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IEEE 802.3 Physical‐Layer• 100BASE‐T‐Alternativen (Fast‐Ethernet)
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐ Lokale Netze 42
100BASE‐TX 100BASE‐TX 100BASE‐FX 100BASE‐T4
Medium 2 Paar STP 2 Paar Category 5 UTP
2 Optische Leitungen
4 Paar Category 3, 4oder 5 UTP
Signalisierung MLT‐3 MLT‐3 4B5B, NRZI 8B6T, NRZ
Topologie Star Star Star Star
Datenrate 100 Mbps 100 Mbps 100 Mbps 100 Mbps
Max. Segmentlänge 100 m 100 m 100 m 100 m
Netzausdehnung 200 m 200 m 200 m 200 m
MLT‐3 – ein ternärer Code, der ungewünschte elektromagnetische Emissionen vermeidet. Dazu wird Energiekonzentration des Signals im verlauf der Übertragung um 0 Volt gemittelt. (siehe nächste Folie)4B5B – was war das noch mal? siehe Folien zur Verbindungsschicht8B6T – ein Signal‐Encoding, welches 8 Bit auf 6 ternäre Symbole mapped(keine weiteren Details hier)
Ergänzung: MLT‐3
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(ein Beispiel für ein ternäres Encoding)
Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004
Vermeiden von langen Symbolfolgen ohne Änderung wird mittels Scramblingerreicht (siehe folgende Folie).
Ergänzung: Scrambling
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Scrambling am Beispiel: die Eingabe‐Bits Am werden wie folgt in Ausgabe‐Bits Bm berechnet:
Bm = Am Bm‐3 Bm‐5
Die ursprüngliche Sequenz bestimmt man wiederum durch:Cm = Bm Bm‐3 Bm‐5
In der Tat:
Beispiel:101010100000111 wird zu 101110001101001
IEEE 802.3 Physical‐Layer• Gigabit‐Ethernet: 1Gbps‐Verbindungen• Beispielkonfiguration:
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐ Lokale Netze 45Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004
IEEE 802.3 Physical‐Layer• Gigabit‐Ethernet‐Erweiterungen zu CSMA/CD, wenn kein Switching verwendet
– Carrier‐Extension (schnellere Übertragung erfordert für CD längere Pakete)– Frame‐Bursting (mehrere Pakete unmittelbar hintereinander, anstatt CSMA/CD pro
Paket)
• Medien‐Optionen:
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐ Lokale Netze 46Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004
Signaling: 8B/10B
Signaling: 4D‐PAM5Signaling: 8B/10B
IEEE 802.3 Physical‐Layer• 10‐Gigabit‐Ethernet Optionen
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Signaling: 64B/66B
Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004
IEEE 802.3 Physical‐Layer• 100‐Gigabit‐Ethernet‐Optionen (IEEE802.3ab)
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40 Gbps 100Gbps
1m Backplane 40GBASE‐KR4
10 m Copper 40GBASE‐CR4 100GBASE‐CR10
100 mMultimode fiber 40GBASE‐SR4 100GBASE‐SR10
10 km Single Mode Fiber 40GBASE‐LR4 100GBASE‐LR4
40 km Single Mode Fiber 100GBASE‐ER4
Copper: K=backplane; C= cable assemblyOptical: S = Short‐Reach (100m); L = Long‐Reach (10km); E = Extended‐Long Reach (40km)Coding‐Scheme: R = 64/66B block codingFinal Number: number of lanes (copper wires or fiber wavelengths)
Wireless LAN Typen
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐ Lokale Netze 51Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004
Infrastructure Wireless LAN
Ad Hoc LAN
Single‐Cell Multiple‐Cell
Single‐Hop Multi‐Hop
LAN Kategorien• Spread‐Spectrum‐LAN (2,4 GHz ISM‐Band)• OFDM‐LAN (2,4 GHz oder 5 GHz ISM‐Band)• Infrarot‐LAN
• Bemerkung: ISM‐Band– ISM = Industrial, Scientific and Medical– Regulierungsbehörden– Freie Frequenzbänder; dennoch Vorgaben, z.B.:
• Abgestrahlter Leistung• Modulation etc.
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IEEE 802.11 Standards
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Standard Anwendungsbereich
IEEE 802.11 Medium access control (MAC): ein gemeinsamer MAC für WLAN‐Anwendungen
Physical‐Layer: Infrarot bei 1Mbps und 2Mbps
Physical‐Layer: 2,4GHz FHSS bei 1Mbps und 2Mbps
Physical‐Layer: 2,4GHz DSSS bei 1 Mbps uns 2Mbps
IEEE 802.11a Physical‐Layer: 5GHz OFDM bei 6 bis 54Mbps
IEEE 802.11b Physical‐Layer: 2,4GHz DSSS bei 5,5Mbps und 11Mbps
... ...
IEEE 802.11g Physical‐Layer: Erweiterung von 802.11b auf >20Mbps
... ...
IEEE 802.11n Physical/MAC: Aufwertung für mehr Durchsatz
... ...
