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David Schirrmeister
@ -0,0 +1,200 @@
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# HW-Bausteine und Verkabelung
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## Zusammenfassung HW-Bausteine
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### Repeater
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- Regeneriert und verstärkt elektrisches Signal
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- **keine** Bitinterpretation
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- kennt **keine** Pakete / Mac-Adressen
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### Hub
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- Konzentrator für LANs
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- ~**Multiport-[Repeater](#repeater)**
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### Bridge / **Switch**
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- Nimmt **physikalische Trennung von Netzen** vor
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- Führt **Fehler- und Lasttrennung** durch
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- Mechanismen zum **Filtern** implementiert
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- Lernt die MAC-Quell-Adressen der aktiven Endgeräte
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- Trennt Kollisions-Domänen im LAN auf Schicht 2
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### Router
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- Entkoppelt (Teil-)Netze auf logischer (Protokoll-)Basis
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- aufgrund von Layer-3-Adressen
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- Steuert Verkehr zwischen Netzen (**Wegefindung**)
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- Arbeitet **Protokollabhängig**
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- Trennt Broadcast- und Kollisionsdomänen im LAN
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### Gateway
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- Nimmt **Umwandlung von Diensten** vor
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- _ISDN-Telefonie ↔ Voice-over-IP_
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- Security Mechanismen möglich
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- _Firewall, Proxy_
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### Unterschiede Bausteine
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#### Switch vs. Router
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##### Routing vs. Switching
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#### Weiterleitung vs. Routing
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## Broadcast-Domäne
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### Bereich/Definition
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> umfasst alle Geräte und Netzwerksegmente, die durch Switches, Hubs und Brücken miteinander
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> verbunden sind, jedoch nicht durch Router getrennt werden
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> Layer-2-Switche leiten Broadcasts, insbesondere an alle Ports innerhalb des gleichen
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> VLANs weiter
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#### Begrenzung durch Router
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> Router begrenzen Broadcast-Domänen, indem sie Broadcast-Pakete nicht an andere Netzwerke weiterleiten.
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> Dies ist wichtig, da ein unkontrollierter Broadcast-Verkehr das Netzwerk überlasten und die Leistung
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> beeinflussen kann.
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### Broadcast-Typen
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> [ARP](01_Internetworking.md#address-resolution-protocol-arp)-Anfragen
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> [DHCP](01_Internetworking.md#dynamic-host-configuration-protocol-dhcp)-Anfragen
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> Essenziell, um Netzwerkadressinformationen zu ermitteln oder zuzuweisen
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## Kollisionsdomäne
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### Bereich/Definition Kollisionsdomäne
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> Netzwerksegment, in dem Datenpakete kollidieren können, wenn zwei Geräte gleichzeitig senden.
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> Typisch für ältere Ethernet-Netzwerke, die auf einer Bus-Topologie oder Hub basieren und das
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> [CSMA/CD-Protokoll](#csma-cd-protokoll) (Caarrier Sense Multiple Access with Collision Detection) verwenden.
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### Begrenzung
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> Verwendung von Switches oder Routern anstelle von Hubs
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> Während Hubs das gesamte Netzwerk zu einer KD machen, isoliert jeder Port eines Switches/Routers
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> eine separate KD.
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### CSMA/CD-Protokoll
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> Wird verwendet, um Kollisionen zu handhaben. Wenn eine Kollision erkannt wird, stoppen die sendenden
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> Geräte, warten eine zufällige Zeitspanne und versuchen dann erneut, ihre Daten zu senden.
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> Mehrfachzugang mit Trägerprüfung und Kollisionserkennung.
