Datenkommunikation Mitschrift der Vorlesung von Prof. Soceanu WS 2001/2002 (Als Ergänzung werden die verteilten Folien-Kopien und folgende Unterlagen empfohlen: 3Com-Layer3-Switches 3500 Routingtable DNS-Vortrag Manchester Encoding for Dummies Protokollkapselung Ethernet Protokollkapselung HDLC Protokollübersicht Protokollvergleich WAN Routing Protocol Overview )
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Systemverwaltung unter UNIX 2004-mfg BF1... · 2. Philip Miller: "TCP/IP explained“, Digital Press 3. A. Tannebaum: "Computernetzwerke“, Prentice Hall 4. "c’t – magazin für
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Datenkommunikation Mitschrift der Vorlesung von
Prof. Soceanu WS 2001/2002
(Als Ergänzung werden die verteilten Folien-Kopien und folgende Unterlagen empfohlen:
1. Fred Halsall: "Data Communications, Computer Networks and Open Systems“, Addison-Wesley 2. Philip Miller: "TCP/IP explained“, Digital Press 3. A. Tannebaum: "Computernetzwerke“, Prentice Hall 4. "c’t – magazin für computer technik“, Verlag Heinz Heise 5. "Computer Magazine: Innovative Technology for Computer Professionals“, IEEE Computer Society Hinweis
Am rechten Rand des Skripts sind die für das Thema relevanten Seiten im Buch „Data Communications ...“ 1) mit H und die zugehörigen Soceanu-Folien mit F gekennzeichnet. Inhalt
ISO Insitute for Standard Organisation OSI Open System Interconnection 2.1 7-Schichten-Modell (1977)
• Schichten • Protokolle zwischen den Schichten • Schnittstellen zwischen den Schichten 2.2 Standards
ISO 8802/3 Fertiger Standard für CSMA/CD ( = Ethernet 10MBit/s) ISO 8802/5 Token Ring 16 MBit/s ISO 8802/4 Token Bus ISO 8802/2 Data Link ISO 8348 Netzwerke, verschiedene Variationen ISO 8072/3 Transport, verschiedene Variationen ISO 8326/7 Session, verschiedene Variationen ISO 8822/3 Präsentation, verschiedene Variationen ISO/DP Draft Proposal ISO/DIS Draft for Internation Standard 2.3 Verbindung zwischen den Schichten
PDU = Protocol Data Unit PCI = Protocol Control Information SDU = Service Data Unit
Auf jeder Seite wird ein Timer gestartet und ein Wiederholzähler geführt. Nach jeder Sendung wird auf Bestätigung gewartet, d.h. SEND-STOP-WAIT Implementierungsbeispiele:
BSC = Binary Synchrone Communication (IBM) MSV1 = Binary Synchrone Communication (Siemens) DDCMP = Binary Synchrone Communication (Digital)
b) Automatic Countinous Request
1. Selective Repeat
Mehrere Blöcke werden nacheinander gesendet ohne auf Bestätigung zu warten. Nach einer vereinbarent Anzahl Blöcke wird für fehlende oder fehlerhafte Blöcke ein NAK gesendet, worauf hin diese wiederholt werden. Sind alle Blöcke angekommen, wird mit ACK
Mehrere Blöcke werden nacheinander gesendet ohne auf Bestätigung zu warten. Stellt der Empfänger fest, dass ein Fehler aufgetreten ist oder ein Block fehlt, hört er auf zuzuhören. Nach der vereinbarten Anzahl Blöcke wird für den zuletzt fehlerfrei erhaltenen Block ein ACK gesendet. Die ACK-Meldung des zuletzt erhaltenen Blocks bestätigt. Alle Blöcke, die vorher gesendet wurden, sind implizit bestätigt. Fehlende Blöcke werden darauf hin nochmals gesendet.
Bevorzugte Methode, da heute Übertragungen größtenteils fehlerfrei sind.