WiFi‐Alliance: (Wireless‐Fidelity‐Alliance) Industriekonsortium mit einer Test‐Suite, die die Interoperabilität von 802.11b‐Produkten unterschiedlicher Hersteller zertifiziert. Wurde auch auf 802.11g erweitert. (Wi‐Fi5: Zertifizierungsprozess für 802.11a)
802.11‐Architektur
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐ Lokale Netze 54Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004
(Extended‐Service‐Set (ESS) stellt sich dem LLC als ein einziges logisches LAN dar)
802.11‐MAC
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Zugriffsmethoden: Data‐ACK‐Zyklus oder optional RTS‐CTS‐Data‐ACK
CSMA (kein CD, da dies bei drahtloser Kommunikation nicht realisierbar ist)
Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004
P
802.11‐MAC: DCF
• CSMA mit Binary‐Exponential‐Backoff– Bei freiem Medium wird ein Inter‐Frame‐Space gewartet und dann geschaut,
ob das Medium immer noch frei ist– Ermöglicht Zugriffspriorisierung. Hier konkret: SIFS, PIFS und DIFS
• SIFS wird verwendet für ACK, CTS, Poll‐Response (gehört zur PCF)• PIFS wird verwendet für weitere Polling‐Nachrichten (gehören zur PCF)• DIFS wird verwendet für gewöhnlichen asynchronen Verkehr
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐ Lokale Netze 56Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004
802.11‐MAC: PCF
• Knoten werden von einem Point‐Coordinator per Round‐Robin „gepollt“.
• Super‐Frame besteht aus PCF‐ und DCF‐Anteil, damit bei dauerhaftem PCF‐Verkehr auch noch der DCF‐Verkehr möglich ist
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐ Lokale Netze 57Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Seventh Edition, 2004
Polling‐Beispiel
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐ Lokale Netze 58Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Ninth Edition, 2011
802.11a, 802.11b, 802.11g und 802.11n
• 802.11b verwendet DSSS mit derselben Chipping‐Rate (11MHz) wie in 802.11 DSSS festgelegt. Zur Erhöhung der Datenrate wird ein verbessertes Modulationsschema verwendet (Complementary‐Code‐Keying (CCK); keine weiteren Details hierüber in dieser Vorlesung)
• 802.11a verwendet OFDM anstatt DSSS. Dieses und die Kombination aus Modulationstechnik (Alternativen: BPSK, QPSK, 16‐QAM oder 64‐QAM) und Faltungs‐Codes (keine weiteren Details hier) verbessern den Datendurchsatz gegenüber 802.11b deutlich.
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802.11a 802.11b 802.11g 802.11nPeak‐Datendurchsatz 23Mbps 6Mbps 23Mbps 60Mbps (20MHz‐Kanal)
90Mbps (40MHz‐Kanal)Peak‐Signalisierungsrate 54Mbps 11Mbps 54Mbps 124Mbps (20MHz‐Kanal)
248Mbps (40MHz‐Kanal)RF‐Band 5GHz 2,4GHz 2,4GHz 2,4GHz oder 5GHzKanalbandbreite 20MHz 20MHz 20MHz 20MHz oder 40MHzAnzahl Streams 1 1 1 1,2,3 oder 4
802.11a, 802.11b, 802.11g und 802.11n
• 802.11g arbeitet im selben Frequenzband wie 802.11b und somit sind Geräte aus b oder g zueinander kompatibel. Bei niedrigen Raten arbeitet 802.11g mit denselben Modulationen wie 802.11b. Für höhere Rate wird OFDM (wie auch für 802.11a) verwendet.
• 802.11n erreicht die angegebenen extrem hohen Datenraten mittels– Verbesserungen bzgl. Radio‐Übertragung; insbesondere: Channel‐Bonding (Zusammenfassen von zwei
20MHz Kanälen für doppelte Kanalkapazität)– MAC‐Verbesserungen; insbesondere Aggregation von MAC‐Frames, die nur einmal bestätigt werden
müssen– und einer MIMO‐Antennenarchitektur...
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802.11a 802.11b 802.11g 802.11nPeak‐Datendurchsatz 23Mbps 6Mbps 23Mbps 60Mbps (20MHz‐Kanal)
90Mbps (40MHz‐Kanal)Peak‐Signalisierungsrate 54Mbps 11Mbps 54Mbps 124Mbps (20MHz‐Kanal)
248Mbps (40MHz‐Kanal)RF‐Band 5GHz 2,4GHz 2,4GHz 2,4GHz oder 5GHzKanalbandbreite 20MHz 20MHz 20MHz 20MHz oder 40MHzAnzahl Streams 1 1 1 1,2,3 oder 4
Was bedeutet MIMO?
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐ Lokale Netze 61Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Ninth Edition, 2004
Schlussbemerkung: Distanz versus Datenrate
SS 2012 Grundlagen der Rechnernetze ‐ Lokale Netze 62Bildquelle: William Stallings, „Data and Computer Communications“, Ninth Edition, 2004
Zusammenfassung• Skalierbarkeit in LANs
– Kollisionsdomäne klein halten– Idealerweise automatische Konfiguration von Netzknoten (z.B. Learning‐Bridges)
– Umgang mit Dynamik
• Bedarf für drahtlose LANs• Angestrebte Transparenz• Striktes Layering kann aber nicht immer eingehalten werden (Beispiel: VLANs und Inspektion von IP‐Paketen)
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Lokale Netze 64SS 2012
Literatur• William Stallings, „Data and Computer Communications“, Ninth Edition, 2011– 15.2 LAN Protocol Architecture– 15.3 Bridges– 15.4 Hubs and Switches– 15.5 Virtual LANs– 16 Ethernet– 17 Wireless LANs
• Larry L. Peterson and Bruce S. Davie, „Computer Networks: A Systems Approach“, 2007– 3.2.2 Spanning Tree Algorithm
Grundlagen der Rechnernetze ‐ Lokale Netze 65SS 2012