Computernetze 1 (CN1)

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Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt 1 Computernetze 1 (CN1) Prof. Dr. Andreas Steffen Institute for Internet Technologies and Applications 1 Grundlagen Netzwerke und Protokolle

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Computernetze 1 (CN1). 1 Grundlagen Netzwerke und Protokolle. Prof. Dr. Andreas Steffen Institute for Internet Technologies and Applications. Lesestoff im Ethernet Buch. Kapitel 1 Eine Einführung in Netzwerke , 1-29 1.1 Erforderliche Netzwerkelemente 1.2 Die Netzwerktopologien - PowerPoint PPT Presentation

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Ethernet Grundlagen

Computernetze 1 (CN1)

Prof. Dr. Andreas SteffenInstitute for Internet Technologies and Applications1 GrundlagenNetzwerke und ProtokolleSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #1 Computernetze 1 (CN1)1.2 Segmentierungund MultiplexierungSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #8 Computernetze 1 (CN1)1.1 Netzwerk-TopologienSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #3 Network Symbols*

*as used by Cisco Systems Inc.

Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Local Area Network (LAN)A network serving a home, building or campus is called aLocal Area Network (LAN)Modern switch-based LANs usually have a star topology whereas older hub-based LANs were organized in a bus structure.

Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Wide Area Network (WAN)LANs separated by geographic distance are connectedby a network known as a Wide Area Network (WAN)WANs usually have a point-to-point or ring topologyThe logical topology can be different from the physical one!

failureSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Internet

The Internet is defined as a globalmesh of interconnected networksSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #

Shared Network CommunicationData is sent across a network insmall chunks called segments

Segmentation Messages or data streamsare split up into segments

MultiplexingMultiple users share the same communication channelSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #

Example of Multiplexing and Segmentation?IntermediaryDeviceSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Intermediary Devices provide connectivity and ensurethe data flow across the network

ExamplesNetwork Access Devices (hubs, switches, wireless access points)Internetworking Devices (routers)Communication Servers and ModemsSecurity Devices (firewalls)

Role of Intermediary Devices ISteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Role of Intermediary Devices IIIntermediary network devices perform the following functions:Regenerate and retransmit the data signalMaintain information about the pathways existing throughthe network and internetworkNotify other devices of errors and communication failuresDirect data along alternate pathways in the event of a link failureClassify and direct messages according to Quality-of Service prioritiesPermit or deny the flow of data based on security settings

Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Computernetze 1 (CN1)1.3 Netzwerk-ProtokolleSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #13 What is a Protocol?A protocol is a set of predetermined rules

Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Function of a Network ProtocolNetwork protocols are used to allow hosts or devices to communicate successfully

Protocols provide:The format or structure of the messageThe process by which networking devices share information about pathways to other networksHow and when error and system messages are passed between devicesThe setting up and termination of communication sessionsSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Protocol Suites and Industry StandardsA standard is a process or protocol that has been endorsed bythe networking industry and ratified by a standards organization.A protocol suite is a collection of protocols.

Standards Organizations: IEEE - Institute of Electrical and Electronics EngineersIETF - Internet Engineering Task ForceITU - International Telecommunications UnionSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Technology Independent ProtocolsDiverse types of devices can communicate using the same sets of protocols. This is because network protocols specify network functionality, but not the underlying technology required to support this functionality.

Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Computernetze 1 (CN1)1.4 Das OSI Referenz ModellSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #18 Open System Interconnection Reference ModelApplication7Presentation6Session5Transport4Network3Data Link2Physical1Layer 5/6 InterfaceLayer 4/5 InterfaceLayer 3/4 InterfaceLayer 2/3 InterfaceLayer 1/2 InterfaceLayer 6/7 InterfaceApplication7Presentation6Session5Transport4Network3Data Link2Physical1Layer 5/6 InterfaceLayer 4/5 InterfaceLayer 3/4 InterfaceLayer 2/3 InterfaceLayer 1/2 InterfaceLayer 6/7 InterfaceLayer 7 ProtocolLayer 6 ProtocolLayer 5 ProtocolLayer 4 ProtocolLayer 3 ProtocolLayer 2 ProtocolLayer 1 ProtocolSenderReceiverLayer 2 ProtocolIntermediary DeviceLayer 1 Protocol1221RoutingCommunication LinkSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #19OSI Reference Model - Application LayerApplication7Presentation6Session5Transport4Network3Data Link2Physical1Communication LinkDie Anwendungschicht verschafft den Anwendungen Zugriff auf das Netzwerk (zum Beispiel fr Datenbertragung, E-Mail, Virtual Terminal, Remote Login, etc.).Der eigentliche Anwendungsprozess liegt oberhalb der Schicht und wird nicht vom OSI-Modell erfasst.Beispiele: DNS, FTP, HTTP, LDAP, NFS, NTP, SIP, SMTP, TelnetQuelle: WikipediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #20OSI Reference Model - Presentation LayerApplication7Presentation6Session5Transport4Network3Data Link2Physical1Communication LinkDie Darstellungsschicht setzt die systemabhngige Darstellung der Daten(z.B. binre Integer) in eine unabhngige Form um und ermglicht somit den syntaktisch korrekten Datenaustausch zwischen unterschiedlichen Systemen.Auch Aufgaben wie Datenkompression und Verschlsselung gehren zur Schicht 6.Falls erforderlich, agiert die Darstellungs-schicht als bersetzer zwischen verschiedenenDatenformaten, indem sie eine normierte Syntax wie z.B. ASN.1 oder XML verwendet.Beispiele: MIME, SSL, TLSQuelle: WikipediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #21OSI Reference Model - Session LayerApplication7Presentation6Session5Transport4Network3Data Link2Physical1Communication LinkDie Kommunikationssteuerungsschicht oder Sitzungsschicht sorgt fr die Prozess-kommunikation zwischen zwei Systemen.Um Zusammenbrche der Sitzung und hnliche Probleme zu beheben, stellt die Sitzungsschicht Dienste fr einen organisierten und synchronisierten Datenaustausch zur Verfgung.Beispiele: Named Pipes, Sockets, RTP, Session establishment in TCPQuelle: WikipediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #22OSI Reference Model - Transport LayerApplication7Presentation6Session5Transport4Network3Data Link2Physical1Communication LinkZu den Aufgaben der Transportschicht zhlen die Segmentierung von Daten-paketen, die Stauvermeidung (Congestion Avoidance), sowie optionale Fehlersicherungund Fehlerkorrektur. Die Transportschicht ist die unterste Schicht, die eine vollstndige End-to-End Kommunikation zwischen Sender und Empfnger zur Verfgung stellt.Beispiele: TCP, UDP, SCTP, SPX, DDPQuelle: WikipediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #23OSI Reference Model - Network LayerApplication7Presentation6Session5Transport4Network3Data Link2Physical1Communication LinkDie Vermittlungsschicht oder Netzwerk-schicht sorgt bei leitungsorientierten (connection-oriented) Diensten fr das Schalten von Verbindungen und bei paketorientierten (connectionless) Diensten fr die Weitervermittlung von Datenpaketen.Die Datenbertragung geht in beiden Fllen jeweils ber das gesamte Kommunikations-netz hinweg und schliet die Wegesuche (Routing) zwischen den Netzknoten mit ein. Beispiele: IP, IPsec, ICMP, IGMP, OSPF, IPX, ATPQuelle: WikipediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #24Layer 3 Example: The Internet Protocol (IP)

Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #25OSI Reference Model - Data Link LayerApplication7Presentation6Session5Transport4Network3Data Link2Physical1Communication LinkAufgabe der Sicherungsschicht ist es, eine zuverlssige, das heit weitgehend fehlerfreie bertragung zu gewhrleisten und den Zugriff auf das bertragungs-medium zu regeln. Dazu dient das Aufteilen des Bitdatenstromes in Blcke (Frames) und das Hinzufgen von Sequenznummern und Prfsummen. Fehlerhafte, verflschte oder verlorengegangene Blcke knnen vom Empfnger durch Quittungs- und Wieder-holungsmechanismen erneut angefordert werden. Beispiele: 802.3 Ethernet, 802.11 WLAN, ATM, Frame Relay, HDLC, PPPQuelle: WikipediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #26Layer 2 Examples: Different Data Link Media

Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #27OSI Reference Model - Physical LayerApplication7Presentation6Session5Transport4Network3Data Link2Physical1Communication LinkDie Bitbertragungsschicht stellt mechanische, elektrische und weitere funktionale Hilfsmittel zur Verfgung, um physikalische Verbindungen zu aktivieren bzw. zu deaktivieren, sie aufrechtzuerhalten und Bits darber zu bertragen. Das knnen zum Beispiel elektrische Signale, optische Signale (Lichtwellenleiter, Laser), elektro-magnetische Wellen (drahtlose Netze) oder Schall sein.Beispiele: 802.3 Ethernet, 802.11 WLAN, RS-232, V.34, POTS, DSL, SDHQuelle: WikipediaSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #28Layer 1 Examples: Cables & Connectors Copper

Fibre

Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Representations of Signals on Physical Media

Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Transmission Rate Units Unit of Bandwidth Abbreviation Equivalence Bits per second bps 1 bps = fundamental unit of bandwidth Kilobits per second kbps 1 kbps = 1000 bps Megabits per second Mpbs 1 Mbps = 1000000 bps Gigabits per second Gbps 1 Gbps = 1000000000 bps Terabits per second Tbps 1 Tbps = 1000000000000 bpsNote: transmission rates are decimal (1 kbps = 1000 bps ) whereas storage capacity is binary (1 kbit = 1024 bits)Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Protocol Data Unit (PDU) / Service Data Unit (SDU)Application7Presentation6Session5Transport4Network3Data Link2Physical1Layer 5/6 InterfaceLayer 4/5 InterfaceLayer 3/4 InterfaceLayer 2/3 InterfaceLayer 1/2 InterfaceLayer 6/7 InterfaceApplication7Presentation6Session5Transport4Network3Data Link2Physical1Layer 5/6 InterfaceLayer 4/5 InterfaceLayer 3/4 InterfaceLayer 2/3 InterfaceLayer 1/2 InterfaceLayer 6/7 InterfaceSenderReceiverL6 SDUL5 SDUL4 SDUL3 SDUL2 SDUL1 SDUL7 PDUL7 SDUL7PL6PL6 PDUL5PL5 PDUL4PL4 PDUL3PL3 PDUL2PL2 PDUL1PL1 PDULnP: Layer n Protocol Control Information (PCI) consisting of Header and optional Footer or Trailer Ln_PDU = Ln_PCI + Ln_SDU = Ln_PCI + L(n+1)_PDU Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #32Example: Digital Voice Transmission over Ethernet Application7Presentation6Session5Transport4Network3Data Link2Physical1Layer 5/6 InterfaceLayer 4/5 InterfaceLayer 3/4 InterfaceLayer 2/3 InterfaceLayer 1/2 InterfaceLayer 6/7 InterfaceApplication7Presentation6Session5Transport4Network3Data Link2Physical1Layer 5/6 InterfaceLayer 4/5 InterfaceLayer 3/4 InterfaceLayer 2/3 InterfaceLayer 1/2 InterfaceLayer 6/7 InterfaceSenderReceiverCodec DataVoice SamplesRTPUDPIPCommunication LinkRTPCodec DataRTPCodec DataUDPIPRTPCodec DataUDPCodec DataVoiceCompression

MACMAC1011000111001111011Preamble0010Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #33Addressing and Naming SchemesEach layer has its own and unique addressing and naming scheme

Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Computernetze 1 (CN1)1.5 Das TCP/IP ModellSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #35 TCP/IP Protocol Suite

Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #TCP/IP Protocol Stack of a Webserver

Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #TCP/IP Reference ModelDeveloped by the Advanced Research Projects Agency (ARPA)of the U.S. Department of Defence (DoD)

Steffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #Comparing the OSI and TCP/IP Models

TCP/IP combines the upper three layers of the OSI model into a single Application Layer.

Part of the OSI Session Layer (e.g. session management) has been integrated into the [TCP] Transport Layer.

TCP/IP combines the lower two layers of the OSI model into a single Network Access LayerSteffen/Stettler, 14.09.2013, 1-Grundlagen.ppt #