ein

medienunabhängiges Interface (MII). MII* ist ein optionales Interface PMD** diese Subschicht gibt es nur für 100BASE-X; 100BASE-T4 hat diese Subschicht nicht Autonegotiation*** ist optional

MDI Medium Dependent Interface MII Media Independent Interface

INTERFACES PCS Physical Coding Sublayer PMA Physical Medium Attachment PMD Physical Medium Dependent

FUNCTIONS

Figure 21–1

Architectural positioning of 100BASE-T APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL



PMA

RECONCILATION

PMD**

PCS

MDI

MII*

100 Mb/s link-segment

Autonegotiation***

PMA

PMD**

PCS

MDI

Autonegotiation***

100BASE-T baseband Repeater Unit

PMD**

MDI

Autonegotiation***

PMA

PCS

MEDIUM


MEDIUM


LAN / MAN

802.3,21/22: Fast Ethernet (100BASE-T) – RS und MII

Reconcilation Sublayer (RS): – Liefert Mapping-Funktion zwischen MII und dem Stationsmanagement – Liefert Mappingfunktion zwischen MII und den MAC/PLS-Diensten (PLS - physical

signaling) PLS-Dienste siehe Folie

MII (Media Independent Interface): – 40 Signale umfassendes Interface:

• 7 Signale zur Datenübertragung je Richtung (4 Data, 1 Clock, 1 Error, 1 Delimiter) • 2 Medienstatussignale (Presence of Carrier, Collision detect) • 2 Managementsignale, usw.

– Das MII unterstützt dx und liefert TTL-Pegel. – Die Daten werden parallel (4-bitweise) übergeben. – Das Interface muss nicht explizit ausgeführt sein.

DTE – Data Terminale Equipment 126 Prof. Dr.-Ing. habil. Lutz Winkler ::: https://www.telecom.hs-mittweida.de

LAN / MAN

Fast Ethernet: PCS und PMA für 100BASE-X

100BASE-X unterstützt: – 100BASE-TX: 2 Paare eines Cat-5-Kabels, – 100BASE-FX/SX: 2 LWL.

100BASE-X-Ethernettypen haben: – eine gemeinsame PSC- und PMA-Subschicht, – und je eine spezielle PMD (Physical Medium Dependent):

• Fiber-PMD, • TP-PMD (Twisted Pair).

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL



RECONCILATION

MDI

MII*

PMA

PCS

MEDIUM

Fiber PMD

MEDIUM

TP PMD



MII Media Independent Interface

INTERFACES




FUNCTIONS

LAN / MAN

Fast Ethernet: PCS für 100BASE-X


Anstelle einer Manchesterkodierung wird ein 4B5B-Code verwendet – Manchester: pro Datenbit ein Ausgleichs- bzw. Taktbit 100% mehr Bitrate. – 4B5B: pro 4 Datenbits 1 zusätzliches Taktbit 25% mehr Bitrate .

5B-Codegruppe 4B-Codegruppe oder Symbol

Gruppe Bemerkungen

00 00000

31 11111

04 00100

Q

I

H

Status

Quiet: Medium wird z.Zt. nicht benutzt

Idle: das Medium ist frei

Hold: Übertragungspause

24 11000

17 10001

13 01101

25 11001

07 00111

J

K

T

S

R

Control

1.Teil des Startdelimiters

2.Teil des Startdelimiters

Ending delimiter

Set

Reset

30 11110

09 01001

20 10100

21 10101

10 01010

11 01011

14 01110

15 01111

18 10010

19 10011

22 10110

23 10111

26 11010

27 11011

28 11100

29 11101

0000

0001

0010

0011

0100

0101

0110

0111

1000

1001

1010

1011

1100

1101

1110

1111

Data

Wie man sieht, werden die 32 Codeworte wie folgt verwendet:

für Statusinformationen,

für die Rahmenbildung und Steuerung,

für die Datenübertragun

ungenutzt.

Die 5B-Muster werden so gewählt, das in jedem Symbol hinreichend Signalwechsel vorhanden sind (es

folgen max. drei Nullen

aufeinander).

Die überzähligen 5B-Symbole haben Sonderfunktionen oder bleiben ungenutzt.

LAN / MAN

Fast Ethernet: PMD für 100BASE-TX/FX

Es kommen folgende Leitungscodes zur Anwendung: – 100BASE-FX: NRZI (Non-Return Zero Invert), – 100BASE-TX: MLT3 (Multilevel Transmission 3).

Sendebitstrom: 0 0 0 0 0 0 1 0 1 1 1 1 i d l e i d l e

5B-Codierung: 1 1 1 1 0 0 1 0 0 1 1 1 1 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1

NRZI

MLT-3:


Durch MLT-3-Leitungscode reichen die 100 MHz Bandbreite des Cat-5-Kabels für die 125 Mbit/s.

