Kapitel XIII:Kopplungselemente in Netzen

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1 Kapitel XIII:Kopplungselemente in Netzen

2 1. Repeater Einsatzzweck: Aufhebung der Längenbeschränkung
Verbindung zweier Ethernet-Segmente, Anschluss jeweils über einen Transceiver an jedes Segment Repeater sind reine Verstärkerelemente maximal vier Repeater pro Netz möglich (maximal 2500m Gesamtlänge) Remote-Repeater: maximal 1000m langes Lichtwellenleiter Repeater-Paar Repeaterregel (5-4-3-Regel): Die Anzahl der hintereinanderschaltbaren Repeater bei 10Base5 und 10Base2 ist limitiert. Es dürfen nicht mehr als fünf Kabelsegmente verbunden werden Verbindung durch vier Repeater und nur drei Segmente mit Rechnern (Erweiterung durch aktive Kopplungselemente möglich).

3 2. Hub Verstärkerkomponente zur Verbindung mehrerer
Twisted-Pair-Kabelsegmente über einen Transceiveranschluss (Hub = Nabe eines Rades, i.d.R. 4,8,12,16,24 oder 32 Ports - Jedes Datenpaket von einem angeschlossenen Segment, einschließlich Kollisionen und fehlerhafter Pakete, verstärkt und in alle anderen Segmente weitergeleitet

4 3. Bridge Merkmale von Bridges: - komplette, Rechner mit Speicher und mindestens zwei Netzwerkanschlüssen - Bridges interpretieren die Mac-Adressen der Datenpakete Bridges sind unabhängig von höheren Protokollen - die Signale werden nicht nur verstärkt, sondern ein neuer Bitstrom generiert, wodurch die Ethernet-Längenbegrenzung überwunden wird - maximal sieben Bridges können hintereinander geschaltet werden - Bridges sind protokolltransparent - Bridges lassen sich zum Trennen von „Kollisionsdomänen“ verwenden - Informationen, die auf der einen Seite ausgetauscht werden, können nicht auf der anderen Seite der Bridge abgehört werden (Datensicherheit!) - Erhöhung der Netzperformance bei stark ausgelasteten Netzen - Bridges verhindern das Auftreten von Netzwerkschleifen

5 3. Bridge Benötigte Grundinformation zur Nutzung des Spanning-Tree-Algorithmus: Bridge: Eindeutige Bridge-ID Port: Eindeutige Port-ID Port: Relative Port-Priorität Port: Kostenfaktor für jeden Port Vorgehensweise bei der Ermittlung des logischen Baumes durch die Bridges beim Spanning-Tree-Algorithmus: 1. Auswahl der Root-Bridge 2. Auswahl eines Root-Ports pro Bridge bei den Nicht-Root-Bridges 3. Zuordnung einer Bridge pro LAN

6 3. Bridge Funktionsweise von Bridges: - Die Bridge empfängt von beiden verbundenen Netzsegmenten alle Datenblöcke und analysiert deren Absender- und Empfängeradressen - Absenderadresse, die nicht in der internen Adresstabelle steht, wird gespeichert, d.h. die Bridge lernt - Die Empfängeradresse wird ebenfalls geprüft - Intelligente Bridges lernen selbständig, welche Pakete weiterzuleiten und welche zu verwerfen sind. - Bei sogenannten „Managebaren Brücken“ (= manageable bridges) lassen sich zusätzliche Adressfilter setzen Kenndaten von Bridges - Größe der Adresstabelle = Anzahl der Adressen (= Knoten) - Filterrate = Anzahl der Pakete, die pro Sekunde empfangen werden - Transferrate = Anzahl der Pakete, pro Sekunde weitergeleitet werden

7 4. Switches Merkmale von Switches:
Protokolltransparentes Koppelungsgerät (= Multi-Port-Bridge) - Switche erhöhen die Netzwerkperformance - Vorteil: Ports direkt miteinander verschalten und damit dedizierte Verbindungen aufbauen zu können (Anhand der MAC-Zieladresse). - Zwischen den unterschiedlichen Segmenten können mehrere Übertragungen gleichzeitig erfolgen.

