Vernetzte IT-Systeme 
4. Direktverbindungsnetze 
Prof. Dr. Volkmar Langer 
Florian Schimanke 
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Vernetzte IT-Systeme 
4. Direktverbindungsnetze 
4.1 Ethernet Grundlagen 
Prof. Dr. Volkmar Langer 
Florian Schimanke
Direktverbindungsnetzwerk 
Eine Idee wird vierzig: 22. Mai 2013 – 40 Jahre Ethernet 
Direktverbindungsnetze 3 
Bob Metcalf...
Direktverbindung – Shared Media 
Wie wird der Zugriff auf das Medium geregelt? 
– Medienzugriffssteuerung 
– Fairness: Dur...
Protokoll: CSMA/CD 
Direktverbindungsnetze 5 
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carrier sense 
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Station ist 
sendebereit Medium abhören 
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Einordnung ins ISO/OSI-RM 
Layer 2 - Ethernet
Differenzierung in Sublayern 
Anwendungsschicht 
Darstellungsschicht 
Sitzungsschicht 
Transportschicht 
Vermittlungsschic...
Ethernetframe II nach IEEE 802.3 
7 + 1 Byte 6 + 6 Byte 2 Byte 46- 1500 Byte 4 Byte 
Präambel Zieladresse Quelladress 
SOF...
MAC Adressen – IEEE 802.3 
weltweit eindeutige Identifikation 
des Netzwerkadapters 
6 Byte (48 Bit) lang 
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Unicast und Broadcast 
Bsp. Unicast HTTP 969 GET /wiki/Wikipedia: Hauptseite HTTP/1.1 
Bsp. Broadcast: ARP 60 Who has 192....
Vernetzte IT-Systeme 
4. Direktverbindungsnetze 
4.2 Ethernet Technologien 
Prof. Dr. Volkmar Langer 
Florian Schimanke
Ethernet - ursprünglich 
Transceiver 
Bus-abschluss 
Yellow Cable (thick Coaxial) 
max. 500m 
Bus-abschluss 
10 Base 5 
10...
Ethernet heute – switched Ethernet 
x Base T/SX/LX 
xMbps 
Basisband 
(digital) 
Twisted Pair/LWL
Ethernet Evolution 
Ethernet 
Evolution 
Standard 
Ethernet 
Fast 
Ethernet 
Giga 
Ethernet 
Ten-Giga 
Ethernet 
10 Mbps 1...
Ethernet im IEEE Komitee 
802.1. 
802.2. 
802.3. 802.4. 802.5. 802.6. 
 802.1. Higher Layer Interface Standard ( OSI, X.2...
Ethernet im IEEE Komitee 
http://www.ieee802.org/ 
 802.3 Ethernet 
 802.3u Fast Ethernet 
 802.3z Gigabit Ethernet 
 ...
Ethernet vom LAN zum Carrier 
Metro Ethernet Forum, http://metroethernetforum.org/ , Stand 18.08.2014
Vernetzte IT-Systeme 
4. Direktverbindungsnetze 
4.3 Funknetze 
Prof. Dr. Volkmar Langer 
Florian Schimanke
Entfernungsklassen bei Funknetzen 
Mbit/s 
1000 
100 
10 
1 
WPAN WLAN WMAN WWAN 
Bluetooth 
3.0 
2.0 
WiFi 
802.11n 
802....
WLAN – OSI Schichten 
Anwendungsschicht 
Darstellungsschicht 
Sitzungsschicht 
Transportschicht 
Vermittlungsschicht 
Sich...
WLAN – Standards 
Standard Jahr Frequenz 
GHz 
Reichweite 
(innen/außen) 
Datenrate 
Mbit/s 
802.11 1997 2,4 20/100m 2 
80...
WLAN – Topologien 
Ad-hoc-Netzwerke BSS Basic Service Set Infrastructure 
Access Point 
Switch 
ESS Extended Service Set I...
Herausforderung – technische Dimension
Herausforderung – Ausleuchtung 
Bild HSW, WLAN Signaldämpfung, 21.08.2014
Herausforderung – Datenschutz 
Verschlüsselungsstandard WiFi Protected Access2: WPA2 
 2004, WiFi Alliance 
 basiert auf...