Durch MLT3 erfolgt Reduzierung des Bandbreitebedarfs auf ¼ (siehe Idle-Folge).

LAN / MAN

Fast Ethernet: Komponenten

Merkmale Netgear-Switch: – 16 10/100 MBit/s Ports – Autonegotiation-Funktion pro

Port – Halb- und Vollduplex Betrieb

2 UTP, Cat-5 oder 2 STP, 150 Ohm

12-Port Switch-Einschub: 100BASE-FX SC-Stecker

Merkmale 100BASE-FX-NIC: Dual SC-Port Autom. Vü-Erkennung Duplex-Betrieb.


LAN / MAN

Fast Ethernet: Zusammenfassung

100BASE-TX 100BASE-FX 100BASE-SX

Datenrate 10, 100 100 100

Übertragungsart Basisband Basisband Basisband

Übertragungscode 4B5B MLT3 4B5B NRZI 4B5B NRZI

Betriebsart hx, dx hx, dx hx, dx

Topologie Stern Stern Stern

Medium 2 UTP, Kat 5 oder 2 STP, 150 Ohm

2 Multimodefasern (1300 nm) 50/125 bzw. 62,5/125 µm, Oder 2 Monomodfasern

2 Multimodefasern (850 nm)

Segmentanzahl 1 1 1

Reichweite 100 m Multimode: 2 km,

Monomode: bis 40 km 300 m

Anmerkungen

Bei Monomodefasern werden Laser als Sender benötigt. Relativ teuer und geringere Lebensdauer

gegenüber LEDs.

Preiswerter gegenüber FX, da LED-Sender im

Infrarotbereich preiswerter sind.

Stecker RJ45: 8-polig ST-Stecker, SC-Stecker oder MIC-

Stecker ST-Stecker, SC-Stecker

oder MIC-Stecker


LAN / MAN

Gigabit Ethernet (1000BASE): Einordnung in die Modelle



GMII Gigabit Media Independent Interface






LAN CSMA&CD LAYERS

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL




PLS

MEDIUM

PMA

RECONCILATION

MEDIUM

PMA

PLS

PMA

RECONCILATION

MEDIUM

PMD

PCS

PMA

RECONCILATION

MEDIUM

PMD

PCS

HIGHER LAYERS

MDI MDI MDI MDI

MII

AUI

AUI

MII GMII


1.. 10 Mb/s 10 Mb/s 100 Mb/s 1000 Mb/s


LAN / MAN

Gigabit Ethernet: Überblick

Gigabit-Ethernet-Standardisierung: – Erfolgt im Standard IEEE-802.3, SECTION THREE Kapitel 34…43, Anhänge 36A…43C. – Manchmal werden noch Entwicklungsbezeichner 802.3a/b bzw. 802.3z angegeben.

Gigabit-Ethernet – basiert immer noch auf der CSMA/CD-basierten MAC-Layer – Wegen Kollisionserkennung im hx-Mode MAC-Rahmenverlängerung mit Füllbytes

von 64 Byte auf mindestens 512 Bytes.

Welche Länge könnte ein 1000BASE-Netz mit einer MAC-Frame-Grösse von 64 Byte haben, damit Kollisionserkennung funktioniert (Annahme: Laufzeit sei 5ns/m)?

mm

nsMbit

msbit

m

nsMbit

sbit

eitKabellaufz

Sendedauerl 2,51

5*2

*8*64

*5**1000*2

***8*64

*5*2*1000

**8*64

*2max

Welche Länge erhält man bei einer MAC-Frame-Grösse von 512 Byte?

mm

eitKabellaufz

Sendedauerl 6,409

5*2

*8*512

*2max


LAN / MAN

Gigabit Ethernet: RS und GMII

Reconcilation Sublayer (RS): – Gleiche Aufgaben wie bei Fast-Ethernet.

GMII (Gigabit Media Independent Interface): – Auf dem MII basierendes Interface:

• 11 Signale zur Datenübertragung je Richtung (8 Data, 1 Clock, 1 Error, 1 Delimiter) • 2 Medienstatussignale (Presence of Carrier, Collision detect) • 2 Managementsignale, usw.

– Das MII unterstützt dx und ausschließlich 1000 Mb/s. – Die Daten werden parallel (8-bitweise) übergeben.

