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Netzwerke Einführung Teil III
Übertragungsmedien, Strukturierte Verkabelung, Aktive Netzkomponente


Übertragungsmedien

UTP (Unshielded Twisted Pair)

Vorteile:
  • Geringer Außendurchmesser
  • Durch Fehlende Schirme und deshalb einfach zu verarbeiten und preisgünstiger
UTP Kabel haben im industriellen Bereich oder in der Datentechnik mit hohen Datenraten nichts verloren

FTP (Foiled Twisted Pair)

  • Neue Bezeichnung U/FTP
  • Adernpaare sind mit einem metallischen Schirm (meist eine Aluminium kaschierte Kunststofffolie) umgeben
  • Bei Schirmung jeweils eines paares spricht man von PiMF (Paar in Metallfolie)
  • Umfasst der Schirm 2 Paare spricht man von ViMF (Vierer in Metallfolie)

S/FTP, F/FTP oder SF/FTP

  • Neue Bezeichnung :
    • S/FTP (Geflecht)
    • F/FTP (Folie)
    • SF/FTP (Geflecht und Folie)
    • SF/FTP wie FTP, aber zusätzlich metallische Gesamtschirmung um die Leiterbündel

Schirmung

  • Kann als Folie oder als Drahtgeflecht oder aus beidem zusammen ausgeführt sein
  • F steht für Folienschirm
  • S für Kupfergeflechtschirm
  • Bedeckungsgrad des Geflechts sollte über 30% liegen, damit niedrige Frequenzen gut abgeschirmt werden
 

Standards

CAT 1 – Kategorie 1

  • Max. Betriebsfrequenz bis 100khz
  • Ungeeignet für Datenübertragung
  • Sprachübertragung (Telefon)

CAT 2 – Kategorie 2

  • Max. 1 oder 1,5 khz
  • Einsatzgebiet: Hausverkablung ISDN (Integrated Service Digital Network)– Primärmuliplexanschluss (zeitversetztes Senden über ein Anschluss)
  • Zertifiziertes UTP Kabel für die Datenübertragung mit bis zu 4Megabit pro Sekunde (Mbit/s)
  • Verfügt über 4 verdrillte Leitungspaare

CAT 3 – Kategorie 3

  • Standard in den Amerikanischen Telefonverkablung und wird fast nur dort eingesetzt
  • Nicht abgeschirmtes Twisted Pair (UTP)
  • Max. 16Mhz
  • Übertragung bis zu 16Mbit/s / ISDN tauglich
  • 10Mbit Ethernet (10BaseT) kann problemlos auf CAT-3 betrieben werden
  • 100BASET4 ermöglicht 100Mbit/s auf bestehenden Kategorie 3 Installationen wobei alle vier Adernpaare verwendet werden
  • 100BaseT4 außerhalb America keine Verbreitung

CAT 4 – Kategorie 4

  • Verbessertes CAT 3  Kabel
  • Erhöhung von 16Mbit/s auf 20Mbit/s
  • Durch CAT 5 schnell abgelöst
  • Spielt außerhalb der USA keine Rolle

CAT 5 – Kategorie 5

  • Haben den höchsten Verbreitungsgrad
  • Für Signalübertragung mit hohen Transferraten
  • Max 100MHz
  • Hohe Signalfrequenzen erfordern Sorgfalt bei Verlegung und Montage
  • Wird bei Fast- oder Gigabit Ethernet verwendet
  • Die hat die weite Verbreitung 1000BASE-T (Gigabit Ethernet) gefördert, da hierzu lediglich eine CAT-5 benötigt wird

CAT 6 – Kategorie 6

  • Für sehr hohe Datenübertragungsraten
  • Max. 250 MHz
  • Bei größeren Längen leidet die Übertragungsgeschwindigkeit
  • Einsatz, Sprach und Datenübertragung sowie Multimedia und ATM (Hochge-schwindigkeit) Netze
  • Erweitert CAT6a (500MHz) und CAT6e (600MHz)
  • Übertragungsgeschwindigkeiten bis zu 155Mbit/s

