Funktionalität der Vermittlung. Vermittlungsschicht. Vermittlungstechniken. Adressierung. Ring. Linie. Layer 3 Network. Aufgaben: gekoppelt.

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1 Vermittlungsschicht Funktionalität der Vermittlung wird bestimmt durch die Topologie Layer Network Bus Stern Ring Masche Linie Aufgaben: Vermittlung des Weges (Routing) Aufbau virtueller Verbindungen Multiplex Flußsteuerung (Flow Control) Backbone teilvermascht gekoppelt vollvermascht Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie Vermittlungstechniken Fest geschaltete Leitung Permanente Leitung zwischen zwei Endpunkten = Standleitung Kein Suchen eines Pfades erforderlich Rundspruch in LAN-Segmenten Meldungen werden von jedem Teilnehmer empfangen Empfänger werten Adresse aus und verwerfen nicht an sie adressierte Meldungen Kein Suchen eines Pfades erforderlich Leitungsvermittlung Wählleitung, Kanäle mit garantierter Bandbreite (vgl. Telekommunikation I) Verbindung über Koppelfelder Paketvermittlung Ankommende Pakete werden im Vermittlungsknoten zwischengespeichert = Speicher-Vermittlung (Store-and-Forward) Adresse wird analysiert und das Paket weitergeleitet Vorteil: Mehrfachnutzung der Kanäle zwischen den Vermittlungsknoten Mehrfachnutzung des Teilnehmer-Anschlusses zur Kommunikation mit mehreren Partnern gleichzeitig Adressierung im Paket enthaltene Adresse kennzeichnet den Empfänger keine Information über den Weg enthalten Aufgabe: Wegfindung (Routing) Bestimmung des optimalen Weges für jedes Paket Kriterien: Kurze Laufzeit Berücksichtigung der Kosten Überlastung von Leitungen und / oder Knoten vermeiden Schleifenfreiheit Stabilität bei Änderung der Topologie geringer Overhead einzelnes Paket kann nicht isoliert betrachtet werden Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie

2 Routing - Tabelle Routing: nach Hops an jedem Knoten Tabelle mit anzusteuernden Nachbarknoten Directory Knoten Knoten meist mehrere mögliche Wege! Kriterium für Auswahl des Weges? Auswahl des Weges nach Anzahl der Zwischenknoten (hops) Knoten oder? Knoten oder? bei mehreren möglichen Wegen mit gleicher Anzahl Zwischenknoten: Kriterium für Auswahl des Weges? Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie Routing: nach Kosten Erzeugung der Routing-Tabellen Statisch Für jede Verbindung wird ein Weg (Route) gewählt und festgeschrieben Adaptiv Anpassung an aktuelle Netzsituation Auswahl des Weges nach Kosten Knoten Knoten : Preis, Verzögerungszeit, Leitungsqualität etc. Wie Tabellen erzeugen? Veränderung nur durch Eingriff des Netzoperators Isoliert Adaptiv lokale Information, verteilte Steuerung Verteilt Adaptiv Informationen von benachbarten Knoten, verteilte Steuerung Zentralisiert Adaptiv Informationen von allen Knoten, zentrale Steuerung Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie 7 Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie 8

