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Thema 6: Ethernet, Fast- und Gigabit-Ethernet

Juan C. Fries. Thema 6: Ethernet, Fast- und Gigabit-Ethernet. Proseminar: Grundlagen der Telematik. 18.07.2000. Übersicht. Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung. 1. Kapitel. Einleitung Ethernet Fast Ethernet Gigabit Ethernet Zusammenfassung. Einleitung.

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Thema 6: Ethernet, Fast- und Gigabit-Ethernet

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Presentation Transcript

  1. Juan C. Fries Thema 6: Ethernet, Fast- und Gigabit-Ethernet Proseminar: Grundlagen der Telematik 18.07.2000

  2. Übersicht • Einleitung • Ethernet • Fast Ethernet • Gigabit Ethernet • Zusammenfassung Ethernet -- Juan C. Fries

  3. 1. Kapitel • Einleitung • Ethernet • Fast Ethernet • Gigabit Ethernet • Zusammenfassung Ethernet -- Juan C. Fries

  4. Einleitung • Netzwerk: • modulares, erweiterbares und anpassungsfähiges System • LAN = Local Area Network • Woher der Name Ethernet? Ethernet -- Juan C. Fries

  5. Warum heißt es Ethernet? • Ursprünglicher Name: Alto Aloha Network (1972) • Erfinder Metcalfe bei Xerox • Äther zum Transport von Bits Ethernet -- Juan C. Fries

  6. 2. Kapitel • Einleitung • Ethernet • Fast Ethernet • Gigabit Ethernet • Zusammenfassung Ethernet -- Juan C. Fries

  7. Ethernet • Geschwindigkeit der Datenübertragung: 10 Mbit/s • Kabelvarianten: • Thick-Ethernet • Thin-Ethernet • 10Base-T-Ethernet (Twisted-Pair) • Längenbeschränkungen  Koaxialkabel Ethernet -- Juan C. Fries

  8. Verschiedene Kabeltypen Ethernet -- Juan C. Fries

  9. Koaxialkabel Ethernet -- Juan C. Fries

  10. Thick-Ethernet-Kabel • 10Base5-Koax / Yellow-Cable Ethernet -- Juan C. Fries

  11. Aufbau vonThick-Ethernet-LANs Wichtig: 50 Abschlusswiderstand Wichtig: 50 Abschlusswiderstand max. 500 m Länge mind. 2,5 m TCR TCR TCR TCR TCR max. 50 m DEC SUN UNIX AIX File-Server TCR: Transceiver Ethernet -- Juan C. Fries

  12. Transceiver • Kombination aus Transmitter (Sender) und Receiver (Empfänger) und bedeutet soviel wie Sende- und Empfangseinheit. • mechanisch-elektrische Ankopplung eines Transceivers über einen TAP-Anschluss • Die Anbringung eines Transceivers kann während des Netzwerkbetriebes erfolgen. Ethernet -- Juan C. Fries

  13. Aufgaben des Transceivers • Weiterleitung von kodierten bitseriellen Datenströmen auf das Koaxialkabel • Gewährleistung einer repeaterfreien Signalisierung bis zu einer Übertragungsstecke von 500 m • Empfangen von bitseriellen Datenströmen vom Koaxialkabel • Kollisionserkennung • Carrier Sense • Unterstützung einer Datenrate von 10 Mbit/s Ethernet -- Juan C. Fries

  14. Netzwerkadapter • Station im lokalen Netzwerk • Kommunikationssoftware für untere OSI-Transportschichten • Protokollsoftware auf Netzwerk-Controller implementiert, um Workstation zu entlasten Ethernet -- Juan C. Fries

  15. Thin-Ethernet-Kabel • 10Base2-Koax Ethernet -- Juan C. Fries

  16. 50 Abschluss- widerstand mind. 0,5 m File-Server Aufbau von Thin-Ethernet-LANs verwendet das CSMA/CD-Zugriffsverfahren aka Cheapernet 50 Abschluss- widerstand Ethernet -- Juan C. Fries

  17. Kollisionsbehandlung mittels CSMA/CD-Methode • sendewillige Station überwacht Bus • Bus frei: Übertragung beginnt (jedoch frühestens 9,6 µs (interframe) nach Freiwerden). • Bus belegt: Bus wird weiter überwacht bis nicht mehr als belegt erkannt, wenn wieder frei -> Übertragung beginnt. • Während der Übertragung wird der Bus weiter abgehört • Senden zwei Stationen gleichzeitig, tritt eine Kollision auf • Übertragung wird sofort abgebrochen und ein spezielles Störsignal (jamming signal) auf den Bus geschickt • Nach Aussenden des Störsignals wird eine bestimmte Zeit (Backoff) gewartet -> maximal 16 Sendeversuche (backoff limit) Ethernet -- Juan C. Fries