8 4. Switches Realisierungsformen für switches:
-Shared-Memory-Realisierung: Kommunikation aller Schnittstelle über einen zentralen Speicher -Common-Bus-Realisierung: Gemeinsamer Bus aller Schnittstellen, mit einem lokalen Speicher -Crosspoint-Matrix-Realisierung: Schnittstellen werden über eine leistungsfähige, flexible Schaltmatrix mit den anderen Schnittstellen verbunden und verfügen über einen lokalen Speicher (leistungsfähigste aber hardwareaufwändigste Form)

9 4. Switches Funktionsweise von Switches: Methoden der Datenweiterleitung Cut-Through bzw. On-The-Fly-Methode: - der Ethernet-Switch liest nur 6-Byte-Destination Adresse und leitet es dann sofort weiter. Anwendung der Cut-Through-Methode: In relativ kleinen Netzen mit einer große Anzahl Daten, bei dem geringerem Prozentsatz fehlerhafter Datenpakete, zwischen wenigen Knoten zu übertragen ist.

10 4. Switches Store-and-Foreward-Methode: - Gesamte Datenpaket wird zwischengespeichert, gelesen, auf Korrektheit und Gültigkeit überprüft und dann weitergeleitet oder verworfen. Anwendung der Store-and-Foreward-Methode: In relativ großen Netzen mit vielen Knoten und Kommunikationsbeziehungen - Heutige Switches unterstützen beide Technologien - Durch den Einsatz von switches lässt sich die Netzperformance erhöhen.

11 5. Router Router sind spezielle Rechner, die die Weiterleitung von Daten zwischen Rechnern in verschiedenen Netzen veranlassen Router können Netze unterschiedlicher Topologien verbinden, können unterschiedliche Protokolle weiterverarbeiten, sind nicht protokolltransparent - leiten Datenpakete weiter (= forwarding) und treffen Entscheidungen über die Wegewahl und Erreichbarkeit zu anderen Netzwerken mithilfe spezieller Protokolle wie ARP, RIP, OSPF, EGP/BGP. - Ein Router kann die Wege zur Weiterleitung der Daten aussuchen, - Router besitzen Netzwerkmanagementfunktionen und Filterfunktionen z.B. werden Broadcasts nicht weitergeleitet

12 5. Router Funktionsweise von Routern - Überblick über Ablauf des Routingverfahrens: a. Entnehmen der Zieladresse aus dem IP-Header b. Bestimmung der Netz-ID aus dem IP-Header c. Wenn das Netz direkt erreichbar ist -> Hardwareadresse bestimmen (ARP) d. Wenn Host-spezifische Route angegeben ist -> Bestimmung der Hardwareadresse des Gateways e. Wenn Zielnetz in der Routingtabelle enthalten -> Bestimmung der Hardwareadresse des Gateways f. Wenn Default-Gateway (=Alternative) angegeben -> Bestimmung der Hardwareadresse des Default-Gateways g. Fehlermeldung

13 5. Router Ziele des Routings - Paketverzögerung kurz halten - hohe Datendurchsatzmenge sicherstellen - Kosten gering halten - Hohe Fehlertoleranz gewährleisten Die unterschiedlichen Routingverfahren 1. Statisches Routing 2. Zentralisiertes Routing 3. Isoliertes Routing 4. Verteiltes, adaptives Routing 5. Hierarchisches Routing 6. Layer-3-Switching

14 6. Gateways Funktionen von Gateways:
- Koppelung vollkommen heterogener Netze - Gateways aktiver Netzknoten, welcher von allen Seiten aus adressierbar ist wickeln netzübergreifenden Datenverkehr ab - Gateways zwischenspeichern erforderlichenfalls Daten bremsen gegebenenfalls Netze bei voneinander abweichenden Netzgeschwindigkeiten und spalten Datenpakete auf und setzten sie am Ziel dann wieder zusammen. Typen von Gateways: - Medienorientierte Gateways (= Translatoren) - Protokollorientiere Gateways