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02_Kabelgebundene Netzwerke Flashcards

1
Q

Übertragung digitaler Daten

Digitalisierung

Texte und Tonsignale

A

Nahezu jede Information kann in digitale Form übertragen werden = „Digitalisierung“

  • Texte werden Zeichen für Zeichen durch einen Code in eine Folge von Nullen und Einsen übersetzt -> z.B. ASCII oder UTF-8
  • Tonsignale (Sprache, Musik) werden mit einem Mikrofon aufgenommen -> erzeugt Spannung, die sich proportional zur Schallschwingung verändert -> in regelmäßigen Intervallen gemessen („abgetastet“) -> als Zahlenwerte ins Binärformat gewandelt
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2
Q

Übertragung digitaler Daten

Funktionsweise

A

Daten werden Bit für Bit übertragen - z.B. 1 als 5V, 0 als 0V

jede Übertragung beginnt mit einem definierten Code = „Präambel“

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3
Q

Übertragung digitaler Daten

Übertragungskapazität und Symbolrate

A
  • Bits werden einzeln nacheinander übertragen -> „Übertragungsschritte“
  • Baud = Schritte pro Sekunde = Schrittgeschwindigkeit = Symbolrate
    • z.B. 10 Mio. Schritten pro Sekunde = 10 MBaud
    • jedes Übertragungsmedium hat maximale Schrittgeschwindigkeit
  • Übertragungskapazität, gemessen in Bit/s
    • in jedem Schritt wird genau ein Bit übertragen (z.B. 10 MBaud -> 10 MBit/s)
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4
Q

Übertragung digitaler Daten

Übertragungskapazität und Symbolrate

-> mehr MBit/s übertragen, als MBaud möglich sind?

A
  • Parallelisierung
  • z.B. verschiedene Spannungspegel -> mehr Bit pro Schritt -> halbe Symbolrate
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5
Q

“Geschwindigkeit” von Datenübertragungen

Begriffe

A
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6
Q

Übertragungskapazität

Eine ISDN-Verbindung hat 64 kBit/s Übertragungskapazität. Wie lange dauert der Download einer MP3-Datei von 4 MB Größe mindestens?

A

4 MB = 4 * 1000 kB = 4 * 8 * 1000 kBit

Übertragungszeit = Übertragungsvolumen / Übertragungkapazität

t = 4 * 8 * 1000 kBit*s / 64 kBit = 500 s

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7
Q

Übertragungskapazität

Wie lange dauert der Download einer MP3-Datei von 4 MB Größe mindestens bei DSL mit 16 MBit/s?

A

4 MB = 4 * 1000 kB = 4 * 8 * 1000 kBit
Übertragungszeit = Übertragungsvolumen / Übertragungkapazität

t = 4 * 8 * 1000 kBit*s / 16000 kBit = 2 s

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8
Q

Übertragungskapazität

Eine Remote-Desktop-Sitzung (Fernbedienung eines Windows-Desktops) erzeugt ein Datenvolumen von etwa 450 kB pro Minute, wobei nur in 10% der Zeit Daten übertragen werden.

Welche Übertragungskapazität sollte die Netzwerkverbindung für flüssiges Arbeiten haben?

A

450 kB sollen in 10% einer Minute (also 6 Sekunden) übertragen werden. 450 kB sind 3600 kBit.
Übertragungskapazität = 3600 kBit / 6 s = 600 kBit/s

Eine DSL-1000-Verbindung reicht gerade so aus.

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9
Q

Medienzugriff

Zugriffsverfahren

A

Deterministische Verfahren: Zentrale Steuerung, Token Passing

Nicht-deterministisches Verfahren: CSMA/CD

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10
Q

Medienzugriff

Deterministische Verfahren

Zentrale Steuerung

A
  • ein Endgerät steuert Sendeberechtigung
  • meist werden die anderen Endgeräte reihum gefragt, ob sie etwas zu senden haben
  • ohne Aufforderung darf ein Endgerät nicht senden
  • z.B. USB, Bluetooth
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11
Q

Medienzugriff

Deterministische Verfahren

Token Passing

A
  • Token = Sendeberechtigung in Form eines speziellen Datenpakets
  • reihum von Endgerät zu Endgerät weitergereicht
  • Reihenfolge entweder per Konfiguration festgelegt oder entsprechend dem physikalischen Aufbau des Netzwerkes
  • z.B. Token Ring (80er Jahren von IBM, veraltet)
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12
Q