Figure 21–1—Architectural positioning of Gigabit-Ethernet (1000 Mb/s operation)

MDI Medium Dependent Interface GMII Gigabit Media Independent Interface

INTERFACES

PCS Physical Coding Sublayer PMA Physical Medium Attachment PMD Physical Medium Dependent

FUNCTIONS

APPLICATION

PRESENTATION

SESSION

TRANSPORT

NETWORK

DATA LINK

PHYSICAL



MDI

PMA

RECONCILATION

PMD

PCS

GMII


MDI

1000 Mb/s Baseband Repeater Unit

MDI MEDIUM


MEDIUM

PMA

PMD

PCS

GMII

PMA

PMD

PCS

GMII


LAN / MAN

Gigabit Ethernet: PCS, PMA

1000BASE-SX Short Wave Length Optical 2 Multimodefasern

1000BASE-LX Long Wave Length Optical 2 Singlemodefasern oder 2 Multimodefasern

1000BASE-CX Shilded Jumper Cable 2 Cu-Ader, voll geschirmt

1000BASE-T 4 UTP, Cat 5 Erweiterte Multilevelsignalisierung

Diese beiden Sublayers sind gemeinsam für drei PhLs (Sammelname 1000BASE-X):


Funktionen der 1000BASE-X PCS (physical coding sublayer): Encoding (decoding) of GMII data octets to (from) ten-bit code-groups (8B/10B) for

communication with the underlying PMA; Generating Carrier Sense and Collision Detect indications for use by PHY’s half duplex clients; Managing the Auto-Negotiation process, and informing the management entity via the GMII

when the PHY is ready for use.

Funktionen der 1000BASE-X PMA (physical media access): Mapping of transmit and receive code-groups between the PCS and PMA via the PMA Service

Interface; Serialization (deserialization) of code-groups for transmission (reception) on the underlying

serial PMD; Recovery of clock from the 8B/10B-coded data supplied by the PMD; Mapping of transmit and receive bits between the PMA and PMD via the PMD Service Interface; Data loopback at the PMD Service Interface.

LAN / MAN

Gigabit Ethernet: PCS, PMA, Autonegotiation

FD Full Duplex

HD Half Duplex

PS1, PS2 Pause, Anzeige ob und welche MAC-Control-Funktionen zur Steuerung der Datenübertragung angewendet werden können. Dies gilt nur im dx-Mode, wo sich Instanzen durch PAUSE-Nachrichten vor Datenüberlauf schützen können.

RF1,RF2 Remote Failure: No error, Offline, Link_Failure, AN-Error Ack Quittierung, dass man vom Partnerinstanz gültige NP Next Page, Escape-Mechanismus zur Erweiterung des Coderaumes

Autonegotiation in 1000BASE-X-Szenarien1) macht PCS: – Nicht mehr über Fast Link Pulses, sondern über den Austausch von 16-Bit-Kontrollnachrichten über die

LWL-Verbindung

– Beide Seiten wählen daraus die Parameter, die den optimalsten Betrieb ermöglichen.

– Über das Kartenmanagement kann man Autonegotiation ausschalten oder auf einer Seite bestimmte Parameter erzwingen

1) IEEE 802.3, Kap. 37,

rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd FD FD HD HD PS1 PS1 PS2 PS2 rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd rsvd RF1 RF1 RF2 RF2 Ack Ack NP NP

D0 D1 D15


Autonegotiation in 1000BASE-T-Szenarien wird durch eine spezielle Sequenz von Fast Link Pulses realisiert.

LAN / MAN

Gigabit Ethernet: Flußsteuerung beim dx-Mode

Gezeigt wird ein dx-Repeater mit 4 Ports und den zugehörigen Input-Output-Queues.

A, B, C, …, X kennzeichnen die Reihenfolge am Hub eingetroffener Rahmen.

A D E

Station1

F

C

Station2

PAUSE

Station3

B

Station4

I O

D E F

B

C

B B

A G A A

Zeit t=1

I O I O I O I O I O I O I O

Zeit t=1 Da die I-Queue von Port1 fast voll ist,

wird der Station ein PAUSE-Frame gesendet.

Im PAUSE-Frame steht ein Zeitparameter

Zeit t=2 Momentan wird Frame A an die Stationen

2,3,4 gesendet.

Frame B steht zur Sendung an die Stationen 1,2,3,bereit

Station 4 empfängt Frame A und sendet gleichzeitig Frame G

Station1 Station2 Station3 Station4


Zeit t=2

LAN / MAN

Gigabit Ethernet: Produkte


3Com® Gigabit Fiber-SX Server NIC

Media: 1000BASE-SX Connector: SC Bus: 32-/64-bit, 33/66 MHz PCI; 32-/64-bit,

33/66/100/133 MHz PCI-X Operating distance: 1000BASE-SX: 850 nm

multimode up to 500 m full-duplex. 220 m with 62.5/125 µm multimode fiber cable and 500 m with 50/125 µm multiMode fiber cable.

