Versenden und Empfangen auf Frame-Ebene, Paketebene, Segmentebene

Nach dem nun klar ist, wie Nutzdaten verpackt werden, ist es recht simpel zu verstehen, wie z.B. über PPP oder Ethernet anhand von IP die Daten verschickt werden.

Frames (L2PDU - DoD Network Interface Layer) enthalten immer ein physikalisches Ziel - also einen bestimmten Rechner, einen bestimten Router. Man spricht hier von "Frame-Relay".

Pakete (L3PDU - DoD Internetwork Layer) -  enthalten immer IP-Adressen - also logische Ziele, ein Rechner mit einer bestimmten IP-Adresse in einem bestimmten IP-Netzwerkbereich.
z.B. die Anfrage eines Rechners im lokalen Netzwerk nach einem Rechner in einem entfernten Netzwerk.

Segmente (L4PDU - DoD Transport Layer) enthalten Port-Adressen - also Hinweise auf Anwendungen, damit die Daten einer bestimmten Anwendung zugeordnet werden können; also z.B. die Anfrage nach einer Website auf dem entfernten Rechner. 

Daten (L5PDU - DoD Application Layer ) können Dann der Anwendung übergeben werden.
z.B. der Inhalt einer Webseite.

Die Verkapselung von Daten

Wie man am ISO oder DoD-Modell sehen kann, werden zur Übertragung von Anwendungsdaten nach und nach zur Übertragungsschicht in Pakete gestückelt und es werden Layer-Daten vorangestellt.
Man spricht nach DoD dann je nach Layer von "Segementen", "Paketen" oder "Frames".
Frames werden von der Netzwerkschicht mit einem "Link Header" und einem "Link Trailer" umfasst und übertragen, um beim Empfänger dann wieder "ausgepackt" zu werden.

OSI arbeitet hier getrennter und benutzt anstatt der Begriffe "Segment, Paket, Frame" die Terminologie "Protokoll Data Units" (PDUs), wobei das voran gegangene verkapselte Datenstück immer als eine neue Dateneinheit gesehen wird.

Achtung! Daher die Schicht 1 die binäre Nutzdatenübertragung selbst beschreibt, wird beim OSI-Modell bei Schicht 2 die Verkapselung beendet.

Die 5 Schritte der Datenverkapselung (DoD):

1. Erstelle Anwendungdaten.
2. Verpacken der Daten; es werden TCP/UDP-Daten vor die Daten gepackt (Von welcher Anwendung / Welcher Session sind die Daten?). Segment fertig.
3. IP Quelle und IP-Ziel werden vor das Segment gepackt. Paket fertig.
4. Die MAC-Ziel-Adresse wird vor das Paket, die MAC-Quell-Adresse hinter das Paket gepackt. Frame fertig.
5. Das Frame wird auf das Medium geschickt. Gute Reise!

Das ISO/OSI-7-Schichten-Modell, DoD-Schichten-Modell

OSI - Über 7 Schichten musst du gehen.

Um die Kommunikation in einem Netzwerk neutral zu beschreiben, wurde der OSI-Standart (Open System Interconnection = Offenes System für Kommunikationsverbindungen) ins Leben gerufen und von der ISO (International Standarisation Organisation) übernommen.
OSI orientiert sich an dem sehr grob gehaltenen DoD-Schichtenmodell, auf dessen Grundlage das Internet basiert.

OSI ist daher zwar ein immer wieder heran gezogenes Referenzmodell, aber eigentlich "zu genau" und somit sehr praxisfremd. So werden oft z.B. einige Schichten ("Layer") zusammen gefasst oder ausgetauscht.
(Siehe im Vergleich mit dem vorangegangenen DoD-Modell).

 Die OSI-Schichten werden im folgenden genauer erläutert:

1. [OSI1] Bitübertragungsschicht ( Physical Layer )
   Maßnahmen und Verfahren zur Übertragung von Bits
   Beispiele: Ethernet IEEE802.3, IEEE802.5, RJ45, EIA/TIA-232, EIA/TIA-449, V.35, B8ZS
   
   Hier werden Standarts anderer Organisationen herangezogen, um physische Gegebenheiten für das Medium auszuhandeln; z.B. die Spannungen, Steckverbindungen, Anzahl der Pins, die Pin-Belegungen, Low-High-Pegel, Lichtmodulation.
2. [OSI2] Sicherungsschicht (Data Link Layer)
   Logische Verbindungen mit Datenpaketen und Fehlererkennungsmechanismen (Data Link Layer)
   Beispiele: Ethernet IEEE802.3/802.2, IEEE802.5/802.2, HDLC, Frame Relay, PPP, FDDI, ATM
   
   Hier werden Protokolle definiert, wann und wie eine Information über das zuvor definierte Medium gesendet werden kann. Hier werden auch Quersummen und andere Mechanismen (z.B. Paritäts- und Stop-Bits, Paketsquenznummern, Frame Check Sequenzen (FCS), ...) zur Überprüfung der Unversehrtheit der Daten angesetzt.
   