  18. = Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSMA/CD-Zugriffsverfahren Stationsendebereit (6) Warten gemäß Backoff-Strategie neuer Versuch Kanalabhören (1) Kanal besetzt (3) Kanal frei (2) Daten senden und Kanal abhören (4) Störsignal senden (5) bei Kollision keine Kollision Sendevorgang abgeschlossen Ethernet -- Juan C. Fries

  19. Twisted Pair Aufbau von 10Base-T LANs RJ-45 Anschluss Concentrator/Hub Ethernet -- Juan C. Fries

  20. UTP Ethernet -- Juan C. Fries

  21. Twisted-Pair-Stecker RJ45-Stecker Verdrillte Kabel (twisted) Ethernet -- Juan C. Fries

  22. STP Ethernet -- Juan C. Fries

  23. Glasfaserkabel Ethernet -- Juan C. Fries

  24. Ethernet-Längenrestriktionen Ethernet -- Juan C. Fries

  25. Ethernet Frame Format • Präambel: Muster: 101010...10dienen zur Taktsynchronisation des Empfängers • Pad: 1 oder 0 byte zum Auffüllen auf gerade Anzahl bytes bytes 8 6 6 2 0-1500 min. 64 bytes Präambel Zieladresse Quelladresse Länge Protokol Header, Daten und Pad IEEE 802.3 Frame Ethernet -- Juan C. Fries

  26. Ethernet Frame Format IEEE Ethernet  DIX Ethernet (II) Bytes 8 6 6 2 0-1500 min. 64 k Präambel Zieladresse Quelladresse Länge Protokol Header, Daten und Pad IEEE 802.3 Frame Bytes 8 6 6 2 0- Präambel Zieladresse Quelladresse Typ Protokol Header, Daten und Pad DIX Ethernet Frame Ethernet -- Juan C. Fries

  27. 3. Kapitel • Einleitung • Ethernet • Fast Ethernet • Gigabit Ethernet • Zusammenfassung Ethernet -- Juan C. Fries

  28. Fast Ethernet • 100 Mbit/s (statt 10 Mbit/s) • Kabelvarianten: • Twisted-Pair-Kabel • Glasfaserkabel • Längenrestriktionen • Kompatibilität Ethernet – Fast Ethernet sternförmige Verkabelung Ethernet -- Juan C. Fries

  29. Fast Ethernet • 100Base-T kann einfach und schnell in bestehende 10Base-T-Umgebungen eingefügt werden • automatische Erkennung der Netzwerkgeschwindigkeit durch Auto-Negotiation (aka NWay) • max. 2 Repeater zwischen Sendestationen und Empfängerstation Ethernet -- Juan C. Fries

  30. Fast Ethernet Kabel Ethernet -- Juan C. Fries

  31. KompatibilitätEthernet – Fast-Ethernet Anwendung keine Änderung Anwendung Management Management CSMA/CD CSMA/CD AUI Interface MII Interface Thick Koax 10Base5 Thin Koax 10Base2 Glasfaser 100Base-FX 4-Paar Cat. 3, 4, 5 UTP/STP 100Base-TX 2-Paar Cat. 3, 4, 5 UTP 10Base-T 2-Paar Cat. 5 UTP/STP 100Base-TX Glasfaser 10Base-F Ethernet -- Juan C. Fries

  32. 4. Kapitel • Einleitung • Ethernet • Fast Ethernet • Gigabit Ethernet • Zusammenfassung Ethernet -- Juan C. Fries

  33. Gigabit Ethernet • Gigabit Ethernet Standard IEEE 802.3z • erlaubt half- und full-duplex Operationen bei 1000 Mbit/s • verwendet das 802.3 Ethernet Frame Format • verwendet das CSMA/CD-Zugriffsverfahren • abwärtskompatibel zu 10Base-T und 100Base-T Ethernet -- Juan C. Fries

  34. = Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection CSMA/CD-Zugriffsverfahren Stationsendebereit (6) Warten gemäß Backoff-Strategie neuer Versuch Kanalabhören (1) Kanal besetzt (3) Kanal frei (2) Daten senden und Kanal abhören (4) Störsignal senden (5) bei Kollision keine Kollision Sendevorgang abgeschlossen Ethernet -- Juan C. Fries

