Juan C Fries Thema 6 Ethernet Fast und

Juan C. Fries Thema 6: Ethernet, Fast- und Gigabit-Ethernet Proseminar: Grundlagen der Telematik 18. 07. 2000 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries

Übersicht 1. 2. 3. 4. 5. 18. 7. 2000 Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung Ethernet -- Juan C. Fries 2

1. Kapitel 1. 2. 3. 4. 5. 18. 7. 2000 Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung Ethernet -- Juan C. Fries 3

Einleitung n Netzwerk: n modulares, erweiterbares und anpassungsfähiges System LAN = Local Area Network n Woher der Name Ethernet? n 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 4

Warum heißt es Ethernet? n n n Ursprünglicher Name: Alto Aloha Network (1972) Erfinder Metcalfe bei Xerox Äther zum Transport von Bits 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 5

2. Kapitel 1. 2. 3. 4. 5. 18. 7. 2000 Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung Ethernet -- Juan C. Fries 6

Ethernet n n Geschwindigkeit der Datenübertragung: 10 Mbit/s Kabelvarianten: n n Thick-Ethernet Koaxialkabel Thin-Ethernet 10 Base-T-Ethernet (Twisted-Pair) Längenbeschränkungen 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 7

Verschiedene Kabeltypen 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 8

Koaxialkabel 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 9

Thick-Ethernet-Kabel n 10 Base 5 -Koax / Yellow-Cable 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 10

Aufbau von Thick-Ethernet-LANs Wichtig: 50 Abschlusswiderstand max. 500 m Länge mind. 2, 5 m TCR TCR TCR max. 50 m DEC SUN UNIX AIX 18. 7. 2000 File. Server TCR: Transceiver Ethernet -- Juan C. Fries 11

Transceiver n n n Kombination aus Transmitter (Sender) und Receiver (Empfänger) und bedeutet soviel wie Sende- und Empfangseinheit. mechanisch-elektrische Ankopplung eines Transceivers über einen TAP-Anschluss Die Anbringung eines Transceivers kann während des Netzwerkbetriebes erfolgen. 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 12

Aufgaben des Transceivers n n n Weiterleitung von kodierten bitseriellen Datenströmen auf das Koaxialkabel Gewährleistung einer repeaterfreien Signalisierung bis zu einer Übertragungsstecke von 500 m Empfangen von bitseriellen Datenströmen vom Koaxialkabel Kollisionserkennung Carrier Sense Unterstützung einer Datenrate von 10 Mbit/s 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 13

Netzwerkadapter n n n Station im lokalen Netzwerk Kommunikationssoftware für untere OSI -Transportschichten Protokollsoftware auf Netzwerk. Controller implementiert, um Workstation zu entlasten 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 14

Thin-Ethernet-Kabel n 10 Base 2 -Koax 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 15

Aufbau von Thin-Ethernet-LANs aka Cheapernet verwendet das CSMA/CD-Zugriffsverfahren 50 Abschlusswiderstand mind. 0, 5 m File. Server 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 16

Kollisionsbehandlung mittels CSMA/CD-Methode sendewillige Station überwacht Bus n n n Bus frei: Übertragung beginnt (jedoch frühestens 9, 6 µs (interframe) nach Freiwerden). Bus belegt: Bus wird weiter überwacht bis nicht mehr als belegt erkannt, wenn wieder frei -> Übertragung beginnt. Während der Übertragung wird der Bus weiter abgehört Senden zwei Stationen gleichzeitig, tritt eine Kollision auf n n 1. 2. 18. 7. 2000 Übertragung wird sofort abgebrochen und ein spezielles Störsignal (jamming signal) auf den Bus geschickt Nach Aussenden des Störsignals wird eine bestimmte Zeit (Backoff) gewartet -> maximal 16 Sendeversuche (backoff limit) Ethernet -- Juan C. Fries 17

= Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSMA/CD-Zugriffsverfahren Station sendebereit Kanal abhören (1) neuer Versuch (6) Warten gemäß Backoff-Strategie Kanal besetzt (3) Kanal frei (2) Daten senden und Kanal abhören (4) bei Kollision Störsignal senden (5) keine Kollision Sendevorgang abgeschlossen 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 18

Aufbau von 10 Base-T LANs RJ-45 Anschluss Concentrator/Hub Twisted Pair 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 19