Medienzugriff

Nicht-Deterministische Verfahren

CSMA/CD

A
  • (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect)
  • zunächst Prüfung, ob momentan eine Übertragung läuft
  • Sobald das Medium frei ist, wird nach einer kurzen Wartezeit gesendet.
  • Da eventuell noch andere Endgeräte sendebereit waren, kann es zu Kollisionen kommen.
  • Kollisionen werden erkannt -> Abbruch -> Geräte warten zufällige Zeit ab -> neuer Versuch
  • erneute Kollision -> neue zufällige Zeiten aus größerem Intervall wählen + neuen Versuch starten
  • z.B. Ethernet 10Base2, 10Base-T und 100Base-TX
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13
Q

Telegraphie und Telefonie

Ablauf eines Telefongesprächs - historisch

Leitungsvermittlung

A
  • beim Wählen: Verbindung wird von Vermittlungsstelle zu Vermittlungsstelle durchgeschaltet - bei jedem Schritt wird ein Teilstück der Verbindung reserviert
  • Gesprächsphase: Teilstücke der Verbindung bleiben exklusiv zugeteilt
  • Verbindungsende: Verbindung wird getrennt, Teilabschnitte freigegeben
  • -> Ressourcen auch in Kommunikationspausen belegt
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14
Q

Telegraphie und Telefonie

Ablauf eines Telefongesprächs - heute

Paketvermittlung

A
  • Verbindungsaufbau: Rufnummer an Ortsvermittlungsstelle übermittelt -> im
    Netzwerk durch Austausch von Datenpaketen festgestellt, ob Gegenstelle frei ist
  • Gesprächsphase: Tonsignale werden in Ortsvermittlungsstelle digitalisiert und als Datenpakete durch das Netzwerk übertragen
  • Verbindungsabbau: Ortsvermittlungsstelle des Teilnehmers, der zuerst auflegt informiert die andere über Ende
  • -> Solange jemand nicht spricht, muss auch nichts übertragen werden
  • -> Nutzung nicht mehr exklusiv
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15
Q

Telefonie

Paketvermittlung

Virtuelle Verbindungen

A
  • Pakete durch Kennungen als zusammengehörig gekennzeichnet und in Sendereihenfolge nummeriert
  • ermöglicht zusammenhängende Kommunikation über längeren Zeitraum, obwohl jedes Datenpaket individuell verschickt wird
  • simuliert Verbindung -> „virtuell“
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16
Q

Telefonie

A
  • physikalische, gesteckte Verbindung zwischen Gesprächsteilnehmern
  • Digitalisierung: Sprache wird in Ortsvermittlung digitalisiert, Computer zur Signalisierung und Wegesuche, Übertragung der Gesprächsdaten als Datenpakete -> Paketvermittlung statt Leitungsvermittlung -> langsamerer, sicherer, bessere Sprachqualität
  • optional: digitale Endgeräteanschlüsse (ISDN)
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17
Q

Telefonie

ISDN

A
  • Integrated Services Digital Network
  • Anschluss digitaler Endgeräte ans Telefonnetz
  • 2 Datenkanäle mit je 64 kBit/s pro Anschluss
  • „Integrated Services“: Internetzugang, Koppelung von LANs, … -> nicht mehr konkurrenzfähig
18
Q

Ethernet

Standards

100Base-TX

A
  • “Fast Ethernet”
  • 100 Mbit/s Übertragungskapazität
  • je 2 Geräte mit einem Kabel verbunden
  • nur 50% der Adernpaare (4 von 8) genutzt
  • Halbduplexübertragung
  • Stecker: RJ-45
  • Kabel: „Twisted Pair“
19
Q

Ethernet

Twisted Pair Kabel - allgemein

A
  • 8 isolierte Adern in einem Kabel
  • je 2 Adern miteinander verdrillt
  • jedes Adernpaar: Übertragung in eine Richtung
  • > preiswert
  • > leicht zu verlegen
  • > keine innere Abschirmung, trotzdem hohe Störunanfälligkeit
20
Q