Gigabit-Kupfer-PCI-Adapter GA311 von Netgear: 10/100/1000-MBit/s-Autosensing-Port Halb- und Vollduplex 32-Bit-Architektur Auto Uplink Realtek-Chipsatz Unterstützung von 5-Volt und 3,3-Volt-PCI-

Bus-Standard Kompatibel zu IEEE 802.3ab Gigabit-Ethernet,

IEEE 802.3u Fast-Ethernet, IEEE 802u Auto-Negotiation

Gigabit-Ethernet-Switch GA105 von Netgear:

5 x 10/100/1000 MBit/s Gigabit Ethernet Ports

Alle Ports sind Auto-Negotiating und unterstützen Auto Uplink™ Technologie

Geräuschfreier Betrieb, da lüfterlos

LAN / MAN

Gigabit Ethernet: Zusammenfassung

1000BASE-LX 1000BASE-SX 1000BASE-CX 1000BASE-T

Long Wave Length 1270 bis 1355 nm

Short Wave Length 770 bis 860 nm

Short-haul1) Copper

Datenrate 1000 Mb/s 1000 Mb/s 1000 Mb/s 1000 Mb/s

Übertragungsart Basisband Basisband Basisband Basisband

Übertragungscode 8B10B NRZ 8B10B NRZ 8B10B NRZ PAM5

Betriebsart hx, dx hx, dx hx, dx hx, dx

Topologie Stern Stern Stern Stern

Medium 2* 62,5 oder 50 µm MultiModeFiber

2* 10 µm SingleModeFiber

2* 62,5 oder 50 µm MultiModeFiber

2* 10 µm SingleModeFiber

1 Jumper Cable, Spezialkabel mit zwei

Ende-zu-Ende geschirmten CuDAn

4 STP Kat 5, Duplexbetrieb über alle Paare vermittels einer

Brückenschaltung

Segmentanzahl 1 1 1

Reichweite MMF bis 550 m

SMF keine Angaben

MMF bis 550 m

SMF bis 5000 m

bis 25 m 100 m

Stecker Dual-SC-Stecker Dual-SC-Stecker V1: Shilded 9-pol Subminiatur (Sub-D)

V2: 8-pin shielded ANSI Fibre Channel

RJ 45

1)short-haul - Kurzstrecke 2)PAM5 - Five-level Pulse Amplitude Modulation


LAN / MAN

Geordneter Medienzugriff durch Token (das Zeichen, die Marke)

Token-Verfahren erlauben geordneten Zugriff auf gemeinsamen genutztes Medium: – Von einer festgelegten Station (Monitorstation) wird Token erzeugt, was von Station zu Station

weitergegeben wird. – Nur die Station, die im Besitz des Tokens (Zeichen) ist, darf Daten senden. – Aus Fairnessgründen darf eine Station nur einen Datenrahmen bzw. eine bestimmte Zeit

senden. Danach muss sie das Token an die nächste Station weiter geben.

Token ist ein spezielles Datenpaket.

Subnetze, die dieses Medienzugriffsverfahren nutzen sind: – Token Ring (IEEE 802.5), – Token Bus (IE3 802.4), – FDDI, Fiber Distributed Data Interface ist ein ANSI-LAN-Standard, basierend auf LWL mit

Übertragungsraten von 100 Mbit/s.

Tokens können durch den Ausfall von Stationen oder Leitungssegmenten oder durch Übertragungsfehler zwischen Stationen verloren gehen. Deshalb sind besondere Maßnahmen erforderlich.

Subnetze dieser Art basieren deshalb auf komplizierteren Protokollen. Ihre Reali-sierung ist deshalb gegenüber Ethernet-Netzen teurer.


LAN / MAN

Token Ring: Beispiel A sei Monitorstation, B und C wollen an D senden

A erzeugt Token, B wartet darauf

B empfängt Token, ist sendeberechtigt und sendet

Rahmen an D

C läßt Rahmen passieren, D erkennt eigene Adresse und

kopiert Rahmen.

A A

D D B B

C C

D D B B

C C

A A

D D B B

C C

D markiert Rahmen als gelesen und sendet ihn an B zurück.

B empfängt gelesenen Rahmen, entfernt ihn vom Ring und gibt

Token an C weiter

C empfängt Token und sendet Daten an D

A A

D D B B

C C

Token

A A

Token Daten an D

A A

D D B B

C C

Token

1

A A

D D B B

C C

Daten an D

2 3

6 5 4


LAN / MAN

Token Ring: Besondere Probleme

Ein Sendevorgang funktioniert zusammengefaßt wie folgt /KERNER93/, 408: – Eine sendewillige Station wartet auf das Token von der Vorgängerstation. – Hat sie es, sendet sie an dessen Stelle ein Datenpaket. – Die Station wartet, bis das eigene Paket wieder eintrifft (eine Ringrunde wurde absolviert). – Die Station entfernt das quittierte Datenpaket und sendet das Token an den Nachbarn.