UTP 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 20

Twisted-Pair-Stecker RJ 45 Stecker Verdrillte Kabel (twisted) 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 21

STP 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 22

Glasfaserkabel 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 23

Ethernet-Längenrestriktionen Kabelbezeichnung max. Segmentlänge 10 Base 5 -Koaxkabel 500 m 10 Base 2 -Koaxkabel 185 m 10 Base. T-Twisted-Pair 100 m 10 Base. F-Glasfaser 2000 m 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 24

Ethernet Frame Format bytes 8 6 6 2 0 -1500 min. 64 bytes Präambel Zieladresse Quelladresse Länge Protokol Header, Daten und Pad IEEE 802. 3 Frame n n Präambel: Muster: 101010. . . 10 dienen zur Taktsynchronisation des Empfängers Pad: 1 oder 0 byte zum Auffüllen auf gerade Anzahl bytes 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 25

Ethernet Frame Format IEEE Ethernet DIX Ethernet (II) Bytes 8 6 6 2 0 -1500 min. 64 k Präambel Zieladresse Quelladresse Länge Protokol Header, Daten und Pad IEEE 802. 3 Frame Bytes 8 6 6 Präambel Zieladresse Quelladresse 2 Typ 0 - Protokol Header, Daten und Pad DIX Ethernet Frame 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 26

3. Kapitel 1. 2. 3. 4. 5. 18. 7. 2000 Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung Ethernet -- Juan C. Fries 27

Fast Ethernet n n 100 Mbit/s (statt 10 Mbit/s) Kabelvarianten: n n Twisted-Pair-Kabel Glasfaserkabel sternförmige Verkabelung Längenrestriktionen Kompatibilität Ethernet – Fast Ethernet 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 28

Fast Ethernet n n n 100 Base-T kann einfach und schnell in bestehende 10 Base-T-Umgebungen eingefügt werden automatische Erkennung der Netzwerkgeschwindigkeit durch Auto. Negotiation (aka NWay) max. 2 Repeater zwischen Sendestationen und Empfängerstation 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 29

Fast Ethernet Kabel 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 30

Kompatibilität Ethernet – Fast-Ethernet Anwendung Management CSMA/CD Anwendung keine Änderung Management CSMA/CD AUI Interface Thick Koax 10 Base 5 Glasfaser 10 Base-F 18. 7. 2000 MII Interface Thin Koax 10 Base 2 Glasfaser 100 Base-FX 2 -Paar Cat. 3, 4, 5 UTP 10 Base-T 2 -Paar Cat. 5 UTP/STP 100 Base-TX Ethernet -- Juan C. Fries 4 -Paar Cat. 3, 4, 5 UTP/STP 100 Base-TX 31

4. Kapitel 1. 2. 3. 4. 5. 18. 7. 2000 Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung Ethernet -- Juan C. Fries 32

Gigabit Ethernet n Gigabit Ethernet Standard IEEE 802. 3 z n n 18. 7. 2000 erlaubt half- und full-duplex Operationen bei 1000 Mbit/s verwendet das 802. 3 Ethernet Frame Format verwendet das CSMA/CD-Zugriffsverfahren abwärtskompatibel zu 10 Base-T und 100 Base-T Ethernet -- Juan C. Fries 33

= Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSMA/CD-Zugriffsverfahren Station sendebereit Kanal abhören (1) neuer Versuch (6) Warten gemäß Backoff-Strategie Kanal besetzt (3) Kanal frei (2) Daten senden und Kanal abhören (4) bei Kollision Störsignal senden (5) keine Kollision Sendevorgang abgeschlossen 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 34

Kollisionsbehandlung · · · Jede Station muss eine Kollision beim Aussenden des kleinsten Paketes erkennen. Die benötigte Zeit, um von einem Netzwerk. Ende bis zum anderen Netzwerk-Ende und zurück zu gelangen, nennt man die Signallaufzeit (Round Trip Delay). Die Signallaufzeit ist von der Paketgröße und von der Übertragungsgeschwindigkeit abhängig. 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 35

Problem: Kollisionserkennung · Die maximale Signallaufzeit von Gigabit Ethernet schränkt die Ausdehnung des Netzes auf 10 Meter ein, wenn Kollisionserkennung noch möglich sein soll 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 36

