1. Lokale Netze

Question 1

Erläutern Sie ganz allgemein den Begriff Lokales Netz bzw. Lan. Welche grundlegende Funktion bzw. Aufgabe erfüllt so ein LAN

Answer 1

Stellt die technische Infrastruktur zur Punkt-zu-Punkt Kommunikation für / über ein gemeinsames Medium direkt verbundener Systeme (Interfaces) dar.

Question 2

Welche OSI – Funktionsschichten umfasst das Lokale Netz/LAN prinzipiell und was ist dabei deren Aufgabe

Answer 2

OSI 1 & 2

OSI-1 (Bitübertragungsschicht) = ungesicherte Übertragung eines Bitstroms auf / über ein (gemeinsam genutztes) Medium

OSI-2 (Sicherungsschicht) = gesicherte Punkt-zu-Punkt Datenübertragung zwischen benachbarte Interfaces

Question 3

Erläutern Sie im Rahmen der Datenkommunikation kurz den Begriff „Netzwerkarchitektur“. Was ist das und wozu dient so etwas ganz allgemein

Answer 3

Eine Netzwerkarchitektur an sich ist prinzipiell immer ein „Satz von Funktionsschichten“ die quasi übereinandergestellt ein IT-Funktionsschichtenmodell bilden.

Question 4

Benennen Sie die einzelnen Schichtenfunktionen des OSI-Referenzmodells der ISO und beschreiben Sie in Kurzform inhaltlich deren wesentliche Aufgabe

Answer 4

Question 5

Benennen Sie die einzelnen Schichtenfunktionen des DoD-Referenzmodells und beschreiben Sie in Kurzform inhaltlich deren wesentliche Aufgabe

Answer 5

Question 6

Welche Aufgabe bzw. Funktion hat hierbei die Logical Link Control (LLC) Schicht?

Answer 6

Dient zur Realisierung der Unabhängigkeit von spezifischen MAC-Zugriffsverfahren, sowie dem hinzufügen einer geeigneten Protokolladresse, damit auf einem Medium auch unterschiedliche Netzwerkprotokolle gleichzeitig übertragen werden können.

Question 7

Wofür genau steht hier der Begriff MAC?

Answer 7

Media Access Control

Question 8

Welche Aufgaben hat speziell der MAC-Layer in der IEEE 802 LAN-Architektur?

Answer 8

Der MAC-Layer stellt je nach Topologie eines Netzes ganz unterschiedliche Arten (Klassen) von Medienzugriffsverfahren (MAC-Protokolle) bereit.

Question 9

Ist der MAC-Layer in lokalen Netzen immer einheitlich gleich? (mit Begründung)

Answer 9

Nein denn die MAC-Headerstrukturen sind je nach Zugriffsverfahren unterschiedlich.

Beispiel: CSMA/CD oder CSMA/CA

Question 10

Wozu dient eine MAC-Adresse und wie sieht diese strukturell aus (mit Notatioonsbeispiel) bzw. wer benötigt so eine Adresse überhaupt

Answer 10

Physikalische weltweit eindeutige Adresse eines

Netzwerkinterfaces für die Punkt-zu-Punkt/Mehrpunkt Kommunikation auf Layer-2. Dient also zur Adressierung auf Layer 2.

Die Länge der Adresse beträgt aktuell 6 Bytes bzw. 48-Bit

• 3-Bytes als Herstellerangaben
• 3-Bytes durch den Hersteller frei Nutzbar.

Notationsbeispiel: ac:8e:48:f0:41:45

Jeder, der in einem (Rechnernetz, LAN) mit anderen Teilnehmern kommunizieren möchte, da dies die physikalische Adresse auf Layer 2 darstellt

Question 11

Wozu wird die MAC denn überhaupt benötigt, wenn ein System (Interface) im LAN doch bereits über eine IPv4-Adresse verfügt​

Answer 11

IPv4 auf Layer 3, MAC auf Layer 2. Um Unabhängigkeit der physikalischen Adresse des Interfaces von der logischen IPv4-Adresse zu gewährleisten.