Jede aktive Station im Ring liest Bit für Bit in ein Empfangspuffer und gibt es auf der Sendeseite unverändert oder verändert (Quittierung eines empfangenen Rahmens) wieder aus. Aus dieser „Registerinsertion“ resultiert eine Verzögerung um mindestens 1 Bit.

Wie groß ist die „Speicherkapazität“ SR eines Ringes, angegeben in Bit? Dabei gelte: – AS = 10 (aktive Stationen), l = 500 m (Gesamtkabellänge), = 5µs/km (Gruppenlaufzeit des

Kabels), Vü auf dem Medium sei 4 Mbit/s, der RI=2bit.

bitbitbitbitm

sm

s

bitRIAlVüS SR 302010210

10

1055001043

66

***

**

***

Oft ist Ringbitzahl kleiner als ein Datenpaket. Während eine Station noch sendet, sind die ersten Bits schon wieder am eigenen Empfänger.

Auf den Ring muss mindestens das Token passen. Ist SR zu klein schleift Monitorstation ein Schieberegister ein.

Ist SR groß, können mehrere Pakete gleichzeitig auf dem Ring sein. Station die Datenrahmen sendete, schickt sofort Token hinterher.


LAN / MAN

Token Ring: Netzwerkkomponenten /HALSALL92/, 275

Bis zu 260 Stationen können verbunden werden. Üblicherweise über Twisted Pair.

Die Medienübertragungsgeschwindigkeit beträgt 4 oder 16 Mbit/s.

Station D

Trunk Coupling Unit - TCU

Trunk Cable

Bypassed

Inserted

Medium Interface Cable

Stationsentfernung maximal 100 m


Station E Station F

Station A Station B Station C

Communication Subsystem

LAN / MAN

Token Ring: Netzwerkkomponenten /HALSALL92/, 275


Physical

MAC

LLC

Medienzugriff, Adressierung Fehlererkennung (CRC)

Manchester-Codierung Senden, Empfangen

Communication Subsystem

Medium Interface Cable

TCU TCU

Rx Pair Tx Pair

Rx Pair Tx Pair

TCU Inserted

Mode

TCU Bypass Mode

Rx Pair Tx Pair

Trunk Cable

Firmware und Hardware

Logische Verbindungssteuerung, Gesicherte DÜ

LAN / MAN

Token Ring: Rahmenformate /HALSALL92/, 277

In Token-Ring-Netzen gibt es zwei Rahmenformate: – den Tokenrahmen, – den Datenübertragungsrahmen.

Start Delimiter

Access Control

Frame Control

Destination Address

Source Address

End Delimiter

Frame Status

1 Byte JK0JK000

1 Byte JK0JK000

Start Delimiter

1 Byte PPPTMRRR

1 Byte PPPTMRRR

1 Byte JK1JK1IE

1 Byte JK1JK1IE

Access Control

End Delimiter

1 Byte JK0JK000

1 Byte JK0JK000

1 Byte PPPTMRRR

1 Byte PPPTMRRR

1 Byte FFZZZZZZ

1 Byte FFZZZZZZ

2/6 Byte I/G 15/47

2/6 Byte I/G 15/47

2/6 Byte I/G 15/47

2/6 Byte I/G 15/47

4500/ 18000 Byte

INFO

4500/ 18000 Byte

INFO

4 Byte CRC

4 Byte CRC

1 Byte JK1JK1IE

1 Byte JK1JK1IE

1 Byte ACxxACxx

1 Byte ACxxACxx

Token


PPPTMRRR Priority-Bits geben an, welche Priorität der Sende-Rahmen mindestens haben muß. Token-Bit ist beim Token-Frame=0 und beim Datenrahmen=1. Reservation-Bits erlauben einer Station ein Token mit bestimmter Priorität anzufordern.

FFZZZZZZ

Frame-Bits geben an, ob der Rahmen ein MAC-Steuer- oder ein Informationsrahmen ist. Z-Bit enthalten zusätzliche Informationen, wenn der Rahmen ein MAC-Rahmen ist.

I/G 15/47 Individual or Group-Address (I=0, G=1); 15 oder 47 Bit werden zur Adressierung verwendet.

JK1JK1IE

Bei einem Token-Frame sind I und E=0; In einem I-Frame bedeutet I=1: Erstrahmen, Folgerahmen und I=0: Einzelrahmen oder Letztrahmen. E-Bit zeigt dem Sender an, daß der Rahmen beim Empfänger fehlerhaft empfangen wurde.

