# Ethernet(IEEE 802.3) mit [CSMA/CD](02_HW-BausteineUndVerkabelung.md#csma-cd-protokoll) ## Vollduplex vs Halbduplex ![image_787.png](image_787.png) ### Vollduplex - von einem Switch zu einem ausgewählten Host - von einem Switch zu einem anderen Switch - von einem Host zu einem anderen Host (über ein Crossover Kabel) ## Ethernet Vergleich | | Klassisches Ethernet | Fast Ethernet | Gigabit-Ethernet | |-----------------------------------------|------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------|-----------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------------| | Übertragungsgeschwindigkeit | 10 Mbit/s | 100 Mbit/s | 1000 Mbit/s (1Gbit/s) | | Übertragungsmedium | Koaxialkabel, (später) Twisted-Pair, Glasfaser | Twisted-Pair, Glasfaser | Twisted-Pair(IEEE 802.3ab, längere Distanzen), Glasfaser (kurze Distanzen), 1000BASE-CX(sehr kurze Distanzen) | | Topologie | Bus-Topologie (Koaxialkabel), Stern-Topologie (Geräte über Kabel mit zentralem Hub/Switch verbunden, heute Managed Switches) | | | | CSMA/CD | wird genutzt | Unterstützung, Veränderungen: Notwendigkeit reduziert(Einführung Switches, Full-Duplex-Verbindungen) | | | Adressierung und Rahmenstruktur (Frame) | MAC-Adressen (Identifizierung im LAN-Netzwerk) | | | | Rahmenstruktur (Frame) | Präambel und StartFrame-Delimiter, Ziel-/Quelladressen, Typ-/Längenfeld, Nutzdaten, Prüfsumme | | standardmäßiges Ethernet-Rahmenformat → Rückwärtskompatibilität | | Codierung | | | PAM5 (Pulse Amplitude Modulation mit 5 Levels) für Twisted-Pair | | Maximale Kabellänge | ~100 Meter, wegen Signalabschwächung und Anforderungen von CSMA/CD | | | | Benutzerfreundlichkeit | Einfachheit in der Implementierung und Wartung | | | | Übertragungsmodi | | Voll-Duplex (gleichzeitig, bidirektional, ohne Kollisionen), Halb-Duplex (mit CSMA/CD), Auto-Negotiation zwischen den beiden Modi | Full-Duplex (CSMA/CD überflüssig, wird meistens genutzt), Auto-Negotiation (ermöglicht beste verfügbare Geschwindigkeit, bester Duplex-Modus) | | Anwendungsbereiche | | Unternehmensnetzwerke (Backbone, Bereiche mit hohen Bandbreiten), Heimnetzwerke (verbreitet, aber wird durch Gigabit ersetzt) | Unternehmens-/Heimnetzwerke/Serverfarmen (dort, wo hohe Übertragungsraten benötigt werden), Rechenzentren (Standard) | ## IEEE 802 Protokollfamilie ![image_800.png](image_800.png) ## Broadcast-Domänen verkleinern > Zur Verbesserung der Netzwerk-Performance und Erhöhung der Sicherheit ### Einsatz von Virtual Local Area Networks (VLANs) - **Segmentierung des Netzwerks** - VLANs ermöglichen Aufteilung in logische Netzwerke - jedes VLAN bildet eine eigene Broadcast-Domäne - Verkehrt wird innerhalb kleinerer Netzwerke gehalten → Begrenzung - **Verbesserte Sicherheit** - Durch Trennung von Netzwerksegmenten - Broadcasts werden nicht über gesamtes Netzwerk verbreitet - **VLAN tag** - ![image_788.png](image_788.png) ### Verwendung von Layer-3-Switches oder Routern - **Routing zwischen VLANs** - können Datenverkehr zwischen VLANs steuern - **Kontrolle und Sicherheit** - bieten zusätzliche Funktionen/Möglichkeiten - _bspw. Zugangskontrolllisten (ACL)_ ### Einsatz von Subnetting auf der IP-Schicht - **Aufteilung in kleinere IP-Netzwerke** - Jedes IP-Subnetz hat eigene Broadcast-Domäne - reduziert Broadcast-Verkehr ### Einsatz von Managed