Netzwerk und Datenbanken

-Bandbreite

-Dämpfung

-Widerstand/Dämpfung

-Fernspannung

-Potenzialdifferenz ( lokale Ende sehr unterschiedliche Vorstellung)

-Abhörsicherheit niedrig

Berechtigungsmarke

festgelegtes bitmuster, welches im Netz kreist. Eine Station muss auf das Token warten, bevor es senden darf.

Wenn sie ihre Daten gesendet hat, gibt sie das Token wieder frei.

bestehen aus einem isolierten Kupferdraht, der zur Ausschaltung von Störungen mit einer leitenden Abschirmung umhüllt ist.

Lassen sich Übertragunsraten von 100MBit/s im Basisbandverfahren erzielen. Dieser Begriff bezeichnet die direkte Übertragung von Bit durch verschiedene Spannungsniveaus bzw durch verschiedene optische Niveuas im Falle der  Glasfaserkabeln

Time Division Multiplex: Die Kanäle werden zeitlich abwechselnd auf der selben Leitung übertragen

Frequency Division Multiplex: Die Kanäle werden auf verschiedenen Frequenzen auf der selben Leitung übertragen

Code Division Multiplex: Die Kanäle werden gleichzeitig mit verschiedenen Codes übertragen

Der Data Link Layer ist als Sicherungsschicht verantwortlich für die Verbindung zwischen zwei Knoten Die Bits von der Schicht 1 werden im Layer 2 zu Frames zusammengefasst und mit Zusatzinformationen für die Fehlererkennung ausgestattet Es erfolgt eine Flusssteuerung, damit der Empfänger nicht mit Frames überflutet wird Bei LAN’s erfolgt eine weitere Unterteilung der Schicht 2: MAC: Media Access Control (Zugriff auf das Übertragungsmedium) LLC: Logical Link Control (Sicherung)

Für die Erkennung von Übertragungsfehlern (”Bitdreher”), werden verschiedene Methoden eingesetzt, bei denen zusätzliche Redundanz in die Daten eingefügt wird. Fehlererkennung ist immer ein Tradeoff zwischen zusätzlicher Redundanz und Auftretenswahrscheinlichkeit des Fehlers.

Pro Byte ein z.B. zusätzliches Bit, welches die Anzahl der ”1” reflektiert (z.B. gerade Anzahl →Paritätsbit=”0”).

Den 8 Bits, die ein Byte ausmachen, kann noch ein Prüfbit beigegeben sein. Mit dessen Hilfe überprüft der Rechner ständig den Speicher auf Fehler, die z.B. durch eine Spannungsschwankung oder einen Defekt entstehen könnten. Das Prüfbit wird also nicht vom Programmierer verändert, sondern automatisch von der Speicherhardware gesetzt und gelesen. Meist setzt diese das Prüfbit so, dass die Anzahl aller Einsen in dem gespeicherten Byte zusammen mit dem Prüfbit geradzahlig (engl, even parity) wird, daher heißt das Prüfbit auch Parity-Bit. Ändert sich durch einen Defekt oder einen Fehler genau ein Bit des Bytes oder das Parity Bit, so wird dies von der Speicherhardware erkannt, denn die Anzahl aller Einsen wird ungerade. Die Verwendung von Prüfbits verliert allerdings seit einiger Zeit wegen der höheren Zuverlässigkeit der Speicherbausteine an Bedeutung.

Auch CRC, Cyclic Redundancy Check. Es werden nach bestimmten Regeln Checksummen über die Daten gebildet und mitgesendet, auf der Empfangsseite wird die Prüfsumme erneut gebildet und mit der mitgesendeten verglichen.

Die ”Unterschiedlichkeit” der Codewörter wird ausgenutzt, damit Fehler erkannt und korrigiert werden können. Wenn z.B. der Code nur die folgenden Möglichkeiten umfasst: 0000000000, 0000011111, 1111100000, 1111111111, dann beträgt der ”Abstand” zwischen den einzelnen Codewörtern n=5 Bit (=Hammingdistanz) damit können n − 1 Bit Fehler erkannt werden.