ACxxACxx

A und C werden bei einem I-Frame durch die Sendestation auf 0 gesetzt. Stationen, die den I-Frame lesen, setzen das A-Bit auf 1. Stationen, die den Rahmen kopieren, setzen das C-Bit auf 1.

LAN / MAN

Token Bus: Das Prinzip

Physikalisch bestehen Token-Bus-Netze aus einer Bus- oder Baum-Struktur.

Die Stationen bilden einen logischen Ring. Dieser wird durch einen Management-Vorgang gebildet. Jede Station hat einen Predecessor (P) und Successor (S).

Modulator and

Interface Control

Coax Cable

Station A Station C

Station B

Station D

Logischer Ring

P: D

S: C

P: D

S: C P: A

S: B

P: A

S: B

P: C

S: D

P: C

S: D

P: B

S: A

P: B

S: A

Vorgänger

Nachfolger


LAN / MAN

Token Bus: Das Prinzip /KOWALK94/, 149

Die physische Anschlußreihenfolge der Stationen am Bus ist sekundär. Die Sendeberechtigung (Token) wird zum Successor weiter gegeben, es sei denn, die

Station will selbst senden. Die Sendedauern der Stationen sind begrenzt (Fairneß). Dadurch kann man jeder

Station einen Mindestdatendurchsatz garantieren. Danach reicht die Station das Token weiter, und sie überwacht, ob entweder das Token

oder ein Datenrahmen auf dem Medium erscheint. Ist dies nicht der Fall, wird die Tokenübergabe wiederholt.

Reagiert der Successor dann immer noch nicht, sendet die Station einen „Who Follows“-Rahmen, mit der Adresse der ausgefallenen Station.

Alle Stationen empfangen diesen Rahmen. Sie vergleichen die Adresse mit der eigenen Predecessor-Adresse.

Die Station, die Identität feststellt, sendet als Reaktion einen „Set Successor“-Frame an die Station, die den „Who Follows“-Frame aussendete.

Beide Stationen tragen ihren neuen Nachbarn ein; die fehlerhafte oder nicht mehr vorhandene Station ist isoliert.

Bei Token-Bus gibt es nur einen Rahmentyp, der fast identisch mit dem Datenübertra-gungsrahmen beim Token-Ring-Verfahren ist.


LAN / MAN

DQDB - Distributed Queue, Dual Bus IE3 802.6, ISO 8802.6

DQDB ist eine Technologie zur Verbindung von LANs einer Firma bzw. einer Region bzw. Stadt.

DQDB setzt sich begrifflich zusammen aus: – dem Medienzugriffsverfahren (MAC): Distributed Queue, – der Topologie: Dual Bus.

DQDB hat folgende Hauptmerkmale: – Das Netz besteht aus zwei unidirektionalen Bussystemen. – Die Übertragungsrichtungen sind gegenläufig. – Jede Station ist an beide Bussysteme angeschlossen:

• mit einem Receiver R, • mit einem Transmitter T, • mit einer Medienzugriffsteuerung.

– Die Übertragungsgeschwindigkeit auf dem Medium beträgt 44 Mbit/s bis 155 Mbit/s. – Das Zugriffsverfahren unterstützt:

• Isochrone Kommunikation, d.h. Stationen können zyklisch eine feste Übertragungszeit zugeteilt bekommen. Damit ist eine Echtzeitübertragung garantiert (wichtig für Sprache, Video).

• Asynchrone Kommunikation, Stationen nutzen das Übertragungsmedium nach bestimmten Prioritäten und unter Berücksichtigung der Wünsche aller anderen Stationen.


LAN / MAN

DQDB: Applikationen

DQDB-LAN LAN LAN

LAN LAN

LAN LAN LAN LAN LAN LAN

LAN LAN

DQDB-MAN LAN LAN

LAN LAN LAN LAN LAN LAN

LAN LAN

Weitere

MAN

B-ISDN (WAN)

auf ATM-Basis

B-ISDN (WAN)

auf ATM-Basis


LAN / MAN

DQDB: Prinzip

Head of Bus A

HOB A

Head of Bus B

HOB B

Access Control Unit Access Control Unit

R R T T

1

R R T T

1


R R T T

1

R R T T

1


R R T T

1

R R T T

1

Node 1 Node 2 Node N


LAN / MAN

DQDB: Prinzip

Die Kopfstation erzeugt zu äquidistanten Zeitpunkten (125 µs) einen Rahmen, der dann z.B mit ~34 Mbit/s bzw. ~140 Mbit/s auf dem Medium übertragen wird.

Die Rahmenlänge wurde wie folgt festgelegt: – Vü=34 Mbit/s: 4296 bit/Frame,

– Vü=140 Mbit/s: 17408 bit/Frame.