   Daten bis zum Layer 2 werden  im Netzwerk mit Hilfe von MAC-Adressen weiter geschickt.
   Ein "Router" wird hier noch nicht benötigt.
3. [OSI3] Vermittlungsschicht (Network Layer)
   Routing und Datenflusskontrolle
   Beispiele: IP, IPX, AppleTalk DDP
   
   Hier findet die Adressierung und das Routing statt, also die Weiterleitung an andere Netzwerkteilnehmer.
   Auf dieser Ebene arbeiten also "Router".
   
   Daten auf Layer 3 werden anhand von IP-Adressen weiter geschickt.
4. [OSI4] Transportschicht (Transport Layer)
   Logische Ende-zu-Ende-Verbindungen
   Beispiele: TCP, UDP, SPX
   
   Hier werden Daten in Pakete zerteilt, um übermittelt werden zu können.
5. [OSI5] Kommunikationsschicht (Session Layer)
   
   Prozess-zu-Prozess-Verbindungen
   Beispiele: RPC, SQL, NFS, NetBIOS, AppleTalk ASP, DECnet SCP
   
   Hier wird definiert, wann eine Konversation mit einem Teilnehmer im Netzwerk beginnt, weiter geführt und beendet wird. Man spricht hier von so genannten "Sessions".
6. [OSI6] Darstellungsschicht (Presentation Layer)
   Ausgabe der Daten in Standartformate
   Beispiele: XML, HTML, PDF, VLC, JPEG, GIF, ASCII, MIDI, Verschlüsselung
   
   Aufbereiten in Datenformate, welche von den Anwendungen gelesen werden können.
7. [OSI7] Anwendungsschicht (Application Layer)
   Dienste, Anwendungen und Netzmanagement.
   Beispiele: FireFox, Acrobat Reader, Flash-Player, Telnet, FTP, Outlook, SNMP
   
   Hier arbeiten schließlich die Programme mit den komplett entfangenen Daten bzw. Dateien, die mit kleinen Datenpaketen nichts mehr gemein haben.

Merkspruch:
Autonome Punker Schmeissen Tomaten nach der Polizei.



"Inoffizielle Schichten"

Es gibt Schichten, die im OSI-Modell schlichtweg vergessen und umgangssprachlich scherzhaft nachgefügt wurden: So wird z.B. gerne von der Existenz der Schicht 0 und der Schicht 8 gesprochen.

Die Schicht 0 umfasst Dinge, die zum Betrieb eines Netzwerkes unablässlich sind aber nicht unbedingt zum Netzwerk bzw. zum Übertragungsmedium gehören, z.B. Geld und Strom.
Auf Schicht 8 befindet sich die wohl bekannte "Kohlenstoffeinheit vor dem PC", die das Gerät bedient; z.B. eine Reinigungsservicefachkraft, die das Netzwerkkabel aus der Dose zieht....

Auf Schicht 9 befinden sich Unvorhersehbarkeiten durch höhere Gewalt, wie z.B. Hochwasser, Blitzschlag, Meetings.

Was ist nun eine Broadcast- und eine Collision-Domain?

Die Broadcast-Domain

Eine Broadcast-Domain ist ein Netzwerkbereich, der ohne "gebündelte" Leitungen, also ohne einen "Router" auskommt und Verbindungen intern herstellen kann.

Broadcast-Domains müssen also durch einen Router verbunden werden, um mit einer anderen Broadcast-Domain kommunizieren zu können.


Die Collision-Domain

Die Anzahl der Leitungen die gleichzeitig belegt werden können, ohne dass man sich gegenseitig in das Gespräch fällt, sind Collisions-Domains.

Bei einem Repeater gibt es nur eine Leitung: Wie rein, so raus. Es gibt keine "Vermittlungsstelle".
Es handelt sich also um eine einzige Collision-Domain.

Bei einer Bridge kann ebenfalls immer nur ein Gespräch verbunden werden. Wie rein, so raus -
doch kann an mehreren Stellen abgehoben werden, daher eine "Vermittlungsstelle" vorher in die Leitung hinein horcht, von wem das Gespräch ist und wohin das Gespräch also am besten hin sollte.
Bei jedem Ausgang handelt es sich also um eine einzelne Collision-Domain.

Ein Hub arbeitet gleich dem Repeater: Es immer nur eine freie Leitung: Wie rein, so an alle raus.
Eine "Vermittlungsstelle" gibt es nicht.
Es handelt sich also um eine große Collision-Domain - egal wie viele Ausgänge vorhanden sind.

Bei einem Switch oder Router gibt es an jedem Anschluss eine freie Leitung: Es horcht immer eine "Vermittlungsstelle" in das Gespräch und verbindet weiter.
Jeder Anschluss ist somit eine eigene Collision-Domain.

Beispiele:

LAN-Kabeltypen

Und mit welchen Kabeln werden nun Hubs, Switches, Router verbunden?