3 Routing-Prinzip: Fluten Finden des Weges durch Fluten (Flooding) Paket wird an alle Nachbarknoten gesendet An Zwischenknoten wird das Paket ebenfalls an alle Nachbarknoten gesendet, jedoch nicht an den Knoten zurück, von dem es erhalten wurde Vorteil: Paket kommt immer an (solange überhaupt eine Verbindung existiert) Lösung: Zähler in Paket, über wieviele Router bereits übertragen wurde (maxhops) wird dekrementiert, Paket wird bei Zählerablauf vernichtet Problem: Ansteigen der Paketzahlen Routing-Prinzip: Fluten Finden des Weges durch Fluten (Flooding) Paket wird an alle Nachbarknoten gesendet An Zwischenknoten wird das Paket ebenfalls an alle Nachbarknoten gesendet, jedoch nicht an den Knoten zurück, von dem es erhalten wurde Problem: Ansteigen der Paketzahlen Lösung: Zähler in Paket, über wieviele Router bereits übertragen wurde (maxhops) wird dekrementiert, Paket wird bei Zählerablauf vernichtet Router merkt sich alle bereits übertragenen Pakete Vorteil: Paket kommt immer an (solange überhaupt eine Verbindung existiert) Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie 9 Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie 0 Routing-Prinzip: Zufall Finden des Weges durch Zufall (Random) unter Berücksichtigung sinnvoller Transportwege: Paket wird an einen zufällig ausgewählten Nachbarknoten gesendet An Zwischenknoten wird das Paket an zufällig ausgewählten Nachbarknoten gesendet, jedoch niemals an den Knoten zurück, von dem es erhalten wurde Verfeinerung: Zuordnung einer Wahrscheinlichkeit zu jeder Leitung (z.b. auf Basis der übertragbaren Datenrate) Hierarchisches Routing optimaler Weg Einteilung des Netzes in Regionen erfordert hierarchische Netzwerkadresse: hkuehn@et.htw-dresden.de damit: Verkleinerung der Weglenkungstabellen reduzierte Datenmengen für Verteilung der Weglenkungstabellen aber: suboptimales Routing (es wird nicht der effektivste Weg gewählt) Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie

4 Isoliert-adaptives Routing Verteilt-adaptives Routing Dynamische Weglenkungentscheidung je nach Situation im eigenen Knoten z.b. Warteschlangenlänge an einzelnen Ports jeder Knoten kennt die Verzögerung zu seinen Nachbarknoten die Knoten tauschen diese Informationen untereinander aus damit kennt jeder Knoten den optimalen Pfad zu jedem Knoten Probleme Nur lokale mikroskopische Betrachtung Keine Rücksicht auf Situation in anderen Knoten Vorteil schnelle Reaktion Lastverteilung Probleme Umfang der Weglenkungstabellen umfangreiche Weglenkungsinformationen müssen im Netzwerk übertragen werden optimale Dauer zwischen den Updates der Routing-Tabellen? zu lang: evtl. falsche (veraltete) Routing-Informationen zu kurz: großer Overhead nur in kleinen Netzen realisierbar ursprüngliche Weglenkung im ARPANET Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie Zentralisiert-adaptives Routing Delta-Routing H.Rudin 97 Zentrale (Routing-Center RC) mit globaler Sicht des Netzwerkes Netzknoten senden Statusinformationen an RC RC versendet Routing-Tabellen an alle Netzknoten Probleme komplexes Routing-Center Routing-Center hat genaues Abbild des Netzwerkes, ist aber nicht aktuell gute Nachrichten verbreiten sich schnell, schlechte nur indirekt 9 Kompromiss zwischen isoliertem und zentralem Routing kurzfristige Lastverschiebungen werden im lokalen Knoten entschieden RC versendet Routing-Tabellen an alle Netzknoten in regelmäßigen Abständen lokal global Warteschlangen Verzögerungszeiten Summen Beste Leitung verwendete Leitungen δ= Inhalt der Tabellen aktuell mögliche Verbindungen (unter Berücksichtigung von Ausfällen) Liste der besten Verbindungen um ein Ziel zu erreichen mit Angabe der derzeitigen Laufzeiten Delta als Maß für den lokalen Entscheidungs-Spielraum Entscheidung über zu verwendende Leitung es wird für jede mögliche Leitung die Verzögerungszeit bis zum Ziel abgeschätzt (eigene Warteschlange + Laufzeitinformation vom RC) Verteilung des Verkehrs auf alle Leitungen, deren abgeschätzte Verzögerung um weniger als Delta von der besten Leitung abweicht Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie

5 Routing - Forwarding Weiterleiten (Forwarding): Auswahl eines Weges auf Grund Zieladresse und Wegtabelle häufig in Hardware implementiert Routing: Prozeß des Erzeugens einer Wegtabelle so daß aufeinanderfolgende Weiterleitungen das Paket mit hoher Wahrscheinlichkeit zum Empfänger transportieren so daß der gewählte Weg effizient ist (Ressourcenausnutzung, Preis, Verzögerung ) in Software implementiert Warteschlangen (Queues) Warteschlangen dienen der Zuordnung von Bandbreite (Bandwidth): Welches Paket als nächstes übertragen? (scheduling) Puffer (Buffer): Welches Paket verwerfen? (buffer management) jeder Router muß Warteschlangen verwalten Verwaltung der Warteschlangen beeinflußt die Verzögerung der Pakete Eingänge Beispiel der Struktur eines Routers Queue Class A Class B Class C Class D Ausgänge Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie 7 Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie 8 Typische Warteschlangenverwaltung FIFO + drop-tail einfachste Variante im Internet weit verbreitet Scheduling: FIFO (first-in-first-out) Wer zuerst kommt mahlt zuerst zuerst angekommene Pakete werden auch zuerst weitergeleitet Nur eine Klasse von Paketen, keine Priorisierung Buffer management: Drop-tail Ende wegwerfen ankommende Pakete werden verworfen, wenn die Warteschlange voll ist nur eine Klasse von Paketen, keine Priorisierung Problem: wer mehr Pakete versendet, erhält mehr Service große Queues erforderlich, um Paketverluste zu vermeiden bei Stau große Wartezeiten bei Paketverlusten (üblicherweise gehen Pakete in Gruppen verloren) senden alle Endnutzer gleiche Anfragen erneut Oszillation der Warteschlangen Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie 9 Strategien zur Warteschlangen-Verwaltung Synchronisation: Zufall: Vernichte zufällig gewähltes Paket Spitze: Vernichte Paket vom Kopf der Queue Hohe Dauerlast oder Burst: Frühzeitig: Vernichte Pakete bevor die Queue voll ist Pakete nicht zu früh vernichten (die Queue könnte nur durch Burst und nicht durch wirkliche Überlast gefüllt sein) Schutz empfindlicher Datenströme? Pakete proportional zu ihrem Anteil an der Überlastung vernichten empfindliche Datenströme schützen (z.b. durch Prioritäten) Pakete vernichten oder markieren: Vernichten von Paketen beeinflußt die Zuverlässigkeit Markieren von Paketen: Mitarbeit der Endsysteme erforderlich Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie 0

6 Design-Richtlinien für Router Weiterleitungs-Tabelle (Routing-Table) am Beispiel Windows 000 (netstat -rn oder route print) hoher Durchsatz geringe Verzögerung Speicherplatz für Paket-Gruppen (bursts) Warteschlangen nach bursts bemessen und nicht nach Durchschnittsmenge der Pakete Konfiguration mit Software Vorbereitung für IPv Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie Rechner- oder Netzwerk-Adresse (Destination) Adresse des Routers zu dem gesendet wird zu verwendender Anschluß Netzwerkziel Netzwerkmaske Gateway Schnittstelle Anzahl Standardgateway:... Die Angabe eines Gateways (Begriff ist falsch, eigentlich Router!) definiert, über welche Adresse alle nicht direkt erreichbaren Adressen umgeleitet ( forward ) werden die Gateway-Adresse muß selbstverständlich erreichbar sein Bei mehreren Interfaces: trotzdem nur eine Tabelle mit Routing-Informationen! Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie Überblick Paketbehandlung vom Netzwerk d.h. von tieferem Layer könnte auch Loop-Back sein! Empfangenes Paket von eigener Maschine d.h. von höherem Layer Überblick IP-Routing Alle Maschinen - Router und Rechner (hosts) - haben eine Routing-Tabelle Die Routing-Tabelle bestimmt, wohin (zu welchem hop) jedes Paket weitergeleitet wird In der Routing-Tabelle ist nicht jedes Ziel aufgeführt Endziel? Ziel in Routing-Tabelle? Netzwerk in Routing-Tabelle? Ziel direkt verbunden? an Applikation übergeben (höheren Layer) Info dazu im Kopf des Pakets ist Maschine Router? Paket wegwerfen Paket versenden unter Berücksichtigung der Routing-Tabelle zum defaulthop senden (wenn nicht eingetragen: ICMP- Fehlermeldung an den Absender) Netzwerk direkt verbunden? zum angegebenen hop senden direkt zustellen zum angegebenen hop senden direkt zustellen Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie Rechnernetze Prof. Dr.-Ing. Hartmut Kühn Hochschule für Technik und Wirtschaft Dresden (FH) Layer : Folie