Daten verpacken für den Transport über Links/Verknüpfungen

 ( z.B. zwischen benachbarte Knoten/LAN1

Implementierung von lokalen Ziel- und Quellen-Adressierung in Lan

Ethernet/IEEE-802.3 berücksichtigt multicast- and broadcast Ziele2

Fehlererfassung benutzen einen 32- Bit CRC

Ethernet L2 Übertragungen werden nicht garantiert3

Ethernet L2 does not assure delivery4

1typisches Netzwerk im Haus installiert zum Internet via einem Router.WAN/Wide Area network bestehen aus vielen LANS-> Internet

2 Nachrichten zu einigen oder allen Knoten an Lans

3Rahmen sind  lediglich vorbeikommen  Bridges,routers, hosts.

4Die Schicht darüber kümmert sich um verlorene Nachrichten

packaging of data for transport over links (ie, between adjacent
nodes/LAN1)
implementation of local destination- and source-addressing in LAN
Ethernet/IEEE-802.3 allows for multicast- and broadcast destination2
Error detection using a 32-bit CRC3
Ethernet L2 does not assure delivery4
1Local Area Network: typical in-house network connected to the Internet via a Router. WAN/Wide Area Network consist of
many LANs → Internet
2message to some or all nodes on LAN
3err’d frames are simply dropped by bridges, routers, hosts. Ponder about the reason for this. . .
4ie, the layers above must handle lost messages

Nachrichten auf dem Ethernet LAN nennt man frames

Die heutigen, meist gebrauchten LANs/L2-Networks sind die 802.3/Ethernet und 802.11/Wirless (Kabellos)

Geräte die man braucht für LANs: : L1:Hub/Repeater und L2:Bridge/Switch

Geräte die zwischen einem LANs und dem anderen LANs oder der Aussenwelt verbinden: L3:Router or L3+:Firewall/Router

L2 Adressierung ist nur vom lokalem⁵ Interesse!

Ein Link/L1 formt eine „Kollisions Domäne“, Übertragunen von verschiedenen Geräten können auf einem einzigen Kabel/Hub „kollidieren“

Eine LAN/L2 b kennzeichnet ein Übertragunsbereich: 0xFF:FF:FF:FF:FF:FF

Ziel wird gesendet an alle Knoten auf dem LAN

802.x/Ethernet ist eine TDM7 network

Es ist nicht notwendig dass der Computer die L2 Adresse weiss von einem Webserver im Internet

Ist limitiert. Z.B wird es nie den LAN verlassen via router

7Time Domain Multiplexing

messages on a Ethernet LAN are called frames
most abundant LANs/L2-Networks today are 802.3/Ethernet and
802.11/Wireless
devices for building LANs: L1:Hub/Repeater and L2:Bridge/Switch
devices interconnecting LANs to other LANs or the “outside world”:
L3:Router or L3+:Firewall/Router
L2 addressing is of local 5 interest only!
a Link/L1 forms a “collision domain”, transmissions from different
devices may “collide” on a single wire/Hub
a LAN/L2 denotes a “broadcast domain”: 0xFF:FF:FF:FF:FF:FF
destination is sent to all nodes on the LAN6
802.x/Ethernet is a TDM7 network
5there is no need for your computer to know the L2 address of a webserver in the Internet
6it is limited, ie it never leaves the LAN via a router
7Time Domain Multiplexing

schottet –die Rahmen “frames”- eine gewisse Menge an Daten von der oberen Schicht mit den Metadaten ab:

Preamble: Eine speziell synchroniserte Sequenz

Address: Ziel und Quellen-Adresse von einem angrenzenden Knoten

Type: Identifiziert die abgeschotteten Daten (Typ vom SDU/oberen Schicht), z.B. 0x0800 für IP

Frame Checksum: erlaubt dem Zielknoten die Beschaffenheit der empfangenden Daten zu überprüfen

encapsulates – “frames” – a certain8 amount of data9 from above layer
with metadata:
Preamble: a special synchronize sequence10
Address: destination- and source-address of adjacent nodes
Type: identifies encapsulated data (type of SDU/upper-layer), eg
0x0800 for IP
Frame Checksum: allows the destination node to check consistency
of data received
8on Ethernet maximum 1518 Bytes - layer-2 metadata, minimum 64 Bytes
9the “payload” from Layer-3, this is the “SDU” service-data-unit on Layer-2
10http://en.wikipedia.org/wiki/Ethernet_frame