Ethernet

Twisted Pair Kabel - Benennung

A

Namensschema nach ISO: X/YTP
X: äußere Schirmung - um alle Adern des Kabels
Y: Schirmung der Aderpaare an - um jeweils zwei Adern herum
TP: „Twisted Pair“
Schirmungen:
U = unshielded (ungeschirmt)
S = screened (Drahtgeflecht)
F = foiled (alubeschichtete Kunststofffolie)
üblich: UTP (U/UTP), FTP (F/UTP)

21
Q

Ethernet

Twisted Pair Kabel

Unterteilung in Klassen

A
  • nach maximale Übertragungsrate
  • Cat-5 und Cat-5e: bis 100 MHz, Standard für Fast Ethernet
  • Cat-6: bis 250 MHz, z.B. für GBit-Ethernet
  • Cat-3 + Cat-4 nicht mehr gebräuchlich
  • Cat 1+2 z.B. Telefonkabel, ISDN
22
Q

Ethernet

Twisted Pair Kabel

Verwendung

A

umso länger / umso mehr Einflüsse -> desto mehr Schirmung

  • *U/UTP (UTP):** am günstigsten, Heimbereich/Büro
  • *F/UTP (FTP):** Geräteschrank (viele Kabel parallel)
  • *S/FTP:** Wand mit Stromkabel (größere Distanzen)
  • > bei Wandinstallationen lieber überdimensionieren für nächste Generationen der Netzwerktechnik
  • > alle als Cat-5e oder Cat-6 zu kaufen
23
Q

Ethernet - Topologie

Switch

A
  • = Mehrfachsteckdose
  • um Netzwerke mit > 2 Endgeräten aufzubauen
  • Uplinks mit schnelleren Kabeln
24
Q

