Rechnernetze (Fach) / Schicht 2 - Sicherungsschicht (Lektion)

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• Erläutern Sie die Begriffe MAC-Brücke, Hub und Switch im gegenseitigen Kontext. MAC-Brücke:= verbindet Stationen unterschiedlicher MAC-Typen zu einem Netzwerk• Router ist eine MAC-Brücke mit Routingfunktion• Eine MAC-Bridge wird hauptsächlich eingesetzt, um ein Netz in verschiedene Kollisionsdomänen aufzuteilen. Somit kann die Last in großen Netzen vermindert werden. Switch:= ist eine Spezialform einer MAC-Brücke unterstützt nur einen einzigen MAC-Typen den Ethernet II (deshalb auch "Ethernet-Switch") Hub/Repeater:= Gerät für den Zusammenschluss von Hosts und deren z.B. Koaxialkabel → Shared Medium• Signale auf den Kabeln werden grundsätzlich in alle Richtungen weitergeleitet → Signalverstärker über einen „Multipunkt“• Hub ist eine Reichweitenerhöhung• Signal wird nicht interpretiert sondern nur in alle Richtungen verstärkt, auch in Richtung, aus der Signal gekommen ist
• Definieren Sie den Begriff Broadcastdomäne. Wodurch kann eine Broadcastdomäne unterbrochen werden? Alle die Entitäten, die einen Broadcast empfangen aus dem gleichen Netzsegment gehören zu einer Broadcastdomäne. Eine Broadcastdomäne kann nur von Router unterbrochen werden (leitet Broadcast auf Schicht 2 nicht weiter).
• Wie kann das Fluten von Frames (und somit auch Kollisionen in Kollisionsdomänen) vermieden werden? Lösung → eindeutige Zielidentifizierung durch MAC-Adresse• Um also das Fluten von Frames zu vermeiden (und somit auch Kollisionen), braucht man eine eindeutige Zielidentifizierung → MAC-Adresse• die Adressierung ergibt die Segmentierung (es wird „nur noch sinnvoll“ weitergeleitet) → exklusive Leistungszuteilung je Port• Medium wird sich nicht mehr mit allen geteilt
• Wofür dient die MAC-Adresse und wie ist sie "aufgebaut"? Die MAC-Adresse („Media-Access-Control“) dient zur Identifikation/Authentifizierung von Computer-Hardware  und in ist der Regel auf dem Netzwerkadapter gespeichert. MAC-Adressen besitzen weltweite Eindeutigkeit. • xx : xx : xx : yy : yy: yy: → 6 Byte• x = erste 3 Byte sind Herstellerkennung• y = letzte 3 Byte sind Adapterkennung (d.h. nur diese sind individuell) • flache Adresshierarchie
• Nennen und erklären Sie Weiterleitungsstrategien von Switches und Routern. Gehen Sie auch auf Vorteile und Probleme der Stategien ein. Cut-Trough= Der Switch leitet das Datenpaket sofort weiter, wenn er die Adresse des Ziels erhalten hat.• Bei Frameempfang wird nur Ziel-MAC-Adresse interpretiert• Anschließend Durchschalten zum Ausgang• Rahmen wird direkt an Ausgang geschickt → keine Kontrolle der Frames Vorteil: Sehr schnell (geringes Delay, geringe Latenz)Probleme: Kollisionen (z.B. Ausgangswarteschlange belegt) und defekte Frames Store-n-Forward= Der Switch nimmt das gesamte Datenpaket in Empfang und speichert es in einem Puffer. Dort wird dann das Paket mit verschiedenen Filtern geprüft und bearbeitet. Erst danach wird das Paket an den Ziel-Port weitergeleitet.•Frame wird vollständig empfangen/gepuffert•CRC-Kontrolle Vorteil: Fehlerhafte Datenpakete können so im voraus aussortiert werden.Probleme: Aufwändig → hohe Latenz + Speicher- und rechenintensiv
• Welche Spalten der FDB werden für den Weiterleitungsprozess benötigt. 1. Hash 2. MAC-Adresse 3. Port 4. Activity 5. Status
• Wieso werden z.B. in Unternehmensnetzwerken redundante Topologien gebaut? Welche Probleme gehen damit einher und welche Lösung(en) für redundante Topologien kennen Sie? Ziel redundanter Topologien:• Verhindern von Ausfällen aufgrund sogenannter Single Point of Failures (SpoFs) → wenn ein Rahmen ausfällt, muss der nächste funktionieren Probleme redundanter Topologien:• Broadcast kreisen ohne Ende durch stetige Duplizierung an den Switches/MAC-BrückenFolge: Maximale Auslastung des Netzwerks + Nebenwirkung: Instabilität der FDB Lösung redundanter Topologien:STP bzw. RSTP