IEEE 802.11ac/ad 
802.11n 802.11ac 802.11ad 
max. Übertragungsrate 600 Mbit/s 3,2 Gbit/s 7 Gbit/s 
max. Reichweite ca. 100...
Quellenhinweise 
[1] J. Scherff: Grundkurs Computernetze. Eine kompakte Einführung in 
die Netzwerk- und Internet-Technolo...
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VIT 4-2014

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  • Wie wird der Zugriff auf das Medium geregelt?
    Medienzugriffssteuerung
    Fairness: Durchsatz und Verzögerung
    Kodierung und Framebildung
    Zuverlässigkeit und Fehlererkennung

  • Funknetze eine mögliche Art der Klassifizierung
    Bluetooth 2.0 – 3.0: maximal 2,1 Mbit/s -  theoretische Übertragungsrate von 24 Mbit/s
    WLAN: 5-6 Mbit/s – theoretisch bis zu 600 Mbit/s
    WMAN: bis 1Gbit/s
    WWAN: LTE maximale Download-Geschwindigkeit von 225 MBit/s erreicht
    3rd Generation Partnership Project (3GPP) ist eine weltweite Kooperation von Standardisierungsgremien für die Standardisierung im Mobilfunk; konkret für UMTS, GERAN (GSM) und LTE. Die 3GPP wurde am 4. Dezember 1998 von fünf sogenanntenOrganizational Partners gegründet.
  • Shared Media: also in der Bitübertragungsschicht und in der Sicherungsschicht ansetzen.
    Zwei Frequenzspreizverfahren, bei denen ein schmalbandiges Signal in ein Signal mit einer größeren Bandbreite, als für die Informationsübertragung nötig ist, umgewandelt wird.
    Vorteil: größere Störsicherheit gegenüber schmalbandigen Störsignalen und damit das S/N Verhältnis verbessert!
  • Beim fünften WLAN Standard 802.11n wird OFDM (orthog. Freq. Div. Multipl.) verwendet und die Antennentechnik auf MIMO (Multiple Input Multiple Output) weiter optimiert.
  • Im ISM-Frequenzband 2,4 GHz stehen uns bei WLAN 14 Kanäle mit der Bandbreite von 22MHz zur Verfügung, die sich allerdings überlappen!
    D.h. in benachbarten Räumen eines Gebäudes können häufig nur drei Kanäle, die sich nicht überlappen genutzt werden.
  • Ausleuchtung z.B. in Form von Dämpfungsprofilen, die abhängig von den gebäudetechnischen Rahmenbedingungen, also … Auskunft über die Signalqualität und damit über die …
    7 AP´s in einer Etage der HSW
  • Sicherheitsexperten von AirTight Networks haben im Juli 2010 eine Lücke im WLAN-Sicherheitsprotokoll WPA2 entdeckt.
    Benannt wurde das Sicherheitsloch nach der Seite im zugrundeliegenden Standard IEEE 802.11 (2007), die den Hinweis auf die Lücke gibt Seite 196 von 1232.
  • 802.11ac: Offizielle Standardisierung wurde im Dezember 2013 veröffentlicht[
  • VIT 4-2014

    1. 1. Vernetzte IT-Systeme 4. Direktverbindungsnetze Prof. Dr. Volkmar Langer Florian Schimanke Dieses Werk ist lizenziert unter einer Creative Commons Namensnennung 4.0 International Lizenz.
