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Ethernet(IEEE 802.3) mit CSMA/CD

Vollduplex vs Halbduplex

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

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
  • 

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 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


Infrastrukturnetz

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

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)
  • 
• Independent Basic Service Set (IBSS)
  • BSS ohne Verbindung zu anderen Netzen
  • kann Ad-hoc-Netz sein
  • 
• Wireless Distribution System (WSD) Bridging
  • Access Points kommunizieren ohne Kabel
  • 

Vergleich Infrastruktur- und AdHoc-Netzwerk

QAM-Modulation