Netzwerkgrundlagen: Data Link Layer, Physikalische Schicht und Router-CLI

Was ist die Data Link Layer?

Die Data Link Layer (Sicherungsschicht) ermöglicht den Datenaustausch über gemeinsame lokale Medien. Sie bietet zwei grundlegende Dienste:

• Ermöglicht den oberen Schichten den Zugriff auf die Medien mithilfe von Techniken wie Framing.
• Legt fest, wie Daten auf den Medien platziert und von den Medien empfangen werden, mithilfe von Techniken wie Medienzugriffssteuerung und Fehlererkennung.

Struktur eines Datenrahmens (Frame)

• Header: Enthält Steuerinformationen (Adressierung).
• Daten (Payload): Das Paket aus der Netzwerkschicht.
• Trailer: Enthält Kontrollinformationen am Ende der PDU (Protocol Data Unit).

Physikalische Topologien

• Point-to-Point (P2P): Die Medienzugriffsmethode, die vom Data Link Protokoll verwendet wird, wird durch die logische P2P-Topologie bestimmt, nicht durch die physische Topologie. Eine logische Punkt-zu-Punkt-Verbindung zwischen zwei Knoten muss nicht unbedingt eine einzige physische Verbindung zwischen zwei physischen Knoten an jedem Ende sein.
• Multi-Access: Ermöglicht mehreren Knoten, über dasselbe Medium gemeinsam zu kommunizieren. Daten von einem einzelnen Knoten können zu einem bestimmten Zeitpunkt auf das Medium gelegt werden. Alle Knoten sehen alle Frames auf dem Medium, aber nur der Knoten, an den der Frame gerichtet ist, verarbeitet den Inhalt.
• Ring: Jeder Knoten empfängt einen Frame und leitet ihn weiter. Der Knoten übergibt den Frame an den nächsten Knoten im Ring. Dies ermöglicht eine Technik der Medienzugriffssteuerung im Ring, genannt Token Passing.

Wichtige Data Link Protokolle

• Ethernet
• Point-to-Point Protocol (PPP)
• High-Level Data Link Control (HDLC)
• Frame Relay
• Asynchronous Transfer Mode (ATM)

Definition des Ethernet-Protokolls

Ethernet ist eine Familie von Netzwerktechnologien, definiert in den Standards 802.2 und 802.3. Ethernet-Standards definieren Protokolle der Schicht 2 und Technologien der Schicht 1. Ethernet ist die am weitesten verbreitete LAN-Technologie und unterstützt Datenraten von 10, 100, 1000 oder 10.000 Mbps.

Die Physikalische Schicht (Layer 1)

Standards der Physikalischen Schicht

• Physikalische und elektrische Eigenschaften und Methoden.
• Mechanische Eigenschaften.
• Darstellung von Bits durch Signale.
• Definition von Steuersignalinformationen.

Grundprinzipien der Physikalischen Schicht

• Kodierung: Wandelt einen Bitstrom von Daten in einen vordefinierten Code um. Dies beinhaltet auch Kontrollcodes zur Kennzeichnung von Anfang und Ende eines Datenblocks.
• Signalisierung: Ist die Methode zur Darstellung der Bits 0 und 1. Die Bitzeit ist die Zeitdauer, die jedem Signal auf besondere Weise zugewiesen wird.

Manchester-Kodierung

Die Werte der Bits werden durch Spannungsübergänge dargestellt. Dieser Übergang kann verwendet werden, um sicherzustellen, dass die Bitzeiten beim empfangenden Knoten mit dem sendenden Knoten synchronisiert werden.

Nutzbare Übertragungskapazität

Ein Maß für die nutzbare Zeit zur Datenübertragung innerhalb eines Zeitraums. Dies ist von besonderem Interesse für Netzwerknutzer und stellt die Leistung ohne den Overhead von Sitzungen, Bestätigungen und Kapselungen dar.

Arten drahtloser Medien

• IEEE 802.11 (Wi-Fi): Eine LAN-Technologie mit einem nicht-deterministischen System und dem Medienzugriffsverfahren CSMA/CA.
• IEEE 802.15 (WPAN: Wireless Personal Area Network): Auch bekannt als Bluetooth. Wird für die Kopplung über Entfernungen zwischen 1 und 100 Metern verwendet.
• IEEE 802.16 (WiMAX): Verwendet einen Punkt-zu-Mehrpunkt-Typ, um Breitband-Funkzugang zu bieten.

Fragen & Antworten

Warum verwendet Ethernet eine zufällige Verzögerung (Backoff), nachdem eine Kollision erkannt wurde, bevor versucht wird, einen Frame erneut zu übertragen?

Eine zufällige Verzögerung wird verwendet, um zu verhindern, dass alle Stationen gleichzeitig erneut senden und weitere Kollisionen verursachen.

Welche zwei Eigenschaften machen Switches gegenüber Hubs in Ethernet-Netzwerken vorteilhafter?

Switches erhöhen die Kommunikationsleistung und reduzieren Kollisionen auf ein Minimum (pro Port).

Was sind die drei Funktionen der oberen Unterschicht der Data Link Layer im OSI-Modell?