Question 12

Wie wird bei der Übertragung von MAC-Frames prinzipiell sichergestellt, dass nur korrekt übertragende Dateninhalte weiterverarbeitet werden?

Wie kann der Empfänger eines Datenpaketes (Frames) in einem LAN prinzipiell feststellen, ob ein Paket bei ihm wirklich fehlerfrei angekommen ist?

Answer 12

Durch eine 32 Bit lange Prüfsumme der Frame Check Sequenz am Ende eines MAC-Frames. Der Empfänger berechnet die Prüfsumme, nach dem gleichen Verfahren wie der Sender, bei unterschieden -> Fehler im Frame.

Question 13

Kommt dafür z.B. das vorgestellte Parity-Verfahren in Frage?

Answer 13

Nein, kann nur 1-Bitfehler erkennen. Bei Mehrbit – Fehlern unbrauchbar.

Question 14

Was versteht man im Rahmen der IPv4 -Kommunikation in einem LAN unter einem ARP-Request und wann findet dieser statt ? Wofür steht dabei der Begriff „ARP“ + Ablauf?

Answer 14

ARP = Adress Resolution Protocol.

Auflösung der logischen Layer 3 Adresse (IPv4) in die zugehörige physikalische Layer 2 Adresse (MAC -Adresse)

Ablauf:

(1) Abfrage per ARP-Request als Layer-2 Broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF)
(2) Der sich erkennende Empfänger sendet per Unicast einen ARP-Reply (mit eigener MAC-Adresse)

Speicherung der richtigen Auflösung in Zwischenspeicher (ARP-Cache)

Findet statt, wenn Sender die MAC des Empfängers nicht im Cache hat

Question 15

Wozu dient beim Transport von IPv4-Datenpakten in einem LAN das ARP (Protokoll) und wie ist dabei der Ablauf? Erläutern Sie dieses ggf. anhand der nachfolgenden Grafik

Answer 15

Auflösung der logischen Layer 3 Adresse (IPv4) in die zugehörige physikalische Layer 2 Adresse (MAC -Adresse)

Ablauf:

(1) Abfrage per ARP-Request als Layer-2 Broadcast (FF:FF:FF:FF:FF:FF)
(2) Der sich erkennende Empfänger sendet per Unicast einen ARP-Reply (mit eigener MAC-Adresse)

Speicherung der richtigen Auflösung in Zwischenspeicher (ARP-Cache)

Question 16

Wie(so) können in z.B. Ethernet-LANs auf dem gleichen Medium (Kabel) die Datenpakete auch unterschiedlicher Netzwerkprotokolle transportiert werden? Wie wird hier das Erkennungsproblem konkret gelöst?

Wie kann man bei Datenpaketen in einen LAN erkennen, um welches Netzwerk-Protokoll es sich dabei handelt (z.B. ARP, IP, IPv6, IPX, Appletalk, … etc)?

Answer 16

Im MAC-Header Ethertype vorhanden. Dieser gibt das genutzte Netzwerkprotokoll zu erkennen.

Question 17

Wie werden in einem LAN die Interfaces der einzelnen Stationen eindeutig identifiziert und wie sieht diese Identifikation ganz konkret aus (mit Notation)?

Answer 17

Durch MAC-Adresse Physikalische weltweit eindeutige Adresse eines

Netzwerkinterfaces für die Punkt-zu-Punkt/Mehrpunkt Kommunikation auf Layer-2. Dient also zur Adressierung auf Layer 2.

Die Länge der Adresse beträgt aktuell 6 Bytes bzw. 48-Bit

• 3-Bytes als Herstellerangaben
• 3-Bytes durch den Hersteller frei Nutzbar.

Notationsbeispiel: ac:8e:48:f0:41:45

Question 18

Wozu dient speziell das ARP-Dienstprogramm auf z.B. einem Windows-/Linux-System?