    2. 2. Vernetzte IT-Systeme 4. Direktverbindungsnetze 4.1 Ethernet Grundlagen Prof. Dr. Volkmar Langer Florian Schimanke
    3. 3. Direktverbindungsnetzwerk Eine Idee wird vierzig: 22. Mai 2013 – 40 Jahre Ethernet Direktverbindungsnetze 3 Bob Metcalf, University of Texas at Austin, http://bit.ly/1t2f8eZ , Stand 15.8.2014
    4. 4. Direktverbindung – Shared Media Wie wird der Zugriff auf das Medium geregelt? – Medienzugriffssteuerung – Fairness: Durchsatz und Verzögerung – Kodierung und Framebildung – Zuverlässigkeit und Fehlererkennung – … Direktverbindungsnetze 4
    5. 5. Protokoll: CSMA/CD Direktverbindungsnetze 5 1 2 3 CS carrier sense 1 2 3 MA multiple access 1 2 3 CD collision detection
    6. 6. Ethernet-Algorithmus Station ist sendebereit Medium abhören Daten übertragen und Medium abhören Übertragung beendet Direktverbindungsnetze Backoff Time abwarten Übertragung abbrechen u. Jam- Signal senden Medium frei? Kollision entdeckt ? 6
    7. 7. Einordnung ins ISO/OSI-RM Layer 2 - Ethernet
    8. 8. Differenzierung in Sublayern Anwendungsschicht Darstellungsschicht Sitzungsschicht Transportschicht Vermittlungsschicht Sicherungsschicht Bitübertragungs-schicht Logische Verbindungssteuerung 2b: LLC logical link control 2a: MAC medium access control Medien Zugriffssteuerung Übertragungsmedium
    9. 9. Ethernetframe II nach IEEE 802.3 7 + 1 Byte 6 + 6 Byte 2 Byte 46- 1500 Byte 4 Byte Präambel Zieladresse Quelladress SOF Typ Daten… ggf. Pad FCS e Präambel SOF Bitfolge 10101010…10101011; Synchronisation und Frameanfang Zieladresse Quelladresse MAC – Adressen von Empfänger und Sender Typ Typ-Feld zur Identifizierung der Layer 3 Protokolle – z.B. ARP, IP, usw. Daten… ggf. Pad 46-1500 Bytes Daten, die ggf. durch Pad 0…45 aufgefüllt werden FCS Frame check sequence: CRC32 – Checksummenbildung, Fehlererkennung
    10. 10. MAC Adressen – IEEE 802.3 weltweit eindeutige Identifikation des Netzwerkadapters 6 Byte (48 Bit) lang Darstellung byteweise hexadezimal 00-60-2F-B2-95-5A Hersteller- Kennung (hier Cisco) Adressen 224 ~16,7 Millionen
    11. 11. Unicast und Broadcast Bsp. Unicast HTTP 969 GET /wiki/Wikipedia: Hauptseite HTTP/1.1 Bsp. Broadcast: ARP 60 Who has 192.168.2.15? Tell 192.168.14.191
    12. 12. Vernetzte IT-Systeme 4. Direktverbindungsnetze 4.2 Ethernet Technologien Prof. Dr. Volkmar Langer Florian Schimanke
    13. 13. Ethernet - ursprünglich Transceiver Bus-abschluss Yellow Cable (thick Coaxial) max. 500m Bus-abschluss 10 Base 5 10Mbps Basisband (digital) 500m Segmentlänge
    14. 14. Ethernet heute – switched Ethernet x Base T/SX/LX xMbps Basisband (digital) Twisted Pair/LWL
    15. 15. Ethernet Evolution Ethernet Evolution Standard Ethernet Fast Ethernet Giga Ethernet Ten-Giga Ethernet 10 Mbps 100 Mbps 1 Gbps 10 Gbps 100-Giga Ethernet 100 Gbps
    16. 16. Ethernet im IEEE Komitee 802.1. 802.2. 802.3. 802.4. 802.5. 802.6.  802.1. Higher Layer Interface Standard ( OSI, X.25 )  802.2. Logical Link Control ( LLC )  802.3. CCSSMMAA//CCDD  802.4. Tokenbus  802.5. Token Ring  802.6. DQDB ( Distributed Queue Double Bus )