Jede Station hat eine Routingtabelle, aus der hervorgeht, über welchen Bus (A- oder B-Bus) eine andere Station erreichbar ist: – Node 1 erreicht z.B. alle anderen Stationen über den A-Bus,

– Node 2 erreicht Node 1 über den B-Bus, alle anderen Nodes über den A-Bus usw.

Jeder Rahmen besteht aus: – dem Frame Header,

– 6 isochronen Slots bei 34 Mbit/s, bzw. 27 isochronen Slots bei 140 Mbit/s

– einem Stuffing Field zum asynchronen Zugriff nach festliegenden Regeln.

Berechnen Sie die exakten Übertragungsgeschwindigkeiten auf einem DQDB-Medium!


LAN / MAN

DQDB: Rahmenaufbau

Slot 1 Slot 1 Header Header

125 µs

Slot 2 Slot 2 Slot 3 Slot 3 Slot 4 Slot 4 Slot i Slot i Slot 1 Slot 1 Slot 2 Slot 2 Slot 3 Slot 3 Slot 4 Slot 4 Slot k Slot k Trailer Trailer

Slots für isochronen Zugriff Slots für asynchronen Zugriff

1 Byte

ACF

1 Byte

ACF

4 Byte

SH

4 Byte

SH

1 Byte

ACF

1 Byte

ACF

4 Byte

SH

4 Byte

SH

ACF Access Control Field PH Payload Header PT Payload Trailer SH Slot Header

Jeder Subslot entspricht 64 kbit/s.

n*64 kbit/s erhält man durch Kanalbündelung

2 Byte

PH

2 Byte

PH

2 Byte

PT

2 Byte

PT

PA-Slot

QA-Slot

44 Byte

Payload


48 Byte

LAN / MAN

DQDB: QA-Slot-Aufbau

QA-Slot-Aufbau

1 Bit Busy 1 Bit

Busy 1 Bit SLT 1 Bit SLT

1 Bit PSR 1 Bit PSR

3 Bit Request

3 Bit Request

2 Bit RSVD

2 Bit RSVD

ACF - Access Control Field

8 Bit Header check sequence (HCS) 8 Bit Header check sequence (HCS)

SH – Slot Header

1 Byte ACF 1 Byte ACF

4 Byte SH

4 Byte SH

2 Byte PH

2 Byte PH

2 Byte PT

2 Byte PT

44 Byte Payload

2

PH

2

PH

2

PT

2

PT

44 Byte

BOM

LLC-PDU

2

PH

2

PH

2

PT

2

PT

44 Byte

COM

2

PH

2

PH

2

PT

2

PT

44 Byte

EOM

Segmentierung einer LLC-PDU

PH – Payload Header

PT – Payload Trailer


4 Bit VCI 4 Bit VCI

2 Bit Content type

2 Bit Content type

2 Bit Priority 2 Bit Priority

8 Bit Virtual circuit identifier (VCI) 8 Bit Virtual circuit identifier (VCI)

8 Bit Virtual circuit identifier (VCI) 8 Bit Virtual circuit identifier (VCI)

BOM - Beginning of Message COM - Continuation of Message EOM - End of Message

LAN / MAN

DQDB: QA-Slot-Aufbau

Das Access Control Field ACF: – Busy-Bit zeigt an, ob der Slot besetzt oder frei ist – SLT-Bit (Slot Type), – PSR-Bit (Previous Segment Received) – RSVD-Bits (Reserved) – Request-Bits, dienen zur Anforderung eines Slots (jedes Bit steht für eine Priorität)

Slot Header SH: – VCI, dient zur Angabe einer logischen Verbindungsnummer. Diese wird z.B. beim

Übergang in das B-ISDN verwendet und ist identisch mit dem VCI bei ATM (Asynchronous Transfer Mode). Mit Hilfe dieses ID werden netzweite Verbindungen geroutet.

– HCS, ist die Prüfsumme über den Kopf.

Schicht-2-PDUs (LLC-PDUs) werden in 44 Byte große Portionen eingeteilt: – die erste heißt BOM: Beginning of Message, – die nächsten heißen COM: Continuation of Message, – die letzte heißt EOM: End of Message. – PH (Payload Header) und PT (Payload Trailer) enthalten den Segmenttyp (BOM, COM,

EOM), eine Folgenummer, Angabe über die Länge des Informationsfeldes und eine Prüfsumme.


LAN / MAN

DQDB: Medienzugriff

Subslots zur isochronen Übertragung werden bei der Kopfstation angefordert.

Asynchrone Datenübertragung wird durch ACU vereinfacht wie folgt gesteuert: – kommt ein Slot mit Busy-Bit=0 vorbei und ist der Wert des CD-Registers=0,

kennzeichnet sie den Slot als besetzt (Busy-Bit=1) und schreibt die Daten in die Payload.