Ethernet L2/MAC Adressen bestehen aus 6 Bytes (3 Lieferanten-Id, 3 Reihen)

dies ergibt (theroetisch) 248 ∼ 256 trillion addresses

Die übliche Notation für MAC Adressen sind die Hexadezimalen Bytes, getrennt mit einem „:“

MAC Adressen sind garantiert einzigartig

0xFF:FF:FF:FF:FF:FF is die Übertragungszieladresse

Jede Adresse mit  0x 1: : : : :  Bit is multicast

Ethernet L2/MAC addresses consists of 6 Bytes (3 vendor-id11, 3
serial)
this allows for (theoretical) 248 ∼ 256 trillion addresses
the usual notation for MAC addresses are hex12 bytes seperated by “:”
MAC adresses are guaranteed13 to be unique
0xFF:FF:FF:FF:FF:FF is the broadcast 14 destination address
any address with the 0x 1: : : : : bit set is multicast 15

11https://db.uga.edu/network/public/vendorcode.cgi
12sometimes identified by 0x-prefix
13theoretically. . . most OS/network cards allows you to alter this address and sometimes the vendor just blows it
14“to all”, limited to the LAN of course
15eg. to “all routers” in LAN

Bridges sind Geräte um den Bereich zu vergrössern eines LAN.

Das entstandene Netzwerk ist immernoch ein Single LAN

Multiport22 bridges nennt man Switches

Bridges analysieren die Zieladresse eines Rahmens und übertragen es nur ein besondere Ports

• Diese stellen dir Privatsphäre bereit
• Diese ist gegeben durchs aufbauen einer MAC-Adresse/Port Tabelle indem die Quellen MAC-Adresse gespeichert wird mit der empfangenen port nummer

Solange man die Einzelheiten der Ziel MAC-Adressen nicht weit, Frames /Rahmen müssen an alle geschickt werden, Ausnahme: empfangener Port

Übertragungsframes/rahmen werden an alle Ports gesendet, ausser an dem empfangenen.

L2 Bridging 2/2

bridges are devices to extend the reach of a LAN. The resulting

network is still a single LAN

multiport22 bridges are called (L3) switches

bridges analyze the destination address of a frame and transmit it

only on specific port(s)

. . . thus providing some “privacy”23

this is achieved by building a MAC-address/port lookup table by

storing the source MAC-address along with the receiving port number

as long as a particular destination MAC-address is not known, frames

must be flooded out to all except the receiving port

broadcast frames are send out on all ports except on the receiving one

22anything with more than a few ports

23try yourself: use wireshark or tcpdump and see if you can spy on your neighbous traffic

Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection

Seit dem Kabel/Medium24 nur eine einzige Übertragung in einem Zeitfenster erlaubt, der Sender hört ständig seine Übertragung ab und bricht es ab, wenn es Störungen gibt.:

Kollisions-Ermittlung wie ein L1-Segment25 nennt man Kollision Domäne

Bridged trennt Kollisions-Domänen, dadurch ist ein End-Gerät mit einen Switch, so es hat seinen eigenen Kollisions-Domäne

L2 CSMA/CD, Collision-Domain

CSMA: Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection

since the cable/medium24 allows for at a single transmission only at

any given time (TDM), the sender constantly monitors its

transmission and cancels it in case of noise: collision detection

such a L1-segment25 is called a “collision-domain”

bridged seperates “collision-domains”, thus a end-device connected to

a switch has its private collision-domain26

24in case of twisted-pair cables the send/receive lines are physically seperated allowing for full-duplex traffic. Traditional

coax-cables are half-duplex only

25single broadcast-medium cable (coax) or repeater/hub interconnected

26and will never encounter collisions at all if configured correctly

Üblicherweise bridges/switches empfangen eine ganzen frame/Rahmen und schicken es wenn der Rahmen-Checksumme passt

Diese fügen eine gewisse Latenzzeit zu der Übertragung

Einige Bridges/switches bieten einen cut-through forwarding mode an,

Indem der Rahmen schickt sobald die Ziel-Adresse es bekommt

Diese Methode erlaubt dir eine konstante und minimale Latenzzeit.