Frage: Wieviele Blocke sollen auf einmal gesendet werden? Lösung: Steuerung von Datenübertragungsfluss mittels Steuerungsparametern ⇒ Flusskontrolle 2.7.3 Flusskontrolle
Prinzip: • auf beiden Seiten müssen Puffer reserviert werden • die Anzahl der Blöcke, die ohne Bestätigung gesendet werden sollen, muss festgelegt
werden (=Window Size, Fenstergröße) • die Fenstergröße wird vor der Datenübertragung zwischen beiden Partnern
ausgehandelt Da die Fenstergröße variiert, wird das ganze auch „Sliding Window“ genannt. Es gibt eine maximale Fenstergröße, die nicht überschritten werden darf. Für jeden übertragenen Block wird eine Nummer (kleiner als die maximale Fenstergröße) vergeben.
• Allgemeine Eigenschaften: • Halb Duplex • Punkt-zu-Punkt und Multipunkt-Verbindung • Master-Slave: Initiative zur Datenübertragung liegt immer auf der Master-Seite
• Synchronisation: Punkt-zu-Punkt und Multipunkt-Verbindung (MSV2, KMSV)
Darstellung der Protokoll-Spezifikation:
Fehler-Varianten:
1. STX kommt nicht an 2. TXT kommt nicht oder falsch an 3. EXT kommt nicht an 4. BCC kommt nicht oder falsch an
Nachteile von MSV1:
• Performance wegen STOP & WAIT (≈ 50%) • Informationen bzgl. der Art des Fehlers im Fall von NAK oder ENQ fehlen • Master-Slave-Konzept (die Slaves können die Initiative nicht ergreifen)
3.4 DDCMP
Digital Data Communication Protocol Eigenschaften:
count: Anzahl der Zeichen innerhalb des DATA-Feldes ⇒ max. 16 KB Daten Sliding Window: max. 255 Received Nr.: Positive Bestätigung des zuletzt korrekt empfangenen Datenblocks Transmittion Nr.: Sendelaufnummer (fortlaufende Nummer der Datenblöcke) Flags: QS
Q: 1 → nach Blockende folgen SYN-Zeichen (dient zur Synchronisation)
S: Select Bit. Die Empfangsstation wird zur Antwort aufgefordert. Die Sendestation wartet so lange.
Primary: Übernimmt die Kontrolle der Verbindung. Primary Station sendet „Commands“ an die Secondary Station und erhält „Responses“.
Secondary: agiert wie ein Slave. antwortet mit Responses auf Primary Commands übernimmt keine Verantwortung für die Kontrolle der Verbindung
Combined: Sendet und erhält sowohl Commands als auch Responses. Eine Combined Station hält nur mit einer anderen Combined Station Verbindung.
2) Operationsmodi
SNRM (Set Normal Response Mode) Secondary Station darf nur dann senden, wenn sie die entsprechende „Erlaubnis“ von der Primary Station erhalten hat, d.h. Primary muss Secondary pollen.
SARM (Set Asynchronous Response Mode) Secondary Station darf ohne Primary-Erlaubnis senden, d.h. Primary pollt Secondary nicht. Dadurch im Prinzip effektiver.
SABM (Set Asynchronous Balanced Mode) Verwendet für Combined Station, die ohne Erlaubnis der Partner-Combined-Station senden darf.