  35. Kollisionsbehandlung • Jede Station muss eine Kollision beim Aussenden des kleinsten Paketes erkennen. • Die benötigte Zeit, um von einem Netzwerk-Ende bis zum anderen Netzwerk-Ende und zurück zu gelangen, nennt man die Signallaufzeit (Round Trip Delay). • Die Signallaufzeit ist von der Paketgröße und von der Übertragungsgeschwindigkeit abhängig. Ethernet -- Juan C. Fries

  36. Problem: Kollisionserkennung • Die maximale Signallaufzeit von Gigabit Ethernet schränkt die Ausdehnung des Netzes auf 10 Meter ein, wenn Kollisionserkennung noch möglich sein soll Ethernet -- Juan C. Fries

  37. Lösung: Frame Extensions (auch Carrier Extensions) • jede Station sendet eine Mindestzeit lang, bis an jeder Stelle des Netzwerksegments ausreichend bits angekommen sind • wenn ein Datenpaket kleiner als 512 byte ist, werden einfach unsinnige Daten übertragen, die bereits nicht mehr zum ursprünglichen Datenpaket gehören: • Frame Extensions (auch CarrierExtensions) sind spezielle Symbole, die nicht mit Daten oder mit Frame-Informationen verwechselt werden können. Ethernet -- Juan C. Fries

  38. 5. Kapitel • Einleitung • Ethernet • Fast Ethernet • Gigabit Ethernet • Zusammenfassung Ethernet -- Juan C. Fries

  39. Vorteile des Gigabit Ethernet • Optimale Lösung für hohe Leistungen bei geringen Kosten • Kompatibilität zu Ethernet und Fast Ethernet • Investitionsschutz für Komponenten, Betriebssysteme und Anwendungen • Quality of Service (QoS) / Class of Service Ethernet -- Juan C. Fries

  40. Ausblick 10 Gigabit Ethernet = 10 000 Mbit/s Warum? Ethernet -- Juan C. Fries

  41. 10 Gigabit Ethernet • „Weil man niemals zu reich oder zu dünn sein oder zu viel Bandbreite haben kann“ (Som Sikdar, CTO von nCore Networks) • Datenverkehr zwischen 1990 und 1998 um Faktor 400 gestiegen • 1000-facher Datenverkehr erwartet Ethernet -- Juan C. Fries

  42. 10 Gigabit Ethernet • Vorbereitung auf Multi-Gigabit-Netze bereits in diesem Jahr • erste Tests von 10 Gigabit Ethernet in den kommenden 8 Monaten • Voraussichtlich bereits 2001 auf dem Markt • IEEE 802.5ae Ethernet -- Juan C. Fries

  43. Ende Danke! Ethernet -- Juan C. Fries

  44. Noch Fragen? Ethernet -- Juan C. Fries

  45. Ethernet -- Juan C. Fries

  46. I. Anhang • Einleitung • Ethernet • Fast Ethernet • Gigabit Ethernet • Zusammenfassung • Vergleiche Ethernet -- Juan C. Fries

  47. QoS des Gigabit Ethernet • Quality of Service (QoS) / Class of Service • Resource Reservation Protocol (RSVP) • IEEE 802.1p Priority Functions • IEEE 802.3x Flusskontrolle auf der Verbindungsebene • Prioritätssteuerung für IP-Datenströme Ethernet -- Juan C. Fries

  48. Nachteile des Gigabit Ethernet • Nachteile • reine LAN-Technologie • nicht besonders attraktiv für vehemente Token-Ring-Anwender Ethernet -- Juan C. Fries

  49. FDDI-LANs • FDDI = Fibre Distributed Data Interface • Token Ring mit 100Mbit/s • entwickelt für hohe Bandbreite und reines Glasfasersystem • mittlerweile auch UTP möglich (aber mit geringerer Längenausdehnung) • auf 100 km bis zu 500 Stationen möglich • max. Entfernung zweier Stationen: 2 km • häufiger Einsatz in leistungsfähigen Backbones (UTP/STP) Ethernet -- Juan C. Fries

  50. Konzeption des FDDI-LANs • Zur Überbrückung von Leistungsfehlern aus zwei Ringen konzipiert • Primärring • Sekundärring • als Backup-Ring oder • zur Kapazitätssteigerung (Dual-MAC) Ethernet -- Juan C. Fries

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