Falls es zum einer Störung im Netz gibt, die Brücke darf fehlerhafte Rahmen in Cut through mode

Bessere Bridges lindern das Problem mit dem Fall-Back to Store and forward mode, wenn es Fehler gibt

L2 Bridging: Cut-Through vs Store-and-Forward

traditionally bridges/switches receives a whole frame and forwards it if

the frame-checksum matches

this adds a certain latency 27 to the transmission

some bridges/switches offer a cut-through forwarding mode, where

the frame is forwarded as soon as the destination-address is received

this mode allows for a constant and minimal latency

in case of line-noise, the bridge may forward defective frames in

cut-through mode

advanced bridges mitigate this problem by fall-back to

store-and-forward mode in presence of errors

27a delay, in this case dependent of the frame-length

Komplexe Lans mit vielen Bridges dürfen eine Schleife bilden, besonders wenn Übertragungsrahmen zu einem Übertragunsansturm führen.

Bessere Bridges benutzen einen Spannungsbaumprotokoll um das zu verhindern.

L2 Briding: Loops and avoidance of

complex LANs with multiple bridges may form loops 28

especially broadcast frames may lead to a (broadcast) storm

advanced bridges employ a spanning-tree 29 protocol to avoid this

28try this at home: “short-circuit” your (auto-crossover) switch by connecting a cable back-to-back

29IEE 802.3D STP Spanning Tree Protocol: an application of the Djikstra-Algorithm, we’ll study this in L3 OSPF

Nur in den Köpfen, nur numerische Zahlen. diskret. Nehmen feste Zeitpunkte und nehmen eine Messung vor, Messung
liefert eine Zahl. Folgen von Zahlen.
Qualität nimmt nie ab, sie ist immer gleich. kann man immer kopieren. Verlustfrei übertragen.

Codierung ist nicht dazu da, das Lesen zu erschweren, sondern genau das Gegenteil.

...

..

...

Alice überträg Bob das TEST.  Das Wort wird von binär übersetzt.
 

NRZ

NRZI

Manchester

Wenn Daten von einem Rechner zu einem anderen über eine serielle
Leitung (z.B. 2 Drähte) übertragen werden sollen, muss folgendes
beachtet werden:
Die Datenübertragung muss Bit für Bit geschehen
Es muss eine Methode gefunden werden, der Gegenstelle mitzuteilen,
wann die Übertragung beginnt, bzw. endet (Dafür gibt es
verschiedene Methoden: Steuerzeichen, Start/Stopp Bits)
Wenn möglich soll eine Übertragungsfehlererkennung möglich sein.
Es muss auf beiden Seiten Einigkeit betreffend der verwendeten
Codierung herrschen.

Wichtig:
taktfrequenz;clock
Flanke, Pegel, wie stell ich die Daten dar
Startsignal

Bei den bisherigen Beispielen wurde davon ausgegangen, dass die
beiden Kommunikationsseiten direkt über eine Leitung verbunden
werden können und so Basisbandübertragung möglich ist.
Wenn die Verbindung über das öffentliche Telefonnetz hergestellt
wird, dann ist eine Basisbandübertragung nicht möglich, weil keine
direkte Leitung vom Sender zum Empfänger besteht, es können nur
T¨one im Bereich 300 Hz bis 3 kHz übertragen werden.
! Einsatz von Modems notwendig

Frequenzmodulation
Amplitudenmodulation
Phasenmodulation
Kombination

Es werden zwei Frequenzen zur Darstellung einer ”0” und
einer ”1” verwendet. Die Amplitude ist konstant.

Die Amplitude wird verändert, je nachdem ob eine ”1”
oder eine ”0” übertragen wird. Die Frequenz ist konstant.

Sowohl die Frequenz wie auch die Amplitude sind konstant,
ein Phasensprung um z.B. 180 Grad kennzeichnet eine ”0” oder
eine ”1”.