• Was ist die Grundidee des Spanning Tree Protocol? Welche zwei übergeordneten Schritte laufen beim Bau der Topologie ab? Grundidee STP:= Bilden eines kreisfreien, fest zusammenhängenden NetzwerksZiel: alle Knoten miteinander verbunden, aber kein Kreis → „Schleifenfreiheit“ Übergeordnete Schritte bei Bau der Topologie:1. Einigkeit über die Root-Bridge2. Nach Wahl der Root-Bridge Festlegung der alternativen Pfade    
• Nenne die Port-Stati des STP. • Root-Ports = Verbindung, die zur Root-Bridge führt • Designates-Ports = Verbindung, die von Root-Bridge wegführt • Block-Ports = blockierter Port
• Nenne die verschiedenen Zustände je Port beim SPT. Erkläre, wieso es sinnvoll ist, dass initial jeder Port die Zustände durchläuft. Zustände je Port bei STP: • Disabled• Blocked• Listening• Learning• Forwarding Zustände durchläuft jeder Port initial, damit keine Topologieinformationen verloren gehen oder sich Schleifen bilden
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• Wofür benötigt wird die Bridge Protocol Data Units (BPDU) bei STP benötigt? Durch das BPDU-Nachrichtenformat wird ausgetauscht: Wer ist die „Wurzel“? Und wie groß sind Pfad-Kosten zur Bridge → vor allem wichtig, wenn man noch dabei ist herauszufinden, wer die Root Bridge ist. •Ziele: möglichst ausgelastet sein und kürzesten Weg zur Root-Bridge Bridge Protocol Data Units (BPDU) dienen der Schleifenunterdrückung im Netzwerk und der Verbesserung des Datenverkehrs.
• Was ist das Problem des Spanning Tree Protocol? Wie wird dieses Problem gelöst? Im Falle des Ausfalls einer Verbindung hat das STP eine hohe Konvergenzzeit von ca. 30-50 Sekunden. In dieser Zeit ist die gesamte Topologie blockiert bis die neue berechnet ist. Lösung: Rapid Spanning Tree Protocol (berechnet nicht das gesamte Netz neu, sondern nur den betroffenen Teil)
• Was ist das Ziel der Flusssteuerung? Ziel der Flusssteuerung= Effiziente Nutzung des Übertragungskanals, ohne Empfänger zu überlasten → man möchte kontinuierlichen Strom erzeugen
• Was ist das Bandbreite-Verzögerungs-Produkt? Das Verzögerungs-Bandbreiten-Produkt ist eine Eigenschaft einer Datenverbindung. = Es berechnet sich als das Produkt aus der Verzögerung (Einheit: Sekunde) und der Datenübertragungsrate (Einheit: (M)Bit pro Sekunde). Das Ergebnis, eine in Bit oder Byte angegebene Datenmenge entspricht der Anzahl der Daten, die sich auf dem Weg befinden, wenn ein oder mehrere Sender den Übertragungskanal füllen. • Elektronen/Photonen brauchen „eine Weile“ von A nach B• es befinden sich also immer Teilchen auf der Übertragungsstrecke• diese „Speicherfähigkeit“ gilt es zu nutzen, um die Kontinuität zu erhalten• Gerade bei TCP von großer Bedeutung für (implizite) Flusssteuerung und Überlaststeuerung    BDP[Byte] = Bandwidth[Mbps] x Delay[s] 
• Welche Verfahren zur Flusssteuerung auf Schicht 2 kennen Sie? Nennen und erläutern Sie die Verfahren. Gehen Sie dabei auch auf Vor- und Nachteile ein. Stop-N-Wait:• Senden einer Nachricht, erfordert die Bestätigung dieser• Erst nach Erhalt wird die nächste gesendet• Bei Zeitüberschreitung wird die gleiche Nachricht nochmal gesendet Vorteile:• Einfach zu implementieren• Keine Zusatzinformationen wie Sequenznummern nötigNachteil:•Sehr ineffizient --------------------------------------------------------------------- Schiebefenster• Anzahl gleichzeitig gesendeter Pakete erhöhen → Durchsatz erhöhen= ermöglicht Übertragung einer bestimmten Menge von Daten , bevor eine Bestätigung zurückerwartet wird Größe des Fenster (→ Ansätze):• Feste Größe von OS/Entwickler bestimmt• So groß wie der Puffer des Gegenübers istVorteil:•Höhere Effizient Nachteil:Idee?? (ggf. ergänzen)
• Erklären Sie die VLAN-Mechanik und ihren Nutzen. Ziel der VLAN-Mechanik ist die physische von der logischen Netzstruktur zu trennen. Zugänge werden über die logische Zuordnung der VLANs geregelt. Dies kann über Port-bastiert oder Tag-basiert erfolgen.  Nutzen: • Flexibler als das Bewegen der Geräte• Hinzufügen neuer Geräte hat i.d.R. keinen Einfluss auf physische Struktur
• Welche Werte kann eine VLAN-ID annehmen? Die VLAN-ID kann Werte zwischen 1 und 2^12 annehmen.