CAT 7 – Kategorie 7

  • Für 10 Gigabit Ethernet
  • 4 einzeln abgeschirmte Adernpaare S/STP innerhalb eines gesamten Schirms
  • Max. 600MHz
  • Abwärtskompatibel mit Stecker GG-45 zu RF-45, man erreicht dann höchstens CAT 6
  • Es gibt auch Stecker die bis zu 1,2GHz ausgelegt sind (TERA)

Twisted Pair

hat mehrere Vorteile gegenüber anderen Kabelarten (Koax- Glasfaser)
  • Können betriebsbereit erworben werden
  • Leicht zu installieren
  • Preiswert
Nachteile:
  • Empfindlich gegenüber elektromagnetischen Interferenzen (EMI)
  • Abhörbar
  • Mangelnde Unterstützung für Entfernung von mehr als 30Metern
  • Notwendigkeit einen HUBS wenn es für mehr als zwei Computer eingesetzt werden soll

Mischkabelsystem

  • In vielen Netzwerken können sowohl Twisted Pair als auch Koaxialkabel in Kombination mit FDDI eingesetzt werden
  • TP stockwerksintern
  • Koax- oder LWL (Licht Wellen Leiter) werden  verlegt um mehrere Stockwerke miteinander zu verbinden
  • FDDI um mehrere Gebäude miteinander zu verbinden

Glasfaser / LWL

  • Bestehen aus lichtleitenden Glas- oder Kunststofffasern
  • Werden durch modulierte Lichtimpulse übertragen
  • Mit Kunststoffkernen versehende Kabel lassen sich einfacher installieren
  • Mit Glaskern versehende Leitungen haben höhere Reichwerte
  • Multifaserkerne können im Inneren des Schutzmantels gebündelt werden
Berücksichtigt man sowohl die Material- als auch die Installationskosten, kann sich herausstellen dass Glasfaserkabel nicht teurer sind als TP oder Koaxkabel.

Multimode-Stufenindex-Faser

  • Haben ein Durchmesser von 200µm
  • Mehrere Lichtwellen werden gleichzeitig geschickt
  • An den Wänden der Faser wird das Signal hart reflektiert
  • Das Ausgangssignal wird dadurch verbreitert (je nach Einfallswinkel dauert das Signal unterschiedlich lang, weil der Weg mal länger und mal kürzer ist) und gedämpft
  • Sie werden z.B. als Verbindungskabel beim Patchfeld / Patchpanel verwendet

Multimode-Gradienten-Faser

  • Durchmesser 50µm
  • Mehrere Lichtwellen werden gleichzeitig geschickt
  • An den Wänden wird das Signal weich reflektiert
  • Wird für Verbindungen zwischen Gebäude und Etagen benutzt

Monomode-Stufenindex-Faser

  • Werden für weite Strecken eingesetzt
  • 10µm Durchmesser 
  • Hohe Bandbreite
  • Durch sie werden die Lichtwellen gerade hindurchgeleitet
Vorteile Glasfaser
  • Abhörsicher
  • Immun gegen elektromagnetische Störungen
  • Säurebeständig
  • Unterstützt sehr große Bandbreiten
  • Kann tausend mal mehr Daten verarbeiten als TP oder Koaxialkabel 
  • Kabellänge 0,25 – 2km
  • Einsatz überwiegend für Gebäudeverkabelung

Strukturierte Verkabelung / Universelle Gebäudeverkabelung (UGV)

Die strukturierte Verkabelung ist Teil der technischen Infrastruktur einer Liegenschaft und wird in primär, sekundär und tertiär eingestuft

Primärbereich

  • Der Primärbereich ist die  Verkabelung der Gebäude eines Standortes untereinander (auch Campusverkablung oder Geländeverkabelung)
  • Er umfasst die Gebäudeverteiler und die Kabel zwischen den Gebäudeverteiler (Primärkabel) eines LAN
  • Im Primärbereich sind 
    • große Entfernungen
    • hohe Datenübertragungsraten
    • geringe Anzahl von Anschlusspunkten  bestimmt

Sekundärbereich

  • ist die vertikale Verkabelung, also die Verkabelung der Stockwerke untereinander (Steigbereichverkabelung)
  • Der Sekundärbereich umfasst die Stockwerkverteiler oder Etagenverteiler (Switches) und die Kabel die vom Gebäudeverteiler (Serverraum) zu  den einzelnen Stockwerkverteilern (Sekundärkabeln) führen 
  • Verwendete Kabelarten (nach DIN) FDDI (Glasfaserkabel)
  • Max. Länge 500m