Stellt die Verbindung zu den oberen Schichten her, schützt die Protokolle der Netzwerkschicht vor Änderungen der physikalischen Geräte und bietet einheitliche Dienste für die Netzwerkschicht.

Was ist der Hauptzweck von ARP?

ARP (Address Resolution Protocol) löst IP-Adressen in MAC-Adressen auf.

In welchen OSI-Schichten operiert Ethernet?

Ethernet operiert in der Physikalischen Schicht (Layer 1) und der Data Link Layer (Layer 2).

Cisco Router CLI Konfiguration

Zugriffsmethoden auf die Router-Konfiguration (CLI)

• Konsole: Eine direkte Kabelverbindung, die eine serielle Schnittstelle am PC mit einem speziellen Konsolenanschluss am Router verbindet.
• Telnet und SSH: Diese Art der Verbindung wird über das Netzwerk hergestellt (normalerweise von einem anderen Ort als dem Router). Ein Passwort ist erforderlich. SSH ist sicherer als Telnet.
• AUX-Verbindung: Diese Verbindung ähnelt der Konsolenverbindung, verwendet jedoch ein Netzwerkkabel. Sie verläuft vom AUX-Port des Routers zur Ethernet-Karte des PCs. Sie wird verwendet, wenn die Konsolenverbindung Probleme mit bestimmten Parametern hat oder für Remote-Einwahl.

Arten und Speicherorte von Konfigurationsdateien auf einem Cisco Router

• Startup-Konfigurationsdatei (startup-config): Wird beim Systemstart verwendet, um das Gerät zu konfigurieren. Sie wird im NVRAM (Non-Volatile RAM) gespeichert und bleibt daher erhalten, wenn das Gerät ausgeschaltet wird.
• Running-Konfiguration (running-config): Wird im RAM gespeichert und ist die aktuell aktive Konfiguration, die das Netzwerkgerät betreibt. Änderungen, die der Administrator vornimmt, wirken sich sofort auf die Running-Konfiguration aus. Änderungen an der Running-Konfiguration gehen verloren, wenn der Router neu gestartet wird, es sei denn, sie werden in der Startup-Konfiguration gespeichert (mit dem Befehl copy running-config startup-config).

Wichtige Betriebsmodi des Routers

• User EXEC Modus: Hat begrenzte Fähigkeiten, ermöglicht aber grundlegende Operationen. In diesem Modus können die Einstellungen des Routers nicht geändert werden.
• Privileged EXEC Modus: In diesem Modus kann die Konfiguration des Routers geändert werden. Der Router erteilt die Berechtigung zur Ausführung jeder Operation, vorausgesetzt, die notwendigen Passwörter sind vorhanden.
• Global Configuration Modus: Wird betreten, um globale Konfigurationsänderungen vorzunehmen (z.B. Hostname, Passwörter).
• Spezifische Konfigurationsmodi: Werden betreten, um spezifische Elemente zu konfigurieren (z.B. Interface Configuration Modus, Router Configuration Modus).

Verwendung der CLI-Hilfe

• Kontextsensitive Hilfe: Bietet eine Liste von Befehlen mit ihren Argumenten im Kontext des aktuellen Modus. Zugriff durch Eingabe von ?. Dies kann verwendet werden, um den Namen eines Befehls zu überprüfen oder herauszufinden, wie ein Befehl in einem bestimmten Kontext verwendet werden kann. Kann auch verwendet werden, um Befehle zu finden, die mit einer Zeichenfolge beginnen (z.B. sh?).
• Überprüfung der Befehlssyntax: Wenn ein Befehl mit Enter eingegeben wird, parst der Kommando-Interpreter ihn von links nach rechts. Wenn etwas nicht verstanden wird, wird eine Fehlermeldung angezeigt, die den aufgetretenen Fehler beschreibt. Mögliche Ursachen sind: unklar (fehlende Zeichen für IOS zum Verstehen), unvollständig (fehlende Argumente) oder ungültig (Befehl falsch eingegeben).
• Tastenkombinationen und Shortcuts: Die Command Line Interface bietet eigene Tastenkombinationen und Shortcuts zur Vereinfachung der Konfiguration und Fehlerbehebung.

Beispiel: Konfiguration von Router-Schnittstellen

Um die Schnittstellen Fast Ethernet 0/0 mit der IP-Adresse 192.168.0.10 und der Subnetzmaske 255.255.255.0 sowie Serial 0/1/0 mit der IP-Adresse 10.0.1.1 und der Subnetzmaske 255.0.0.0 zu konfigurieren und zu aktivieren:

Router> enable
Router# configure terminal
Router(config)# interface FastEthernet 0/0
Router(config-if)# ip address 192.168.0.10 255.255.255.0
Router(config-if)# no shutdown
Router(config-if)# exit
Router(config)# interface Serial 0/1/0
Router(config-if)# ip address 10.0.1.1 255.0.0.0
Router(config-if)# no shutdown
Router(config-if)# exit
Router(config)# end
Router# show ip interface brief

Der Befehl show ip interface brief zeigt die konfigurierten Schnittstellen und ihren Status.