• Welche VLAN-Arten kennen Sie? Nennen und erklären Sie. Port-basiert• pro Port ein VLAN• ein Port gehört nur zu einem VLAN und kann nur in diesem logischen Segment kommunizieren Tag-basiert• ein Port kann zu mehreren VLANs gehören und kann auch mehrere VLAN IDs (Tags) verstehen und zuordnen→ Port der Verbindung zwischen zwei physischen Geräten herstellt, nennt man „Trunk Port“
• Was ist das Rapid Spanning Tree Protocol? Erläutern Sie den Vorteil des RSTP und wie dieser erreicht wird. Rapid Spanning Tree Protocol = Weiterentwicklung von STP Vorteil: Im Falle eines Ausfalls ist die Konvergenz in < 1 Sekunde möglich • Es wird nicht die gesamte Topologie blockiert, bis die neue berechnet wurde• Lediglich Ports der betroffenen Bridge werden abgeschaltet und konvergieren Änderungen der Port-Stati und Zustände im Vergleich zu STP: Stati: Root-Port, Designated-Port, Alternate-Port, Backup-Port→ (im Vergleich zu STP gibt es keinen Block-Port mehr) Zustände: Discarding, Learning, Forwarding   Alternate-Port: blockiert; verbindet zu einem anderen Segment, welches über andere Bridge besser erreichbar ist → bei Ausfall kann schnell auf diesen umgeschaltet werden Backup-Port: alternativer, physischer Link zu anderem Segment
• Was ist der Alternate-Port beim RSTP? Alternate-Port: blockiert; verbindet zu einem anderen Segment, welches über andere Bridge besser erreichbar ist → bei Ausfall kann schnell auf diesen umgeschaltet werden
• Wie viele Prioritätsklassen gibt es bei VLAN? Was ist besonders hoch priorisiert, was niedrig? Es gibt 8 Prioritätsklassen (von 0 bis 7). 7 = Network control6 = Voice5 = Video4 = Controlled load3 = Excellent effort2 = (reserved)1 = Background0 = Best effort
• Stimmt die Aussage: Weiterleiten und Rückwärtslernen finden zum gleichen Zeitpunkt statt? Ja, Weiterleiten und Rückwärtslernen finden zum gleichen Zeitpunkt statt.
• Welche Eigenschaft hebt den Switch auf Schicht 2 vom Hub/Repeater ab? Der Hub/Repeater setzt sich nicht mit einer Adressierung auseinander und schickt die Daten an alle Teilnehmer im Netz weiter. Ein Switch hingegen leitet die Daten nur an den entsprechenden Empfänger weiter.
• Wenn der Switch mit Store-n-Forward arbeitet - was ist dann der erste Schritt nach Erhalt des Rahmens? Wenn der Switch mit Store-n-Forward arbeitet, führt er zunächst eine Fehlerüberprüfung durch. Anhand dessen entscheidet der Switch, ob das Paket weiter verarbeitet wird oder nicht.
• Welche zwei Arten/Strukturen gibt es bei der Sicherungsschicht? Logical Link Control (LLC)= Verbindungsmanagement: Sorgt für fehlerfreien Datenaustausch zweier Stationen +  Fehlerkorrektur und Flusskontrolle Media Access Control (MAC)= adressiert den Frame, regelt den Zugriff auf ein gemeinsamses Medium

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