Folgende Begrifflichkeiten für Kabeltypen sind üblich:

• "Rollover-Kabel": Serielles Konsolenkabel, meist "blau" dargestellt.
• "CrossOver-Kabel": Gekreuztes Kabel, meist "gestrichelt" dargestellt.
• "Straight-Through-Kabel": Durchgezogenes Kabel (1:1-Verbindung), meist "durchgezogen" dargestellt.

Welches Kabel benutze ich bei Hubs, Switches, Routern?

1. Regel: Zwischen zwei Geräten muss eine Drehung bestehen.
2. Regel: Switches und Hubs drehen das Kabel eigenständig

Daraus ergibt sich

verbindet nach	PC	Hub	Switch	Router
PC	Cross	Straight	Straight	Cross
HUB	Straight	Cross	Cross	Straight
Switch	Straight	Cross	Crosss	Straight
Router	Cross	Straight	Cross	Cross

Wie werden Crossoverkabel gedrillt? Wie werden Patchpanel farblich codiert?

Crossover-Kabel werden wie in der folgenden Abbildung gekreuzt.
(Ungekreuzte Patchpanel-Farben für EIA/TIA 568 und 556 sind ebenfalls abgegbildet.)

Merke für Crosskabel:
1-3, 6-2 sind 10 Mbit.
Auffüllen für 100 MBit.
Und die graden auf  4-7 und rest verdrehen sind 1GBit.

Netzwerkkomponenten

Geräte wie Repeater, Hub, Bridge, Switch (= Multi-Bridge) und Router sollte ein jeder kennen.
Doch wenn man sich einmal in den CISCO-Online-Hilfen die Gerätebeschreibungen etwas näher ansieht, versteht man viele Dinge (wie z.B. eine Bridge oder einen Router) auf einmal ganz anders.

Repeater: Ein Repeater verstärkt das Eingangssignal so, dass es genau so wieder am Ende ankommt; Vergleichbar mit einer Gegensprechanlage an der Haustür: Man nimmt ab und kann sofort mit einander telefonieren.
Es gibt kein Freizeichen und auch keine Vermittlungsstelle.



Hub: Die Haustür-Gegensprechanlage mit mehreren Nebenstellen.
Beim Abnehmen eines Telefonhöhrers ist man sofort mit allen Teilnehmern verbunden -
Es gibt kein Freizeichen oder eine Vermittlungsstelle.
Frau Müller aus der ersten Etage und Frau Kling aus der zweiten Etage können genau so zuhören, wie der Versicherungsvertreter an der Haustür.
Oder man kann auch wild durcheinander drauf los reden - ob dann noch jemand etwas versteht, sei dahin gestellt.

Bridge: Die Fax-Weiche im Faxgerät.
Eine Vermittlungsstelle hört in die Leitung und entscheidet, ob der Anrufer ein Fax oder Mensch ist ---
und gibt das Gerät dann entsprechend weiter. Der nicht genutzte Telefonanschluss wird gesperrt, so dass niemand dem anderen Teilnehmer "dazwischen quasseln" kann.
Es gibt also immer nur eine "echte" Verbindung gleichzeitg und es gibt insgesamt nur ein Freizeichen Freizeichen.
Einige moderne Etagen-Haustürklingeln arbeiten nach dem gleichen Prinzip: Der Besucher klingelt für eine bestimmte Etage und kann dann mit genau dieser Person sprechen - alle anderen Haustürklingeltelefone werden dann so lange tot geschaltet.
Das kann recht nervig werden, wenn ein Nachbar das Haustürklingeltelefon nicht wieder auflegt.


Switch: Ein kleine Telefonanlage in einer Büroetage.
Jeder Teilnehmer kann ein Gespräch annehmen und erhält ein Freizeichen und wird durch das Wählen einer Ziffer für die Nebenstelle durch die Vermittlung verbunden.
Es können also mehrere von einander getrennte Gespräche zeitgleich geführt werden.
Es gibt so viele verschiedene Freizeichen wie Telefone im Haus. 

Router: Eine Verbindungseinheit für Telefonanlagen
Der Router verbindet verschiedene Telefonanlagen mit einander - und das über eine einzige Leitung.
Er ist ein Art Parallel-Seriell bzw. Seriell-Parallel-Wandler ("Multiplexer / DeMultiplexer").
Es gibt also so viele Freizeichen wie Telefone.

CISCO ICND/CCNA-Blog

Nun - ich habe mich für den "Cisco Certified Network Administrator" angemeldet -
nun geht das lernen los.
Und warum soll ich meine "Erkenntnisse" nicht der Allgemeinheit zur Verfügung stellen?


Meine Quellen? CCNA Intro & ICND1/ICND2 von Wendell Odom, Schulungsmaterial von der Werner-IT, ein Schulungspaket von Todd Lammle (Sybex-Verlag), etliche PDF-dateien, die CISCO-Online-Dokumentationen zu den Routern.