# HW-Bausteine und Verkabelung ## Zusammenfassung HW-Bausteine ### Repeater - Regeneriert und verstärkt elektrisches Signal - **keine** Bitinterpretation - kennt **keine** Pakete / Mac-Adressen ### Hub - Konzentrator für LANs - ~**Multiport-[Repeater](#repeater)** ### Bridge / **Switch** - Nimmt **physikalische Trennung von Netzen** vor - Führt **Fehler- und Lasttrennung** durch - Mechanismen zum **Filtern** implementiert - Lernt die MAC-Quell-Adressen der aktiven Endgeräte - Trennt Kollisions-Domänen im LAN auf Schicht 2 ### Router - Entkoppelt (Teil-)Netze auf logischer (Protokoll-)Basis - aufgrund von Layer-3-Adressen - Steuert Verkehr zwischen Netzen (**Wegefindung**) - Arbeitet **Protokollabhängig** - Trennt Broadcast- und Kollisionsdomänen im LAN ### Gateway - Nimmt **Umwandlung von Diensten** vor - _ISDN-Telefonie ↔ Voice-over-IP_ - Security Mechanismen möglich - _Firewall, Proxy_ ### Unterschiede Bausteine #### Switch vs. Router ![image_750.png](image_750.png) ##### Routing vs. Switching ![image_751.png](image_751.png) #### Weiterleitung vs. Routing > ![image_752.png](image_752.png) ## Broadcast-Domäne ### Bereich/Definition > umfasst alle Geräte und Netzwerksegmente, die durch Switches, Hubs und Brücken miteinander > verbunden sind, jedoch nicht durch Router getrennt werden > Layer-2-Switche leiten Broadcasts, insbesondere an alle Ports innerhalb des gleichen > VLANs weiter #### Begrenzung durch Router > Router begrenzen Broadcast-Domänen, indem sie Broadcast-Pakete nicht an andere Netzwerke weiterleiten. > Dies ist wichtig, da ein unkontrollierter Broadcast-Verkehr das Netzwerk überlasten und die Leistung > beeinflussen kann. ### Broadcast-Typen > [ARP](01_Internetworking.md#address-resolution-protocol-arp)-Anfragen > > [DHCP](01_Internetworking.md#dynamic-host-configuration-protocol-dhcp)-Anfragen > > Essenziell, um Netzwerkadressinformationen zu ermitteln oder zuzuweisen ## Kollisionsdomäne ### Bereich/Definition Kollisionsdomäne > Netzwerksegment, in dem Datenpakete kollidieren können, wenn zwei Geräte gleichzeitig senden. > Typisch für ältere Ethernet-Netzwerke, die auf einer Bus-Topologie oder Hub basieren und das > [CSMA/CD-Protokoll](#csma-cd-protokoll) (Caarrier Sense Multiple Access with Collision Detection) verwenden. ### Begrenzung > Verwendung von Switches oder Routern anstelle von Hubs > > Während Hubs das gesamte Netzwerk zu einer KD machen, isoliert jeder Port eines Switches/Routers > eine separate KD. ### CSMA/CD-Protokoll > Wird verwendet, um Kollisionen zu handhaben. Wenn eine Kollision erkannt wird, stoppen die sendenden > Geräte, warten eine zufällige Zeitspanne und versuchen dann erneut, ihre Daten zu senden. > Mehrfachzugang mit Trägerprüfung und Kollisionserkennung. ![image_754.png](image_754.png) #### Grundprinzipien ##### Carrier Sense (Trägererkennung) - Ethernetgerät prüft, ob Übertragungsmedium frei ist, bevor es sendet - für hinreichend lange Zeit (Round-Trip-Delay) keine Übertragung ##### Multiple Access (Mehrfachzugriff) - Mehrere Ethernet-Geräte haben gleichzeitig und konkurrierend Zugriff auf das gleiche Übertragungsmedium - können senden, wenn es frei ist ##### Collision Detection (Kollisionserkennung) - Während Übertragung weiterhin Medium abhören, um mögl. Kollision festzustellen - wenn erkannt: - spezielles Kollisionserkennungssignal, um alle Geräte im Netzwerk zu informieren - **NUR der Sender kann die Kollision NUR während des Sendevorgangs erkennen!