Lösung: Frame Extensions (auch Carrier Extensions) n n n jede Station sendet eine Mindestzeit lang, bis an jeder Stelle des Netzwerksegments ausreichend bits angekommen sind wenn ein Datenpaket kleiner als 512 byte ist, werden einfach unsinnige Daten übertragen, die bereits nicht mehr zum ursprünglichen Datenpaket gehören: Frame Extensions (auch Carrier Extensions) sind spezielle Symbole, die nicht mit Daten oder mit Frame-Informationen verwechselt werden können. 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 37

5. Kapitel 1. 2. 3. 4. 5. 18. 7. 2000 Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung Ethernet -- Juan C. Fries 38

Vorteile des Gigabit Ethernet n n Optimale Lösung für hohe Leistungen bei geringen Kosten Kompatibilität zu Ethernet und Fast Ethernet Investitionsschutz für Komponenten, Betriebssysteme und Anwendungen Quality of Service (Qo. S) / Class of Service 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 39

Ausblick 10 Gigabit Ethernet = 10 000 Mbit/s Warum? 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 40

10 Gigabit Ethernet n „Weil man niemals zu reich oder zu dünn sein oder zu viel Bandbreite haben kann“ (Som Sikdar, CTO von n. Core Networks) n n Datenverkehr zwischen 1990 und 1998 um Faktor 400 gestiegen 1000 -facher Datenverkehr erwartet 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 41

10 Gigabit Ethernet n n Vorbereitung auf Multi-Gigabit-Netze bereits in diesem Jahr erste Tests von 10 Gigabit Ethernet in den kommenden 8 Monaten Voraussichtlich bereits 2001 auf dem Markt IEEE 802. 5 ae 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 42

Ende Danke! 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 43

Noch Fragen? 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 44

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I. Anhang 1. 2. 3. 4. 5. I. 18. 7. 2000 Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung Vergleiche Ethernet -- Juan C. Fries 46

Qo. S des Gigabit Ethernet n Quality of Service (Qo. S) / Class of Service n n 18. 7. 2000 Resource Reservation Protocol (RSVP) IEEE 802. 1 p Priority Functions IEEE 802. 3 x Flusskontrolle auf der Verbindungsebene Prioritätssteuerung für IP-Datenströme Ethernet -- Juan C. Fries 47

Nachteile des Gigabit Ethernet n Nachteile n n 18. 7. 2000 reine LAN-Technologie nicht besonders attraktiv für vehemente Token-Ring-Anwender Ethernet -- Juan C. Fries 48

FDDI-LANs n n FDDI = Fibre Distributed Data Interface Token Ring mit 100 Mbit/s n n n entwickelt für hohe Bandbreite und reines Glasfasersystem mittlerweile auch UTP möglich (aber mit geringerer Längenausdehnung) auf 100 km bis zu 500 Stationen möglich n n 18. 7. 2000 max. Entfernung zweier Stationen: 2 km häufiger Einsatz in leistungsfähigen Backbones (UTP/STP) Ethernet -- Juan C. Fries 49

Konzeption des FDDI-LANs n Zur Überbrückung von Leistungsfehlern aus zwei Ringen konzipiert n n Primärring Sekundärring n n 18. 7. 2000 als Backup-Ring oder zur Kapazitätssteigerung (Dual-MAC) Ethernet -- Juan C. Fries 50

ATM n n ATM = Asynchronous Transfer Mode Vorteile n n n 18. 7. 2000 ATM sehr gut für LAN- und WANIntegration geeignet Qo. S qualifiziert ATM, Video, Sprache und Daten gleichzeitig zu übertragen Isochrone und Echtzeit-Kommunikation Ethernet -- Juan C. Fries 51

ATM n Nachteile n n 18. 7. 2000 sehr komplex hoher Schulungsaufwand ATM muss sichtbar für Anwendungen werden z. Zt. geringes Interesse am Einsatz von Sprachübertragung über ATM im LAN Ethernet -- Juan C. Fries 52

Token Ring-LAN n n n sternförmig IBM Token-Ring (IEEE 802. 5) IBM-Verkabelungssystem n n 18. 7. 2000 unterschiedliche technische und physikalische Eigenschaften für vorgesehene Einsatzbereiche optimale Einsatzbedingungen gewährleisten einzelne Systeme über unterschiedl. Kabeltypen miteinander verknüpft und dazu noch unterschiedliche Steckdosen Ethernet -- Juan C. Fries 53