3) Konfigurationen
Unbalanced (UN = Unbalanced Normal) Punkt-zu-Punkt oder Multipunktverbindung Primary ist verantwortlich für die Festlegung des Operationsmodus
Symmetrisch (UA = Unbalanced Asynchronous) jede Station enthält zwei logische Teile; Primary und Secondary jedes Teil steht mit dem Partnerteil in Form von Punkt-zu-Punkt, unbalanced Konfiguration, in Verbindung die Information wird multiplexiert gesendet
Balanced (BA = Balanced Asynchronous)
Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen zwei Combined Stations die Combined Stations haben den gleichen Status und können jederzeit den Informationstransfer initiieren jede Station hat eine ähnliche Verantwortung für die Überwachung/Steuerung der Verbindung
HDLC-Varianten
1. LAP (Link Access Protocoll) unterstützt unabhängigen Modus (SARM) vor der Verbindung wird folgende Kommunikation ausgeführt: SARM mit UA Festlegung einer Primary und Secondary Station ist nötig
2. LAPB (LAP Balanced)
3. LLC (IEEE 802.2 / ISO 8802.2)
4. LAPD (LAP, D-Channel) verwendet in Verbindung mit ISDN
Rolle: Steuermechanismus für Übermittlung von Daten-Frames
Funktion:
• Auf- und Abbau der Verbindung zwischen DEEs und DÜEs • Fhlerkontrolle mittels Frameüberprüfung • Fehlerkorrektur von fehlerhaften Frames • Weitermelden von nicht korrigierten Frames zur nächst höheren Ebene • Übertragung mit voller Datentransparenz
X.25 Ebene 3
Rolle: Mechanismus für Auf- und Abbau der Verbindung sowie Regeln für das betreiben der virtuellen Verbindung
Funktionen: • Auf- und Abbau von gewählten virtuellen Verbindungen • Bereitstellung von permaneten virtuellen Verbindungen • Multiplexen der physikalischen Leitung in bis zu 4096 logische Kanäle • Flusskontrolle getrennt für jeden Kanal • Fortlaufende Nummerierung der Datenpakete zur Sicherstellung der korrekten
Reihenfolge beim Empfänger • Möglichkeit zur Unterbrechung des normalen Datenflusses
Min.: 64 Byte Max.: 1518 Byte MAC-Adressen: X X X Y Y Y (weltweit eindeutig) X: firmenspezifisch Y: kartenspezifisch Type: ID des Protokolls, das unmittelbar über Ethernet läuft (z.B.: IP = 0800H)
b) CSMA/CD
Da das Feld, in dem bei Ethernet Format der Protokolltyp des übergeordneten Layers stand, jetzt für die Länge des Datenblocks verwendet wird, wurde der Data-Link-Layer in zwei Sublayers aufgeteilt: MAC und LLC. Im LLC-Layer ist nun u.a. der fehlende Typ vermerkt. LLC-Header: (LLC = Logical Link Control Protocol (IEEE 802.2))
DSAP: Destination Service Access Point SSAP: Source Service Access Point
Architektur zusätzlich zu MAC-Layer: • Reconciliation • PCS (Physical Coding Sublayer) • PMA (Physical Medium Attachment) • PMD (Physical Medium Dependent)
§ Fiber PMD (Standard: 100 Base Fx) § TP PMD
- Kabel Kat. 3 (Standard: 100 Base T4) - Kabel Kat. 5 (Standard: 100 Base Tx)
Falls 10/100 Mbit Unterstützung vorhanden, ist zusätzlich der Layer „Autonegotiation“ vorhanden. Nur für 10 Base T, 100 Base Fx und 100 BaseT4 müglich. Eigenschaften:
Fast Ethernet Ethernet Geschwindigkeit 100 Mbit/s 10 Mbit/s Gap 0,96µs 9,6µs Bit Time 10µs 100µs Slot Time 512 Bit 512 Bit Back-Off-Limit 10 10 Max. Frame Size 1518 1518 Min. Frame Size 64 64 Topologie Stern Bus, Stern Kabel UTP/STP/LWL Koax./UTP/LWL Max. TP Kabellänge
Varianten: • 4 MBit/s • 16 MBit/s mit Early Token Release • Single Ring • Multi Ring
Toplogie:
Alle Stationen sind sternförmig mit dem Ringleitungsverteiler (Multistation Accesss Unit = MAU) verbunden.
