SelfLinux Linux im Netzwerk Lokale Netze Abschnitt 1 | SelfLinux-0.13.0

| Lokale Netze | Autor Formatierung GPL

#### 1 Einleitung

Wie bereits angedeutet, gibt es eine große Anzahl von Technologien zum Aufbau lokaler Netze (Local Area Networks kurz LANs). Als wichtigste Vertreter sollen im Folgenden Ethernet (mit all seinen Varianten), Token Ring, FDDI und ATM detailliert vorgestellt werden.

Allen LAN-Typen ist gemein, dass man für den Anschluss an das Netzwerk natürlich über entsprechende Hardware, in den meisten Fällen eine Netzwerkkarte des jeweiligen Typs im lokalen Rechner, verfügen muss.

#### 2 Ethernet

Das Ethernet wurde 1973 am Xerox PARC als Teil eines umfangreichen Forschungsprojektes für verteilte Systeme entwickelt und sollte die Vorteile einer schnellen, lokalen Vernetzung mit niedrigen Fehlerraten und ohne Verzögerungen aufzeigen.

Auf Grund seiner Einfachheit und der kostengünstigen Hardware hat Ethernet bis heute eine starke Verbreitung gefunden und ist in seinen Variationen in sehr vielen LANs anzutreffen.

#### 2.1 Thick Ethernet (10Base5)

Das Original-Ethernet (festgelegt im Standard IEEE 802.3) besteht aus einem Koaxial-Kabel mit einem halben Zoll (1,27 cm) Durchmesser, an das die Rechner über sogenannte "Transceiver" angeschlossen sind. An jedem Ende des Kabels befindet sich ein Endwiderstand von 50 Ohm, der auch als "Terminator" bezeichnet wird (siehe Abbildung). Über ein derartiges Netzwerk lassen sich Geschwindigkeiten bis 10 Mbps (Megabit pro Sekunde) erreichen.

Ein Kabel mit einem derartigen Durchmesser ist etwas unhandlich, daher wird diese Art des Ethernets auch als "Thick Ethernet" oder "10Base5" bezeichnet.

Thick Ethernet

Hinweis:
Den tatsächlich erreichbaren Übertragungswert in Megabyte pro Sekunde erhält man, indem man den Megabit-Wert durch die Zahl 8 dividiert. Diese maximalen Transferraten werden in der Praxis auch nur selten erreicht. Überhaupt ist die Frage nach der notwendigen Geschwindigkeit eines Netzes eng mit der Frage nach den tatsächlich genutzten Anwendungen verbunden.

#### 2.2 Thin Ethernet (10Base2)

Das beim "Thin Ethernet" verwendete Koaxialkabel ist dünner, billiger und einfacher zu handhaben. Der Anschluss an die Netzwerkkarte des Rechners erfolgt über ein sogenanntes "T-Stück", an das links und rechts ein Netzwerkkabel angeschlossen wird, während die `untere' Seite des T's mit der Netzwerkkarte verbunden ist.

Am Anfang und am Ende des Kabelstrangs befinden sich auch hier Endwiderstände von 50 Ohm (Terminatoren). Die Steckverbindungen erfolgen über BNC-Anschlüsse. Mit einem Thin Ethernet kann man Geschwindigkeiten bis 10 MBit erreichen.

Thin Ethernet mit Koaxialverkabelung

#### 2.3 10BaseT

Im Gegensatz zum normalen Thin Ethernet mit seiner Busstruktur ist ein 10BaseT-Netz sternförmig aufgebaut. Von einem Verteiler, dem sogenannten "Hub", führen Twisted-Pair-Kabel zu den einzelnen Rechnern. Der Anschluss erfolgt über RJ45-Stecker, wie sie auch oft bei Telefonen verwendet werden.

Diese Verkabelungsart beseitigt einen gravierenden Nachteil der Busstruktur. Wird der Bus nämlich an einer Stelle unterbrochen, sei es durch ein defektes Kabel oder eine übereifrige Reinigungskraft, ist das Netzwerk vollständig lahm gelegt. Bei einer sternförmigen Verkabelung ist bei einem Kabelschaden nur ein Rechner betroffen, die anderen können ganz normal im Netz weiterarbeiten.

Wäre 10BaseT nicht aufwendiger und teurer als die Koaxialverkabelung, wäre letztere sicher schon ganz von der Bildfläche verschwunden.

Sternförmiges Ethernet mit Hub

#### 2.4 Fast Ethernet (100BaseT)

Der Aufbau eines "Fast Ethernets" ähnelt stark dem eines 10BaseT-Netzes. Jedoch müssen aufgrund der höheren Datengeschwindigkeit von 100 Mbps aufwendigere Twisted-Pair-Kabel der Kategorie 5 verwendet werden. Neben dem Hub müssen natürlich auch die eingesetzten Netzwerkkarten für eine Geschwindigkeit von 100 Mbps vorgesehen sein.