Tertiärbereich

  • Ist die horizontale Stockwerkverkabelung; die Kabel werden innerhalb der Stockwerke eines Gebäudes benutzt und wird auch als Etagenverteilung bezeichnet

Elemente / Verteilerschränke

  • Gebäude oder Etagenverteiler
  • Meist in 19“ Systemtechnik
  • Beinhalten auch oft Elemente der aktive Netztechnik (Switch, HUB) und Telefonanlagen untergebracht

Patchpanel

  • Ist ein Verteilerfeld für Kupfer und Glasfaserkabel
  • Stellen je nach benötigter Menge viele Anschlüsse zur Verfügung

Patchkabel

  • Für die Verbindung von Patchpanels
  • Häufig werden hier CAT 6 und CAT 7 Patchkabel genutzt

Anschlussdosen

  • RJ-45 Buchsen für Endgeräte

Kabel

  • Primär, Sekundär, Tertiärkabel jeweils als Kupfer- oder Glasfaserkabel

Aktive Netzkomponente

Netzwerkkarte

  • Verbindet den Systembus des Endgerätes mit dem Übertragungsmedium
  • Arbeitet auf der ersten und zweiten Schicht des OSI Modells
  • Jede Ethernet Netzwerkkarte besitzt eine weltweit eindeutige MAC (Media Access Control (CMD getmac)) Adresse, die vom Hersteller vergeben wird
  • 48Bit Code 2x3 Byte)
    (OUI = Organizationally Uniqe Identifier)
  • 3 Byte Herstellercode
  • 3 Byte Seriennummer

Repeater

  • Ist ein Signalregenerator
  • Arbeitet auf der Schicht des OSI Modell 1
  • Empfangen, aufbereiten, weitersenden
  • Rauschen wird entfernt, Signalflanken werden geschärft, Preamble aufgefrischt
  • Netzausdehnung wird erweitert
  • Unterteilen das Netz in physische Segmente
  • Logische Bus Topologie bleibt erhalten
  • Erhöhung der Ausfallsicherheit im Netz
  • Funktionieren nach der 5-4-3-Regel

Local Repeater

  • Die zwei lokale Netzsegmente miteinander verbinden

Remote Repeater

  • Die zwei räumlich getrennte Netzsegmente, über ein sogenanntes Link Segment verbinden

HUB

  • Arbeitet auf Schicht 1
  • Wird auch Multiport Repeater genannt
  • Ist in TP (Twisted Pair) Sterntopologien das Gegenstück zum Repeater bei Bustopologien
  • Bei TP Sterntopologien bleibt es logisch ein Bus
  • Keine Leistungssteigerung, da Kollisionsdomäne nach wie vor bleibt
  • Anschlüsse nennt man Ports
  • Über Uplink Ports lassen sich HUBs in Grenzen kaskadieren
  • WICHTIG: Die Round Trip Delay Time darf nicht überschritten werden
  • Wenn das Netz zu groß ist, wird die RTDT zu hoch
  • Zu viele Hubs mehr Kollisionen / unerkannte Kollisionen
  • 5-4-3-Regel muss befolgt werden
  • Im Giga Bereich werden HUBs/Repeater nicht mehr eingesetzt

Bridge

  • Die Bridge verbindet 2 Segmente auf Schicht 2 (Sicherungsschicht)
  • Kann auf der MAC Schicht und auf der LLC Schicht arbeiten
  • Heißt dann MAC Schicht oder LLC Schicht
  • Weitere Unterscheidungen ergibt sich aus der Wegermittlung von Datenpaketen in
    • Transparent Bridge
    • Source Routing Bridge
  • Alle Ports in einer Bridge arbeiten Promiscuous Mode
  • Von allen empfangenen Paketen werden die Paket-Frames überprüft und nur korrekte Frames weitergesendet
  • Im ungelernten Zustand wird jeder eingehende Frame an alle Ports gesendet (außer an dem, der den Frame gesendet hat).
  • Bridges können redundant ausgelegt werden um den Ausfall einer Bridge zu kompensieren