– Das Schreiben geschieht durch ein logisches ODER, so das in den Nodes keine Verzögerungen durch das Einlesen vom und Rausschreiben auf den Bus entstehen.

– Ohne Vorkehrungen wären die Stationen bevorteilt, die näher am HOB angeschlossen sind. In der Kopfstation wird ja der Rahmen erzeugt und alle asynchronen Slots sind als frei markiert. Die erste Station könnte nun, wenn sie Bedarf hat, die gesamte Übertragungskapazität nutzen.


LAN / MAN

DQDB: Medienzugriff

Die Fairneß beim Medienzugriff wird wie folgt geregelt: – jeder Knoten hat für jeden Bus einen Request-Counter RC und einen Countdown-

Counter CD – Will ein Knoten z.B. auf Bus A ein Segment übertragen, sendet er auf Bus B einen

Request an alle abwärts liegenden Knoten. Will eine Station auf dem B-Bus senden, wird der Request aufwärts über den A-Bus geschickt. Dazu wird ein Request-Bit im ACF genutzt.

– Jede Station, die einen Request auf Bus-B empfängt, inkrementiert RCA und umgekehrt.

– Jeder freie Slot, der an der Station auf dem A-Bus vorbeikommt, dekrementiert RCA. – Will eine Station senden, initiiert sie einen Request, kopiert den Zählerstand von RCA

in den Countdown Counter CDA und setzt RCA auf Null. – RCA arbeitet so weiter wie beschrieben. – Jeder vorbeikommende freie Slot auf dem A-Bus dekrementiert nun neben RCA auch

CDA. Ist CDA=0, hat der Knoten Sendeberechtigung, und er schreibt seine Daten slotweise auf den Bus.

– Negative Zählerstände gibt es nicht. Wenn also nichts los ist, stehen alle Zähler auf Null. Will ein Knoten senden, kann er in diesem Fall sofort beginnen.


LAN / MAN

DQDB: Medienzugriff

HOB B

HOB A

R R T T

1

R R T T

1

Node i

CTA CTA

CTB CTB

CDA CDA

CDB CDB

R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload

R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload R B Payload

Dec(CTA, CDA)=f(Busy=0)

Inc(CTB)=f(Request=1) Inc(CTA)=f(Request=1)

Dec(CTB, CDB)=f(Busy=0)

if CDA=0 „du darfst ... senden“

if CDB=0 „du darfst ... senden“

CT-Stand wird nach CD kopiert, CT auf Null gesetzt

3 Reservation-Bit im Access Control Field - ACF R

1 Busy-Bit im Access Control Field - ACF

B

QA-Slot j

QA-Slot i+1 QA-Slot i+2 QA-Slot i+3

QA-Slot j+1 QA-Slot j+2

QA-Slot i


LAN / MAN

Literatur


Fachbücher

/SIKORA/ Technische Grundlagen der Rechnerkommunikation, Fachbuchverlag Leipzig, 2003, ISBN 3-446-22455-6

/HALSALL96/ Data Communications, Computer Networks and Open Systems, Addison-Wesley, 1996, ISBN 0-201-42293-X

/HALSALL01/ multimedia communications, Addison-Wesley, 2001, ISBN 0-201-39818-4

/COMER/ Computernetze und Internets, Pearson Studium, 2002, ISBN 3-8273-7023-X

/KERNER/ Rechnernetze nach OSI, Addison-Wesley, 1993, ISBN 3-89319-632-3

/ZENKER/ Lokale Netze - Kommunikationsplattform der 90er Jahre, Addison-Wesley, 1993, ISBN 3-89319-567-X

/KOWALK/ Rechnernetze, Teubner, 1994, ISBN 3-519-02141-2

Taschenbuch

/STEIN/ Taschenbuch Rechnernetze und Internet, Fachbuchverlag Leipzig, 2004, ISBN 3-446-22573-0

Standards

/IEEE 802-2002/ IEEE Standard for Local and Metropolitan Area Networks: Overview and Architecture

/IEEE 802.1F,H,D,G,./

IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - LAN/MAN Bridging & Management

/IEEE 802.2/ IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements - Part 2: Logical Link Control - LLC

/IEEE 802.3/

IEEE Standard for Information technology - Telecommunications and information exchange between systems - Local and metropolitan area networks - Specific requirements Part 3: Carrier sense multiple access with collision detection (CSMA/CD) access method and physical layer specifications

Links

packetlife http://packetlife.net u.a. sehr viele WireShark-Captures für sehr viele Protokolle

http://packetlife.net/

lan und man

Documents