    17. 17. Ethernet im IEEE Komitee http://www.ieee802.org/  802.3 Ethernet  802.3u Fast Ethernet  802.3z Gigabit Ethernet  802.3an 10 Gigabit Ethernet (BaseT)  802.3ae 10 Gigabit Ethernet (Base SR,LR – LWL)  802.3ba-2010 40 GBE, 100 GBE Standards 802.3bq 40GBASE-T (2014) … http://www.ieee802.org/3/
    18. 18. Ethernet vom LAN zum Carrier Metro Ethernet Forum, http://metroethernetforum.org/ , Stand 18.08.2014
    19. 19. Vernetzte IT-Systeme 4. Direktverbindungsnetze 4.3 Funknetze Prof. Dr. Volkmar Langer Florian Schimanke
    20. 20. Entfernungsklassen bei Funknetzen Mbit/s 1000 100 10 1 WPAN WLAN WMAN WWAN Bluetooth 3.0 2.0 WiFi 802.11n 802.11a/g 802.11b WiMax 802.16m 802.16e 802.16- 2004 4G LTE (3,9G) 3G+(HSPA) 3G (UMTS) IEEE802.15 IEEE802.11 IEEE802.16 3GPP ~ 10m ~ 100m ~ 50 km ~ 30km
    21. 21. WLAN – OSI Schichten Anwendungsschicht Darstellungsschicht Sitzungsschicht Transportschicht Vermittlungsschicht Sicherungsschicht Bitübertragungs-schicht LLC logical link control 802.11 Media Access Control 802.11 Physical Layer Convergence Protocol (PLCP) 802.11 Infrarot „Übertragungsmedium“ 802.11 FHSS* 802.11 DSSS* *FHSS: Frequency Hopping Spread Spectrum *DSSS: Direct Sequence Spread Spectrum
    22. 22. WLAN – Standards Standard Jahr Frequenz GHz Reichweite (innen/außen) Datenrate Mbit/s 802.11 1997 2,4 20/100m 2 802.11b 1999 2,4 40/140m 11 802.11g 2003 2,4 40/140m 54 802.11a/h 1999/2003 5 35/120m 54 802.11n 2009 2,4/5 70/250m 600 Vgl. IEEE 802.11 Working Group for WLAN, http://www.ieee802.org/11/ , Stand 20.8.2014
    23. 23. WLAN – Topologien Ad-hoc-Netzwerke BSS Basic Service Set Infrastructure Access Point Switch ESS Extended Service Set Infrastructure Access Point Access Point WLC Switch Access Point
    24. 24. Herausforderung – technische Dimension
    25. 25. Herausforderung – Ausleuchtung Bild HSW, WLAN Signaldämpfung, 21.08.2014
    26. 26. Herausforderung – Datenschutz Verschlüsselungsstandard WiFi Protected Access2: WPA2  2004, WiFi Alliance  basiert auf AES (Advanced Encryption Standard)  IEEE 802.11 Standard (Revision, 2007) Vgl. AirTight, http://www.airtightnetworks.com/WPA2-Hole196 , Stand 21.08.2014
    27. 27. IEEE 802.11ac/ad 802.11n 802.11ac 802.11ad max. Übertragungsrate 600 Mbit/s 3,2 Gbit/s 7 Gbit/s max. Reichweite ca. 100m ca. 50m ca. 10m Frequenzband 2,4/5 GHz 5 GHz 60 GHz max. 4 x 4 8 x 8 1 Sende/Empfangseinheiten Antennentechnik MIMO MU-MIMO Beamforming max. Kanalbreite 40 MHz 160 MHz 2 GHz Modulationsverfahren QAM-64 QAM-256 QAM-64 Vgl. IEEE 802.11 Working Group for WLAN, http://www.ieee802.org/11/ , Stand 20.8.2014
    28. 28. Quellenhinweise [1] J. Scherff: Grundkurs Computernetze. Eine kompakte Einführung in die Netzwerk- und Internet-Technologien, 2., überarbeitete und erweiterte Auflage 2010, Wiesbaden: Vieweg + Teubner Verlag. [2] M. Sauter: Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme. Von UMTS und HSDPA,GSM und GPRS zu Wireless LAN und Bluetooth Piconetzen, 3., erweiterte Auflage 2008, Wiesbaden: Vieweg + Teubner Verlag. [3] BSI, Sichere Nutzung von WLAN (ISi-WLAN), BSI-Leitlinie zur Internet-Sicherheit (ISi-L), Version 1.0, 2009, https://www.bsi.bund.de/SharedDocs/Downloads/DE/BSI/Internetsicher heit/isi_wlan_leitlinie_pdf.pdf?__blob=publicationFile , Stand 20.8.2014 28

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