MAC Bridge

  • Mittels einer MAC Bridge werden Kollisionsdomains aufgeteilt
  • Dadurch werden Kollisionen vermindert 
  • Verbindet ausschließlich Netze mit gleichen Zugriffsverfahren

LLC Bridge

  • Kann Netze mit unterschiedlichen Zugriffsverfahren verbinden
  • Mittels einer LLC Bridge werden Kollisionsdomains aufgeteilt
  • Dadurch werden Kollisionen vermindert

Transparent Bridge

  • Lernfähig
  • Lernt Adressen welche MAC Adressen sind in welchem Teilnetz befinden
  • Kennt mögliche Empfänger, in dem die Absender von Paketen in den einzelnen Teilnetzen in eine interne Weiterleitungstabelle eingetragen werden
  • Absenderadressen werden laufend aktualisiert, um Änderungen sofort zu erkennen
  • Ist die besser Wahl gegenüber einer Source Routing Bridge weil diese keine Weiterleitungstabelle benutzt, diese wird aber benötigt um Informationen bereitstellen zu können

Spanning Tree Verfahren

  • Sorgt dafür das keine Pakete endlos im Kreis "kreisen"
  • Ist ein Verfahren welches Schleifen im Netzwerk unterdrückt, die mit Bridges gekoppelt sind
  • In einem Netz mit mehreren Bridges existieren zwischen Sender und Empfänger mehrere mögliche Verbindungswege
  • Die Redundanz ist erwünscht, so das sie der Sicherheit bei Ausfall einer Bridge dient
  • Bridges sollten das Spanning Tree Verfahren  nutzen, damit kommunizieren alle miteinander um den optimalen Weg zu finden
  • Und können so Netze selber ausmessen (Ping)

Switch

  • Wird auch als intelligenter HUB bezeichnet
  • Ist eine Komponente zur Verbindung mehrerer Computer bzw. Netzsegemente im LAN
  • Arbeitet auf Schicht 2 (OSI Modell)
  • Analysieren den Netzwerkverkehr, treffen logische Entscheidungen
  • Merkt sich MAC Adressen und legt dazu eine SAT (Source Adress Table) an 
  • In der SAT stehen MAC Adresse und der physikalische Port
  • Es gibt zwischen 4 und 48 Ports in einem Switch
  • Es gibt außer Layer 2 auch Layer 3 Switches  mit denen man 2 verschiedenen Netze mit verschiedenen Zugriffsverfahren verbinden kann
  • Diese unterstützen auch IP Filtering
  • Unterschiedliche Modis können betrieben werden um so mehr, desto teurer

Modis

Cut Through

  • Sehr schnelle Methode
  • Schaut auf die Zieladresse und leitet weiter
  • Keine Überprüfung auf Fehlerfreiheit
  • Auch beschädigte Frames werden weiter geschickt
  • Beschädigte Frames müssen durch andere Schicht 2, Geräte abgefangen oder auf der Protokollebene abgefangen werden

Store and Forward

  • Langsamste Methode da hohe Latenz
  • Empfängt Frame, speichert den zwischen, berechnet Checksum, vergleicht diese mit der des Ethernetframes, wenn alle Faktoren übereinstimmen, wird dieser weitergeleitet, Bei fehlerhaftem Frame wird dieser verworfen
  • Absolut Sicher aber eben langsam

Fragment Free

  • Schneller als Store Forward, langsamer als Cut Trough
  • Haben nur bessere Switches
  • Überprüft das Paket nur auf 64Byte Länge, bei Fehlgrößen werden diese verworfen

Error Free Cut Through / Adaptiv Switching

  • Arbeitet erst im Cut Through Modus und behält eine Kopie im Speicher
  • Bei höheren Fehlerraten, geht er in den sicheren Modus „Store and Forward“ und setzt auf Sicherheit, solange bis die Fehlerrate sich wieder stabilisiert hat, dann wieder zurück in den Cut Trough.
  • Nebenher werden alle Pakete die kleiner als 64Byte sind verworfen
  • Teurer Switch

Port Switches

  • Verfügt pro Port über nur einen SAT Eintrag für eine MAC-Adresse
  • Darf demnach nur an Endgeräte



Kompletten Aufzeichnungen zu finden in der Downloadsektion 



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