** ##### Jam Signal (Störsignal) - wenn Kollision erkannt: - spezielles Störsignal, um alle Geräte im Netzwerk zu informieren ##### Backoff-Algorithmus - **Verzögerung vor erneutem Versuch** - alle Geräte warten eine zufällige Zeit vor erneutem Übertragungsversuch - Wartezeit wird in Slot-Times berechnet - typ. Slot-Time: `51,2 Mikrosekunden` - **Exponentieller Backoff** - Wartezeit wird nach jeder Kollision erhöht, um Wahrscheinlichkeit weiterer Kollisionen zu verringern #### Ergänzung: Eine sendewillige Ethernetstation… ![image_791.png](image_791.png) - hört Kanal vor Übertragung auf Senderaktivität ab - beginnt frühestens 9,6μs nach Freiwerden des Kanals mit dem Senden - Inter Frame Gap (IFG) - ermöglicht es anderen Ethernet-Stationen, das Senderecht zu erlangen - verhindert Monopolisierung der Übertragung - gibt Ethernet-Station, die gerade empfangen hat, Zeit, um in Empfangsmodus zurückzuschalten - wird verwendet, um minimale Pause zu gewährleisten - ermöglicht es Netzwerkgeräten, Zeit für die Verarbeitung der Frames und für die Erkennung von Kollisionen zu haben - besonders wichtig in älteren Ethernet-Varianten (10BASE-T) - Überwacht den Kanal auch während des Sendens - Bricht Übertragung bei Entdeckung einer Kollision sofort ab - und sendet Störsignal - Bleibt für die zufällige BEB-Zeit (Backoff) inaktiv - Versucht Übertragung danach erneut, wenn Kanal laut CS frei ist ## Beispielaufgabe Klausur Broadcast-/Kollisionsdomänen - Netzwerkplan gegeben - Alle Broadcast- und Kollisionsdomänen einzeichnen - **Router trennen Broadcast-Domänen** - **Router, Switch und Bridge trennen Kollisionsdomänen** - ![image_758.png](image_758.png) - ![image_755.png](image_755.png) - Antwort: - | ![image_756.png](image_756.png) | ![image_757.png](image_757.png) | |---------------------------------|---------------------------------| ## Netzwerktopologien > ![image_759.png](image_759.png) ## Strukturierte Verkabelung ### Primärbereich > Gebäudeübergreifende Verkabelung mittels Glasfaser (redundanter Kabeltrassen auf Lichtwellenleiterbasis) > > Beginnen und enden an Gebäudeverteilern > > Aufgrund der relativ großen Entfernung, Erdungsproblematik, Bandbreite → Glasfaser > > Beispiel: Backbone zwischen Gebäuden eines Campus ### Sekundärbereich - Gebäudeintern - einzelne Etagenverteiler auf Grundlage von Kupfer- oder Glasfaserkabeln - Innerhalb des Gebäudes zwischen Zentralraum und Etagenverteiler ### Tertiärbereich - Meist sternförmige Verkabelung **auf Etagenebene** - Endgeräte mit Etagenverteilern verbinden - Kupfer- / Glasfaserkabel ## Beispielaufgabe Klausur strukturierte Verkabelung - ![image_760.png](image_760.png) - Lösung: - ![image_761.png](image_761.png) ## Ethernet (IEEE 802.3) in einer Nussschale ![614b7c97-4b3a-494a-a287-440020ec46e4.png](614b7c97-4b3a-494a-a287-440020ec46e4.png) - Problem: Viele Ethernetstationen greifen konkurrierend auf einen Bus zu - Lösung: - Carrier Sensing (CS) - Multiple Access (MA) - Collision Detection (CD) - Binary Exponential Backoff-Algorithmus (BEB) - ![image_762.png](image_762.png) ### IEEE 802-Protokollfamilie ### Data Flow (Transmitting Data) ![image_763.png](image_763.png) ### Data Flow (Receiving Data) ![image_764.png](image_764.png) ### Ethernet Header ![image_765.png](image_765.png) ## Kabeltypen - Kupferkabel - Twisted Pair - Geschirmt / Ungeschirmt - Glasfaser - Multimode - Monomode ### Schirmung oder nicht? > Schirmung ist nur dann sinnvoll, wenn beide Seiten auf selbem Erdungspotenzial liegen > > Niemals zwischen Gebäuden!