Da die Stationen im Ring, im Gegensatz zum Bussystem, aktiv verbunden sind, gibt es ein Relay innerhalb des Ringleitungsverteiler, um die Übertragung der Daten im Ring permanent aufrecht zu erhalten. Ein Anschluß am Verteiler kann in einem von zwei Zuständen sein:
• Bypass Mode • Inserted Mode
Frame-Format Single Ring:
AC = Access Control P P P T M R R R
P = Prioritätsbits T = Tokenbit M = Monitorbit (Stempelbit) R = Reservierungsbits
FC = Frame Control MAC-Frame für Control LLC-Frame für Datenübertragung
DA, SA
Hardware-Adressen (MAC-Adressen) ED = End Delemiter J K 1 J K 1 I E E = Fehlererkennungsbit
Empfänger prüft FCS-Feld falls FCS-Error dann E-Bit setzen, d.h. Fehler bei der DÜ, Fehlerkorrektur auf Ebene 2 empfangenen Frame weitersenden (wird immer gemacht)
FS = Frame Status A C x x A C x x
A = Adresserkennungsbit (Die adressierte Station wurde erreicht) C = Frame-Kopier-Bit (Die adressierte Station hat den Frame
ordentlich kopiert)
d.h. A und C Bits dienen der Fehlerüberwachung auf dem Ring
Discovery Frames stellen den optimalen Weg zwischen Sender und Empfänger fest (Anzahl Ringe, Anzahl Bridges). Alle Discovery Frames neinhalten Informationen über den Weg zwischen Sender und Empfänger (Anzahl Ringe, Anzahl Bridges). Diese Prozedur nennt man „Source Routing“.
Management-Modul:
• Ring Error Monitor • Network Manager • Ring Parameter Server
4.3.2 Token Bus
angeblich nicht mehr relevant 4.4 Logical Link Control (LLC)
(Folie 1-50ff) Prinzip:
• Sublayer der Data-Link-Ebene • LLC realisiert eine Unabhängigkeit der höhreren Protokoll-Schichten vom Medium-
Zugriffsverfahren Arbeitsmodi:
• LLC Typ 1: verbindungslos ohne Bestätigung • LLC Typ 2: verbindungsorientiert mit Bestätigung • LLC Typ 3: verbindungslos mit Bestätigung
Maske: Spezifiziert, welcher Teil der Adresse die Netzwerk-Adresse ist und welcher Teil die Host-Adresse. Dieser Teil ist sehr wichtig für den Router, der Netzwerk-Adresse identifizieren muss, um Informationen weiterleiten zu können.
Bemerkungen zu Bridges: • eine Bridge verbindet zwei Netzwerksegmente • Broadcasts werden weitergeleitet • dient zur Entlastung von Segmenten, da nur Meldungen an Empfänger im anderen
Segment durchgelassen werden • die Bridge lernt die Struktur des Subnetzes selbständig • benutzt Aging-Verfahren: Adressen werden nur eine bestimmte Zeit gemerkt
IHL Header-Länge TOS Type Of Service (z.T. für Sonderzwecke verwendet) Total Length Länge des Datagrams in Byte (Header + Data) Indentification Frame-ID; alle Frames werden per ID am Empfänger identifiziert Flags (3 Bit); verwendet, um Fragmentierungsfunktionen zu unterstützen (siehe
Folie 2.5) Fragment Offset dient auch der Fragmentierung TTL Time To Live. Anzahl der Router (Hops), die passiert werden dürfen. Auch
für die Überprüfung der Route von Meldungen verwendet (trace route). Protocol ID des ummittelbar höheren Protokolls 5.1.3 Adress-Klassen
(32 Bit bzw. IPv4) Unterteilung in vier Klassen:
• Class A • Class B • Class C • Class D (Muslticast) Der Bereich 10.x.x.x ist für Testzwecke vorbehalten. Aufbau Subnet Masking Namensauflösung mittels DNS (dns-vortrag.pdf)
Distance-Vector-Konzept Link-State-Konzept Vergleich zwischen Distance Vector und Link Routing LAN-to-WAN-Routing Routing zwischen verschiedenen Lower Layers
5.1.4.1 Das ICMP-Protokoll
5.1.4.2 Routing Algorithmen
Information wird von Router zu Router mittels RIP-Protokoll ausgetauscht
Port-Nr. + IP-Adresse = Socket TCP: Transmission Control Protocol
gesicherte Datenübertragung, d.h. Übertragung mit Bestätigung Fehlerkontrolle Flusskontrolle (Window)
UDP: User Datagram Protocol ungesicherte Datenübertragung
Schlussfolgerung: UDP sollte schneller als TCP laufen
Verbindungsaufbau: 3-way-handshake Verbindungsabbau: 3-way-handshake Werden in einem Frame Daten übertragen, so ist ACKn = SEQn-1 + #Datenbytesn. Werden keine Daten übertragen, so ist ACKn = SEQn-1 + 1.