Übertragungsraten von bis zu 1000 Mbps erreicht man mit Hilfe von geschirmten Kabeln (Shielded Twisted Pair - STP) bzw. Glasfaserleitungen. Netzwerkkarten und Hubs für derartige Geschwindigkeiten müssen wesentlich aufwendiger konstruiert sein und sind dementsprechend teuer. Da kaum ein Rechner einen Datenstrom von 1 Gbps (enspricht 125 MByte pro Sekunde!) verarbeiten kann, werden Gigabit-Ethernets vor allem als Backbone-Leitungen verwendet, die ganze Netzwerke miteinander verbinden.

Die folgende Tabelle zeigt noch einmal eine Übersicht über alle Ethernet- Varianten:

Ethernet-Typ | Geschwindigkeit | max. Länge | Struktur | Kabelart | Anschluss am Rechner
--- | --- | --- | --- | --- | ---
10Base2 (Thin Ethernet) | 10Mbps | 185m | Bus | Koaxial | BNC-Buchse, T-Stück, (RG58, T-Stück, Endwiderstand)
10Base5 (Thick Ethernet) | 10Mbps | 500m | Bus | Koaxial | AUI-Buchse, Transceiver
10BaseF | 10Mbps | 2000m | Bus | Glasfaser | Optokoppler
10BaseT | 10Mbps | 100m | Stern | Twisted Pair | RJ45-Anschluss Kat.3
100BaseT | 100Mbps | 100m | Stern | Twisted Pair | RJ45-Anschluss Kat.5
Gigabit-Eth. | 1Gbps | 1Gbps | Stern | STP | Spezieller Anschluss Kat. 6
| 1Gbps | 500m | Stern | Glasfaser | Optokoppler

#### 2.5 Funktionsweise

Neben der Verkabelung ist es natürlich interessant zu wissen, was auf einem Ethernet-Kabel eigentlich passiert. Jedes Gerät im Ethernet hat eine eindeutige Hardware-Adresse von 6 Byte Länge, die auch als MAC-Adresse bezeichnet wird. Das Kürzel MAC steht hier für Media Access Control. Diese Adresse hat nichts mit den IP-Nummern des TCP/IP-Protokolls zu tun (zumindest nicht direkt) und auch nichts mit den Computern der Firma Apple (auch nicht indirekt). Pakete im Ethernet enthalten immer die Hardware-Adresse des Senders und des Empfängers.

Das Versenden von Daten erfolgt über ein sogenanntes "Packet Broadcasting", d.h. jedes Paket wird einfach auf das Kabel gesendet. Alle anderen Stationen erhalten, bzw. `sehen' dieses Paket, es wird jedoch nur von dem festgelegten Empfänger entgegengenommen und verarbeitet.

Wenn zwei Stationen gleichzeitig Daten senden, kommt es konsequenterweise zu Paketkollisionen (natürlich "rumst" es nicht im Kabel, sondern die elektrischen Impulse der beiden Sender überschneiden sich und werden damit unbrauchbar). Das Ethernet definiert drei Varianten, mit diesem Verhalten umzugehen:

- Die Stationen `lauschen' ständig am Bus und merken so, ob auf dem Kabel Datenverkehr stattfindet. Eine Station sendet erst, wenn keine Signale mehr auf dem Kabel liegen, um die laufende Übertragung nicht zu zerschmettern.
- Sollten zwei Stationen genau zum selben Zeitpunkt mit dem Senden beginnen, kommt es trotzdem zur Kollision. Während eine Station sendet, prüft sie gleichzeitig auf dem Empfangskanal, ob die Signale korrekt versendet wurden. Da alle Stationen im Netz einschließlich der Sendenden die Signale empfangen, stellt dies kein Problem dar. Erkennt die sendende Station nun, dass die Daten nicht korrekt übertragen werden, handelt es sich wahrscheinlich um eine Kollision. Die sendende Station schickt ein Kollisionssignal in das Kabel, was bewirkt, dass alle Stationen im Netz ihre Sendetätigkeit abbrechen (die ja vorhanden sein muss, sonst hätte es keine Kollision gegeben). Nach einer zufällig bestimmten Zeit versucht die Station wieder zu senden. Die andere Station, mit der es zur Kollision kam, hat eine andere Zufallszeit ermittelt und wird dann merken, dass das Netz bereits belegt ist. Sollten beide Stationen trotzdem wieder zur selben Zeit senden, was extrem unwahrscheinlich ist, beginnt das Spiel eben wieder von vorn.
- Als Sicherungsmaßnahme wird die Prüfsumme eines Ethernet-Paketes (korrekt heißt es Ethernet-Frame) mit dem tatsächlichen Inhalt verglichen. Kommt es dabei zu Unstimmigkeiten, wird das Paket vom Empfänger abgewiesen.