Ethernet

Standards

1000Base-T

A
  • „Gigabit Ethernet“
  • alle 4 Adernpaare für Übertragung von Daten in einer Richtung genutzt
  • Vollduplexbetrieb: in einem Kabel können Daten in beiden Richtungen gleichzeitig übertragen werden -> Echokompensation filtert die selbst gesendeten aus den Empfangsdaten heraus
  • jedes Adernpaar hat 250 MBit/s -> insgesamt 1 GBit/s
25
Ethernet Standards (Glasfaserkabel) **10GbE - 10 GBit Ethernet**
* 10 GBit * über Glasfaserkabel * für: Kern stark ausgelasteter LANs, WANs, Hochleistungsserver * z.B. Uplinks sollten eine Ethernet-Stufe höher sein als restliche Verbindungen * bei meisten PCs kein Anschluss vorhanden
26
Ethernet ## Footnote **Glasfaserkabel**
* für Hochgeschwindigkeitsnetze * extrem dünne und damit biegsame Glasfäden * Übertragung von Lichtimpulsen statt Spannungsimpulsen * jede Verbindung besteht aus zwei Fasern, je eine für jede Richtung Anschlussvariante z.B. 10 GbE
27
Ethernet Glasfaserkabel **Vorteile**
* extrem hohe Datenraten möglich * sehr dünn -\> viele Glasfasern in einem Kabel * mehrere Übertragungen gleichzeitig durch verschiedenfarbiges Licht * geringe Dämpfung -\> hohe Reichweite
28
Ethernet Glasfaserkabel **Nachteile**
* müssen am Ende plan geschliffen und exakt zur Lichtquelle positioniert werden * schwer selbst zu konfektionieren, z.B. kürzen * können brechen * empfindlicher als Kupferkabel * Steckverbindungen sind aufwendiger * deutlich teuerer als Kupferkabel + erfordern mehr Know-How
29
Ethernet ## Footnote **Glasfaser-Typen**
30
Ethernet - Paketaufbau ## Footnote **Frame**
* **Präambel:** Folge der Bits 1010101010..., -\> zur Gewinnung des Taktes am Paketanfang * **Typ:** Code, der die im Paket enthaltenen Nutzdaten definiert -\> meist „IP“ * **Nutzdaten**: 46 – 1500 Bytes * **CRC: Prüfsumme** (steht für Cyclic Redundancy Check)
31
Ethernet - Paketaufbau ## Footnote **Ethernet-Adressen**
* „Hardwareadressen“/„MAC-Adressen“ (Media Access Control) * vom Hersteller vergeben, weltweit einmalig * 6 Byte -\> hexadezimal 12 Zeichen, je 1 Byte mit : getrennt (05:ab:3f:01:28:e8) * erste Hälfte: Zuordnung zu Hersteller
32
Ethernet - Switches ## Footnote **Grundfunktionen eines Switches**
* **mehrere Anschlüsse** * Anschluss hat **max. Übertragungskapazität** - abwärtskompatibel * **lernfähig** -\> Zuordnung von Hardwareadressen an Anschlüsse (interne Tabelle) -\> Pakete nur an den Anschluss weitergeleitet, an dem Gerät erreichbar ist * solange Switch Hardwareadresse nicht kennt -\> Pakete an alle Anschlüsse außer Sender ausgegeben
33
Ethernet - Switches ## Footnote **Unterscheidungskriterien**
**GBit Ethernet:** Vollduplex - Endgeräte können gleichzeitig senden und empfangen
34
Ethernet - Switches ## Footnote **Schichtenmodell eines Netzwerks mit Switch**
Switches implementieren nur die unterste Schicht -\> nur Übermittlung von Ethernet-Paketen
35
Ethernet Standards **10Base-T**
* 1991 – Ende 2000er Jahre * Vorläufer von Fast Ethernet mit gleichen Steckverbindern, aber nur 10 MBit/s Übertragungskapazität * Hubs statt Switches, die äußerlich gleich aussehen, aber die Signale nur verstärken. * moderne Ethernets und moderne Endgeräte sind immer noch zu 10Base-T kompatibel
36
Ethernet ## Footnote **Strukturierte Verkabelung**
* Netzwerkstruktur aus aktiven Komponenten (Switches) und Kabelverbindungen in den Verteilerschränken * **Kabelstrecken**: in Wand, Kabelschienen an der Wand oder Kabelschächten - zwischen Verteilerschränken oder zwischen Verteilerschrank und Anschlussdose an Wand * **Verteilerschränke**: Kabelenden sind auf Patchfeld mit RJ-45-Buchsen aufgelegt * **Wanddosen**: meist 2 RJ-45-Buchsen
37
Ethernet - Strukturierte Verkabelung ## Footnote **Beispiel: 2 vernetzte Bürogebäude**
* *primär:** Geländeverkabelung, * *sekundär:** Gebäudeverkabelung (zwischen Verteilerschränken) * *tertiär:** Stockwerkverkabelung - \> sekundär und tertiär sind beide eine Entwicklungsstufe besser als primär
38
Ethernet - Strukturierte Verkabelung ## Footnote **Tertiärbereich - Verteilerschrank**
* jeder Anschluss einer Wanddose ist über fest installiertes Kabel mit einem **Verteilerschrank** verbunden * **Patchfeld** im Verteilerschrank aus **RJ-45-Buchsen** -\> 1:1-Verbindung zwischen Buchse und Anschluss an einer Wanddose -\> eindeutige Zuordnung durch **Beschriftung** * Patchkabel verbinden Anschlüsse des Patchfeldes mit einem Switch = **„patchen“** -\> ein an Wanddose angeschlossener PC hat zunächst nur eine direkte Verbindung zu einem Verteilerschrank.
39
Ethernet - Strukturierte Verkabelung ## Footnote **Tertiärbereich - Endgeräteanschluss**
* Anschlusskabel 1:1 von Netzwerkanschluss des Endgeräts zu einer Wandanschlussdose * **pro Arbeitsplatz:** 2 – 4 Anschlüsse an Wanddosen (Desktop-PC, Notebook, Netzwerkdrucker, VoIP-Telefon) * zusätzlicher kleiner Switch möglich -\> ABER angeschlossene Geräte teilen sich die Leitungskapazität zum Rest des Netzwerks
40
Ethernet ## Footnote **VLAN**
* Virtuelle LANs * mit modernen Switches * Aufteilung in **logisch, aber nicht physische getrennte Netze** * Backbone und Verkabelung existieren nur einmal * zentrale Administration mit Zuordnung der Endgeräte zu den VLANs * keine direkte Kommunikation der Endgeräte verschiedener VLANs * z.B. Trennung verschiedener Firmenbereiche (Verwaltung und Produktion), 1 zentrales Netzwerks in Bürogebäude mit vielen Mietern, virtuelle Anschlüsse an Firewalls mit zu wenigen physischen Interfaces

Kommunikationssysteme (7 decks)

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