Answer 18

Erlaub die Anzeige und Manipulation des lokalen ARP Cache

Question 19

In heutigen LANs wird fast ausschließlich die Switching-Technologie eingesetzt. Erläutern sie kurz und präzise den Begriff Ethernet-Switch. Wie arbeitet so ein Gerät prinzipiell?

Answer 19

Ein Switch ist ein Layer 2 Koppelelement auf Basis der abschnittsweisen Punkt-zu-Punkt Übertragung. Transportentscheidung auf Basis der Zieladresse (MAC-Adresse). Abschnittsweise Weiterleitung der Frames

Trennt Kollisionsdomänen, pro Port eine Kollisionsdomäne.

• Erzeugt intern einen virtuellen Datenpfad auf Basis abschnittsweiser Punkt-zu-Punkt Übertragung

Question 20

Wann werden hier Datenpakete von wo nach wo transportiert, wann aber gerade nicht?

Answer 20

Abschnittsweise Weiterleitung der Frames zum entsprechenden Ziel Port. Wenn defekte MAC-Frames ankommen. Wenn FCS fehlerhaft (nur bei Store and Forward).

Question 21

Welche Aufgabe hat/Wozu dient in einem Ethernet-Switch speziell die interne Forwarding Database (FDB)? Skizzieren sie dazu deren prinzipiellen Aufbau.

Answer 21

Tabelle speichert MAC-Adressen pro Port. Damit können die Datenpakete an den Switch-Port, an dem der Empfänger hängt, weitergeleitet werden. Ermittlung der Einträge i.d.R durch Self-Learning.

Port Mac-Adresse 1 00:1A:20:9F:C1:27 2 00:0C:10:98:23:6A … …

Question 22

Was wird in einer (Switch) Forwarding Database (FDB) konkret gespeichert?

Answer 22

Speichert die zu jedem Port gehörenden MAC-Adressen der dortigen Interfaces ab.

Question 23

Woher stammt hier ein Eintrag in der FDB-Tabelle und wer löscht diesen ggf. wieder?

Answer 23

Ermittlung der Einträge i.d.R durch Self-Learning : Bei Annahme der MACs am Port wird Absender MAC dem Port hinzugefügt. Löschen erfolgt durch Aging Timer

Question 24

Wann wird in einem Switch ggf. ein MAC-Frame auch mal nicht weitergeleitet?

Answer 24

Wenn defekte MAC-Frames ankommen. Wenn FCS fehlerhaft (nur bei Store and Forward).

Question 25

Welche beiden grundlegenden Switching-Verfahren kennen sie? Erläutern sie ganz kurz

deren Arbeitsprinzip und wo die jeweiligen Vorteile/Nachteile liegen.

Answer 25

Store and Forward Arbeitsprinzip

Erst vollständig zwischenspeichern, falls korrekt dann weiterleiten

Store and Forward (Vorteile)

Sicherer

Unterschiedliche Geschwindigkeiten pro Port Möglich

Store and Forward (Nachteile)

Langsamer, wegen Zwischenspeicherung

Bandbreitenverlust durch Zwischenspeichern

Cut Through

Weiterleitung bereits nach Erkennung der Ziel MAC Adresse

Cut Through (Vorteile)

schneller, da keine Zwischenprüfung

Cut Through (Nachteile)

Weitertransport auch defekter Pakete möglich

Kein Wechsel der Geschwindigkeiten möglich

Question 26

Wo liegen die wesentlichen Vorteile eines Switches gegenüber einem klassischen Ethernet-Hub (Repeater)?

Answer 26

Hub arbeitet auf Layer 1 und Switch auf Layer 2, haben an sich ganz unterschiedliche Aufgaben.

Ein klassischer Hub empfängt ein Paket und sendet es an alle anderen Ports weiter, unabhängig davon, ob das angeschlossene Gerät das Paket angefordert hat oder nicht.