Switches - **Konfigurierbare L2-Switche** - bieten erweiterte Funktionen an - VLAN-Konfiguration, Port-Sicherheit, Zugriffskontrollen - → Reduzierung von Broadcast-Domänen - → Erhöhung der Netzwerksicherheit ## QoS bei Ethernet-Netzwerken > nicht von Beginn an vorhanden > > könnte Perfomance und Sicherheit erhöhen > > → Für **Echtzeit-Anwendungen** wie VoIP und Streaming sollten spezielle QoS-Regeln erstellt werden > um Latenz oder Paketverlust zu minimieren ### Implementation QoS bei Ethernet-Netzwerken #### Einsatz von Managed Layer-2-Switches - **Erweiterte QoS-Funktionen** - ermöglichen, Datenverkehr basierend auf verschiedenen Kriterien zu priorisieren - _bspw. Portnummer, VLAN-ID, spezifische Anwendung_ #### Priorisierung des Datenverkehrs durch 802.1Q Tagging - **802.1Q Tagging** - Tagging von Ethernet-Frames mit einer Priorität - wird von Routern und Switches genutzt um best. Datenverkehr zu bevorzugen - Struktur - Tag-Identifier (gibt an, dass der Tag existiert), VLAN-ID (1-4095), Priorität (0-7(max)) #### [Einsatz von VLANs](#einsatz-von-virtual-local-area-networks-vlans) #### Einsatz von Layer-3-QoS-Konfigurationen mit DSCP - **Einsatz von DSCP auf IP-Schicht** (_Differentiated Services Code Point_) - Markierung von IP-Paketen mit spez. Prioritätsstufen - Router, Switches können anhand der Markierungen priorisieren/verwalten ## Drahtlose Netze ### Uplink und Downlink ![WhatsApp Bild 2025-05-06 um 10.46.33_3072a0f4.jpg](WhatsApp Bild 2025-05-06 um 10.46.33_3072a0f4.jpg) ### Infrastrukturnetz ![image_801.png](image_801.png) #### Station (STA) - Rechner mit Zugriffsfunktion auf drahtlose Medium und Funktkontakt zum Access Point #### Basic Service Set (BSS) - Gruppe von Stationen, die dieselbe Funkfrequenz nutzen #### Access Point - Station, die sowohl in das Funk-LAN als auch das verbindende Festnetz integriert ist #### Portal - Übergang in ein anderes Festnetz #### Distribution System - Verbindung verschiedener Zellen um ein Netz (ESS: Extended Service Set) zu bilden ### WLAN 802.11 mit RTS und CTS ![image_823.png](image_823.png) #### Kollisionsvermeidung > MACA (Multiple Access Collision Avoidance) - Sender überträgt RTS-Frame an Empfänger - beinhaltet Feld, wie lange der Sender das Medium benutzen will - Empfänger antwortet mit CTS-Frame - beinhaltet ebenfalls Länge des zu übertragenden Frames - Empfänger sendet nach Erhalt der Daten einen ACK an Sender - Fall 1 - Anderer Knoten bemerkt CTS Frame - ist anscheinend nah am Empfänger - darf so lange nicht übertragen, bis Frame der genannten Länger übertragen wurde - also bis ACK da ist - Fall 2 - Nachbarknoten sieht RTS Frame, nicht CTS Frame - ist nach am Sender, weit genug vom Empfänger weg - kann nach Belieben übertragen, stört Empfänger nicht #### Nutzen von Adressfeldern in WLAN-Data-Frames - Basic Service Set (BSS) - zwei mögliche Richtungen: - To DS (AP) - From DS (AP) - ![image_824.png](image_824.png) - Independent Basic Service Set (IBSS) - BSS ohne Verbindung zu anderen Netzen - kann Ad-hoc-Netz sein - ![image_825.png](image_825.png) - Wireless Distribution System (WSD) Bridging - Access Points kommunizieren ohne Kabel - ![image_826.png](image_826.png) ### Vergleich Infrastruktur- und AdHoc-Netzwerk > ![image_802.png](image_802.png) ## QAM-Modulation > ![image_803.png](image_803.png)