Die Verfahren können auch kombiniert werden, so erhöht sich die
Durchsatzrate. In der Praxis werden z.B. in der Phasenmodulation
mehr als ein Phasensprung eingesetzt, so können jeweils mehrere
Bit übtertragen werden, z.B. ’’00’’ : 0 Grad, ’’01’’ : 90
Grad, ’’10’’ : 270 Grad, ’’11’’ : 180 Grad. Das selbe
kann auch mit der Amplitude bzw. mit den Frequenzen gemacht
werden. Bei einer vollduplex Verbindung, verwenden die beiden
Modems (Originate, Answer) dabei auf verschiedenen Frequenzen.

Die Knoten in Netzwerken können auf verschiedene Arten verbunden
werden:
Sternförmig
Bussystem
Ringförmig
Vermascht

Ein zentrales System, bei welchem sämtliche Verbindungen
zusammenlaufen. Wenn das Zentrale System ausfällt, fällt
das ganze Netz aus.

Buch:

Sind alle Rechner mit einem Zentral-Rechner oder einem Vermittlungssystem verbunden. Der Zugang zum Netz erfolgt meist unter Kontrolle der Zentrale durch polling. Dabei befragt die Zentrale die angeschlossenen Systeme der Reihe nach, ob Sendewünsche vorliegen und erfollt diese gegebenfalls.

Nachteile:

-der Ausfall des gesamten Netzes, wenn die Zentrale ausfällt

-die Überlastung der Zentrale, wenn alle Stationen sendewillig sind

-die Notwendigkeit, alle Stationen mit der Zentrale zu verbinden

Alle Knoten sind an ein gemeinsames Medium angeschlossen.
Die Daten passieren jeden Knoten, der Zugriff auf den Bus
ist nicht synchronisiert.

Buch: Es sind alle Stationen an ein gemeinsames passives Medium angeschlossen, zum Beispiel an ein Kupferkoaxialkabel. Jeder angeschlossene Rechner besitzt eine Netzwerkkarte mit einer eindeutigen Adresse. Sendet ein Teilnehmer Daten auf das Netz, so können diese im Prinzip von allen Teilnehmern belauscht werden. Ist diese Sendung jedoch nur für einen bestimmten Rechner bestimmt, so wird sie nur von der Netzwerkkarte mit der richtigen Adresse an das Betriebssystem des zugehörigen Rechners weitergeleitet.

Da eine zentrale Instanz fehlt, ist der Zugriff auf das Netz nicht so leicht zu organisieren wie im Fall des sternförmigen Netzes.

Verkabelung einfach und Netz relativ ausfallsicher.

Jeder Knoten ist mit zwei Nachbarknoten verbunden. Ein
”Token” wird im Ring rumgereicht, nur derjenige Knoten der
das Token hat, darf auf den Bus senden

Buch: Ist jeder Rechner mit dem folgenden verbunden, bis sich am Ende der Kreis wieder schliesst. Die Übertragung von Nachrichten erfolgt durch ein Weiterleiten der Nachricht, immer in einer bestimmten Richtung

Nachteil ist dass das Netz unterbrochen wird, wenn nur eine angeschlossene Station ausfällt. Lässt sich beheben durch einen schaltungstechnischen Trick. Die Stationen sind an das Netz über einen Schalter angeschlossen, der im Ruhestand direkt den Eingang mit dem Ausgang verbindet. Wenn eine angeschlossene Station funktionsfähig ist, wird der Schalter durch ein Signal umgelegt.die Station ist an das Netz angebunden.Sobald dieses Signal entfällt,wird der Schalter automatisch zurückgestellt.

Netzzugriff nicht ganz einfach zu regeln und wird mit einer Berechtigungsmarke (token) betrieben.

Vorteil: einfach Verkabelung. Es brauchen nur Punkt-zu Punkt-Verbindungen zwischen benachbarten Stationen gelegt werden.

können ziemlich gross sein.

Jeder Knoten ist mit einer Anzahl Nachbarknoten verbunden,
es führen verschiedene Wege von einem Knoten zu einem
anderen (Redundanz).