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#### Grundprinzipien
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##### Carrier Sense (Trägererkennung)
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- Ethernetgerät prüft, ob Übertragungsmedium frei ist, bevor es sendet
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- für hinreichend lange Zeit (Round-Trip-Delay) keine Übertragung
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##### Multiple Access (Mehrfachzugriff)
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- Mehrere Ethernet-Geräte haben gleichzeitig und konkurrierend Zugriff auf das gleiche Übertragungsmedium
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- können senden, wenn es frei ist
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##### Collision Detection (Kollisionserkennung)
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- Während Übertragung weiterhin Medium abhören, um mögl. Kollision festzustellen
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- wenn erkannt:
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- spezielles Kollisionserkennungssignal, um alle Geräte im Netzwerk zu informieren
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- **NUR der Sender kann die Kollision NUR während des Sendevorgangs erkennen!**
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##### Jam Signal (Störsignal)
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- wenn Kollision erkannt:
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- spezielles Störsignal, um alle Geräte im Netzwerk zu informieren
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##### Backoff-Algorithmus
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- **Verzögerung vor erneutem Versuch**
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- alle Geräte warten eine zufällige Zeit vor erneutem Übertragungsversuch
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- Wartezeit wird in Slot-Times berechnet
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- typ. Slot-Time: `51,2 Mikrosekunden`
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- **Exponentieller Backoff**
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- Wartezeit wird nach jeder Kollision erhöht, um Wahrscheinlichkeit weiterer Kollisionen zu verringern
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#### Ergänzung: Eine sendewillige Ethernetstation…
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- hört Kanal vor Übertragung auf Senderaktivität ab
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- beginnt frühestens 9,6μs nach Freiwerden des Kanals mit dem Senden
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- Inter Frame Gap (IFG)
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- ermöglicht es anderen Ethernet-Stationen, das Senderecht zu erlangen
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- verhindert Monopolisierung der Übertragung
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- gibt Ethernet-Station, die gerade empfangen hat, Zeit, um in Empfangsmodus zurückzuschalten
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- wird verwendet, um minimale Pause zu gewährleisten
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- ermöglicht es Netzwerkgeräten, Zeit für die Verarbeitung der Frames und für die Erkennung von Kollisionen zu haben
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- besonders wichtig in älteren Ethernet-Varianten (10BASE-T)
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- Überwacht den Kanal auch während des Sendens
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- Bricht Übertragung bei Entdeckung einer Kollision sofort ab
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- und sendet Störsignal
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- Bleibt für die zufällige BEB-Zeit (Backoff) inaktiv
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- Versucht Übertragung danach erneut, wenn Kanal laut CS frei ist
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## Beispielaufgabe Klausur Broadcast-/Kollisionsdomänen
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- Netzwerkplan gegeben
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- Alle Broadcast- und Kollisionsdomänen einzeichnen
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- **Router trennen Broadcast-Domänen**
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- **Router, Switch und Bridge trennen Kollisionsdomänen**
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- Antwort:
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## Netzwerktopologien
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## Strukturierte Verkabelung
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### Primärbereich
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> Gebäudeübergreifende Verkabelung mittels Glasfaser (redundanter Kabeltrassen auf Lichtwellenleiterbasis)
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> Beginnen und enden an Gebäudeverteilern
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> Aufgrund der relativ großen Entfernung, Erdungsproblematik, Bandbreite → Glasfaser
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> Beispiel: Backbone zwischen Gebäuden eines Campus
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### Sekundärbereich
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- Gebäudeintern
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- einzelne Etagenverteiler auf Grundlage von Kupfer- oder Glasfaserkabeln
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- Innerhalb des Gebäudes zwischen Zentralraum und Etagenverteiler
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### Tertiärbereich
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- Meist sternförmige Verkabelung **auf Etagenebene**
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- Endgeräte mit Etagenverteilern verbinden
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- Kupfer- / Glasfaserkabel
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## Beispielaufgabe Klausur strukturierte Verkabelung
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- Lösung:
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## Ethernet (IEEE 802.3) in einer Nussschale
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- Problem: Viele Ethernetstationen greifen konkurrierend auf einen Bus zu
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- Lösung:
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- Carrier Sensing (CS)
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- Multiple Access (MA)
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- Collision Detection (CD)
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- Binary Exponential Backoff-Algorithmus (BEB)
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### IEEE 802-Protokollfamilie
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### Data Flow (Transmitting Data)
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### Data Flow (Receiving Data)
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### Ethernet Header
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## Kabeltypen
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- Kupferkabel
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- Twisted Pair
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- Geschirmt / Ungeschirmt
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- Glasfaser
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- Multimode
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- Monomode
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### Schirmung oder nicht?
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> Schirmung ist nur dann sinnvoll, wenn beide Seiten auf selbem Erdungspotenzial liegen
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> Niemals zwischen Gebäuden!
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Reference in New Issue
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