Ein Switch lernt die am Port angeschlossene MAC-Adresse des Endgerätes und weiß daher wie und wo die Pakete zuzuordnen sind (Forwarding Database). Kann zudem

unterschiedliche Geschwindigkeiten an den Ports betreiben

Question 27

Erläutern Sie zunächst ganz allgemein den Begriff „Ethernet Hub System“

Answer 27

Dienen zur Signalverteilung bzw. zur Signalregenerierung. Koppelelement auf dem Layer 1.

Realisiert Umsetzung von einem logischen Ethernet-Bus in eine physikalische Sternstruktur

Question 28

Wo liegen generell die Vorteile beim Einsatz Hub-basierter Systeme zum Aufbau von Unternehmensnetzen

Answer 28

Es ist eine höhere Ausfallsicherheit gegeben Single Point of Failure. Wechsel des physikalischen Übertragungsmediums möglich

Question 29

Wo könnten bei Hub-basierten Systemen (u.a. beim Aufbau eines Netzes) auch Nachteile liegen?

Answer 29

Es können große Kollisionsdomänen entstehen. Half Duplex.

Bei Kaskadierung besteht immer die Gefahr von Schleifenbildung

Question 30

Erläutern sie dem allgemeinen Begriff Hub-System zum technischen Aufbau eines Netzes.

Welche Vorteile und ggf. Welche Nachteile ergeben sich dadurch

Answer 30

Hub-System realisiert physikalische Sterntopologie bei logischer Bustopologie. Weiterleitung einkommender Signale an alle aktiven Ports

Vorteil: höhere Ausfallsicherheit (Single Point of Failure)

Nachteil: große Kollisionsdomäne, Half Duplex

Question 31

Welches Zugriffsverfahren wird beim HUB-System eingesetzt?

Answer 31

CSMA/CD

Question 32

Wozu dient in einem solchen Ethernet-Netz das so genannte CSMA/CD-Verfahren

Answer 32

Zur Erkennung von Kollisionen auf dem Bus, damit Mehrfachzugriff auf dem Bus geregelt ist

Question 33

Was bedeutet im Ethernetz der Begriff Kollisionsdomäne?

Answer 33

Bereich auf dem Layer 1, in dem mehrere Teilnehmer, um das senden auf dem gemeinsamen Medium konkurrieren.

Question 34

Wo und wann kommt im Ethernetz ggf. das Zugriffverfahren CSMA/CD zum Einsatz?

Answer 34

Wenn zwei oder mehr Stationen an einem Switch Port (z.B. per Repeater) angeschlossen sind. Im Fall das mehrere Stationen eine Nachricht senden, entsteht Kollision, da es sich um einen logischen Bus handelt. –> CSMA/CD greift bei Kollision ein

Question 35

Was passiert im Falle von Kollisionen wie wird das Problem gelöst (CSMA/CD)?

Answer 35

Im Falle einer erkannten Kollision wird der eigene Sendeversuch sofort abgebrochen. Kollisionsverstärkendes Signalisierungssignal senden (JAM-Signal).

Warten gemäß „Backoff-Strategie“. Wenn Kanal nicht belegt ist, dann erneuter Sendeversuch.

Question 36

Warum wird beim 10Base-T an Stelle eines Koaxialkabels (verl. 10Base-2/-5) nun ein Twisted-Pair (TP) Kabel eingesetzt? Was ist das und welche Vorteile ergeben sich?

Question 37

Was versteht man in der LAN-Technik allgemein unter dem sog. Full-Duplex-Betrieb? Was ist hierfür eine wesentliche Voraussetzung? Welche Vorteile ergeben sich daraus?

Answer 37

Senden und empfangen von Daten gleichzeitig. Vorteil: höherer Datendurchsatz

Question 38

Wann kommt der Duplex-Modus bei einem Switch (ggf.) einmal zum Einsatz?

Answer 38

Innerhalb des Switches immer. An jedem Port möglich, sofern nur ein Teilnehmer angeschlossen