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 
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Daten übertragen 
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Übertragung 
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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 
Darstellung byt...
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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  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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