LAN

• Topologie: Netzwek-Struktur, wie die Knoten vebunden sind
• Knoten: Stationen in einem Netzwerk

Topologie

• Bus: Knoten passiv an Übertragungsmedium angeschlossen
• Linien: Zwei benachbarte Knoten verbunden. Beliebt in der Automaiton. Keine Ausfalltoleranz.
• Ring: Linientopologie mit verbundenen Enden. Redundant. Endlos-Schlaufen müssen verhindert werden. Doppel-Ring für hohe Verfügbarkeit.
• Stern: Zentraler Verteiler (Hub, Switch). Entkoppelt Knoten. Single Point of Failure.
• Baum: Hierarchische Sterntopologie.

Übertragungsart

• Unicast: Sende an genau einen Knoten. Paket mit Adresse des Empfängers. Belastet alle anderen nicht.
• Broadcast: Sende an alle Knoten.
• Multicast: Sende an Gruppe. Management der Grupper erfordert Hilfsprotokoll.

IEEE 802.3 (Ethernet)

[Bitrate in Mbin/s]-[Base-/Broadband]-[Codierung des Mediums] => 100-BASE-T heisst 1GBit/s Ethernet mit Basisband-Kanalcodierung und Twisted Pair-Kabeln.

Shared Ethernet

Leitungscodierung

Manchester-Code: Taktrückgewinnung, gleichstromfrei, nicht eindeutig bei 0-, 1-Folgen deshalb Bitsync mit Preamble, SDF.

CSMA/CD Zugriffsverfahren

keine zentralen Kontrollelemente, jeder Knoten autonom

Senden ohne Kollision

Warten bis Kanal frei, dann Preamble und SFD. Bei Kollision überlagern sich Signale und sind erkennbar an höherem Signalpegel

Empfang ohne Kollison

Physical-Layer sync Preablme mit Datalink-Layer und wird zum Empfangsknoten.

Senden mit Kollision

Bei Kollision (gleichzeitiger Sendestart) wird ein Jam-Signal (32Bit) gesendet damit die Prüfsume am Ende falsch ist. Neuer Versuch bestimmt durch Binary Exponential Backoff. Wartezeit ist vielfaches der Slot-Zeit (512 Bitzeiten).

Ethernet-Frame

Preamble (7B), Start Frame Delimiter SDF (1B) => Auf Physical-Layer, 1-0-Bitfolge mit 1-1-Bits am Ende

Frame (64-1518B)

• Dest Address (6B), Src Address (6B) => 6 Byte ANSI-Adresse in Hex, Organizationally Unique Identifier (OUI) je nach Herstellerfirma, restl. 24Bits Laufnummer. I/G-Bit bei Src muss 0 sein.

  • I/G (Erstes Bit) => 0 -> Individual (MAC-Adr. für Geräte), 1 -> Group (Multi-, Broadcast)
  • U/L (Zeites Bit) => 0 -> Universally- , 1 -> Locally Administrated Address

• Lenght/Type (2B)

  • <= 1500 effektive Anzahl Bytes in Data
  • >= 1536 Protokoll im Datenfeld (Normalfall)
• Data (46-1500B) => Nutzdaten, Padding mit Nullbytes bei weniger als 46B Datenmenge
• Frame Check Sequence FCS (4B) => CRC32 Checksum

Interpacket Gap IPG (12B) => Auf Physical-Layer, mind. 96Bit-Zeiten, min. Abstand zwischen Frames

Repeater

• Lösung für Limitierung durch Dämpfung
• Segmente koppeln mit bidirektionaler Signalverstärkern (Repeater)
• Empfängt und sendet Daten weiter, nur Physical Layer
• Amplitude, Preamble, Flanken, Jitter wird restauriert
• Hub (deu. Mittelpunkt) = Multiport Repeater
• Ausgabe von Jam-Signalen bei Kollision
• Signalunterdrückung nach 5ms Sendezeit (Jabber Suppression)

• Begrenzung der Anzahl Repeatern

  • Round Trip Delay, Kollisionerkennung während dem Senden
  • Interpacket Gap Shrinkage, IPG wird kleiner beim wiederholen

• Collision Domain: Bereich in der Kollision erkannt werden kann, max. hald so gross wie die Ausdehnung des kürzesten Frames.

  • Late Collision: wenn nicht bemerkt das Ausdehnung zu gross

Bedingung für die Erkennung einer Kollision: $t_{frame} > 2*t_{transfer}$.

Maximale Ausdehnung eines Segments:

$t_{frame} = \frac {Framesize_{min}} {Bitrate}$ und $t_{transfer} = \frac {d_{max}} {C_{Medium}}$

nach $d_{max}$ auslösen:

$d_{max} < \frac12 \frac {Framesize_{min}} {Bitrate} * C_{Medium}$

Mit Repeater:

$t_{frame} > 2*(\sum t_{transfer} + \sum t_{forwarding})$