Beispiele für Token-Ring-LANs n Beispiele bei IBM: n n 18. 7. 2000 IBM 3600/4700: Klinkenstecker IBM 5250: Twinax-Kabel mit Spezialsteckern 3270 -Welt: Bildschirme und Drucker über BNC-Kabel angeschlossen 8100 oder 4300: Ringleitungssysteme mit Spezialsteckern Ethernet -- Juan C. Fries 54

Vergleich Funktionen Gigabit Ethernet Fast Ethernet ATM FDDI IP kompatibel Ja Ja RFC 1577 oder LANE; MPOA Ja, 802. 1 h Ethernet Pakete Ja Ja Ja, aber Änderungen in den Applikationen nötig Ja Quality of Service Ja, mit RSVP und 802. 1 p Zuordnung von Ja, mit RSVP 802. 1 p zu SVC und 802. 1 p VLANs mit 802. 1 Q/p Ja Ja Benötigt Ja Zuordnung von SVC zu 802. 1 Q 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 55

Weitere Informationen n n http: //www. ieee. org http: //www. gigabit-ethernet. org http: //www. 10 gea. org http: //www. uwsg. iu. edu/usail/external/ ethernet/ethernet-guide. html http: //www. seas. upenn. edu/~ross/appl ets/daniel_brushteyn/enet. html (CSMA/CD Simulation) 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 56

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Sondermüll n n Aus Vortrag entfernte Folien Bildersammlung 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 58

Längenrestriktionen für 100 Base-T-Ethernet Grafik Zenk 99 4. 19 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 59

FDDI-Ring-Topologie Klasse A 18. 7. 2000 ? Ethernet -- Juan C. Fries Klasse A 60

Gigabit Ethernet 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 61

Begriffe/Glossar n LAN = Local Area Network 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 62

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Hub Hub, auch Multiport. Repeater genannt n Aufgabe, Netzwerksignale für viele Benutzer (4, 8 oder sogar 24 Benutzer) auf Bit. Ebene zu verstärken und zu synchronisieren. Den dafür verwendeten Vorgang nennt man Konzentration. Wenn mehrere Geräte (z. B. Hosts) mit einem gemeinsam benutzten Gerät (z. B. einem Server) verbunden werden sollen und dieser Server nur über eine Netzwerkkarte verfügt, können Sie einen Ethernet -- Juan C. Fries 64 Hub einsetzen n 18. 7. 2000

Repeater Ein Repeater verstärkt und synchronisiert n Netzwerksignale auf Bit -Ebene neu. Repeater n können als Singleport. Repeater reine Ein- oder n Ausgangsgeräte sein. Mittlerweile haben sich jedoch n stapelbare (modulare) bzw. Multiport-Repeater n durchgesetzt, die auch Hubs genannt werden. Ethernet -- Juan C. Fries 65 n Realplayer Video 18. 7. 2000

Router Ein Router überprüft eingehende Datenpakete, n wählt den besten Pfad innerhalb des Netzwerks und n leitet sie dann zum korrekten Ausgangs. Port weiter. n Router sind die wichtigsten Geräte zur Regulierung n des Datenverkehrs in 66 Ethernet -- Juan C. Fries n 18. 7. 2000

Kollisionen Wenn zwei Bits sich gleichzeitig in einem Netzwerk bewegen, kann es zu einer Kollision kommen. n Bei relativ kleinen und langsamen Netzwerken könnte ein System verwendet werden, bei dem immer nur zwei Computer miteinander kommunizieren und sich gegenseitig abwechseln, damit sich immer nur 67 Ethernet -- Juan C. Fries n 18. 7. 2000

Kollisionen Beide Pakete werden Bit für Bit "zerstört", und es muss ein Verfahren zur Handhabung der Konkurrenz um das Medium (auch Contention genannt) implementiert werden. Das digitale System kann nur zwischen zwei Zuständen für Spannung, Licht oder elektromagnetische Wellen unterscheiden. Bei einer Kollision tritt Interferenz zwischen den Signalen auf, d. h. sie kollidieren miteinander. Ähnlich wie sich 68 Ethernet -- Juan C. Fries n 18. 7. 2000

CSMA/CD 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 69

Netzwerkadapterkarte 18. 7. 2000 Ethernet -- Juan C. Fries 70