Modul N5 - Routing. Informatik erleben. Anwendung: http, smtp. Transport: TCP, UDP. Segment. Vermittlung: IP. Datagramm. Sicherung: Ethernet, PPP

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1 N-Netze Modul - Routing eitrahmen 0 Minuten ielgruppe Sekundarstufe II Inhaltliche Voraussetzung keine, N4 von Vorteil Lehrziel Kennen lernen eines Routing-lgorithmus, sowie der Netzwerkschichten Motivation ie TN sollen auf spielerische rt und Weise durch die Simulation eines kleinen Netzwerkes einen Routing-lgorithmus kennen lernen. Wie auch im Straßenverkehr geht es darum den kürzesten Weg von einem Punkt zum nächsten zu finden. Requisiten Wollfäden, Kärtchen für Kosten der Verbindunglinien sowie für die enennung der Knotenpunkte: N-. und Vorgefertigte istanztabellen: N-., N-. Handout Partizipanden Gesamte Klasse, für die nimation werden je TN benötigt. Vorgehensweise. evor wir beginnen, uns einen Routing-lgorithmus anzusehen sollten wir generell darauf eingehen, wie omputernetzwerke aufgebaut sind. Wie auch bei der Kommunikation zwischen Menschen benötigen wir Vorschriften und Regeln, wenn omputer miteinander kommunizieren. afür gibt es Unterschiedliche Netzwerkprotokolle. Jeder Knoten in einem Netzwerk ist in unterschiedliche Schichten unterteilt, wobei jede Schicht eine gewisse ufgabe erfüllt und bestimmt Protokolle zur Verfügung stellt.. Nun können wir zu den Schichten über gehen, die in Netzwerkknoten verwendet werden, allerdings in einer vereinfachten arstellung (siehe auch -.). nwendung: http, smtp Transport: TP, UP Vermittlung: IP Sicherung: Ethernet, PPP Segment atagramm Rahmen itübertragung

2 ie nwendungsschicht betrifft uns als enutzer. Sie stellt Protokolle (Kommunikationsregeln) wie etwa HTTP zur Übertragung von Webseiten oder SMTP für E- Mails zur Verfügung. ie Transportschicht packt die Nachricht der nwendungsschicht in Segmente. Sie ist für die Kommunikation zwischen lient- und Serverseite zuständig. In der Vermittlungsschicht werden die Segmente in atagramme gepackt..h. das Segment bekommt noch eine usatzinformation (Header) dazu und auf dieser Schicht bleibt das eigentliche Segment unsichtbar. ie wischenstationen (Netzwerkknoten) sehen nur die Informationen des atagramms. ie Sicherungsschicht ist für die Übermittlung von ganzen Rahmen im Netzwerk zuständig. ie ufgabe kann man mit einem Postangestellten vergleichen, der den rief an den entsprechenden LKW weiterleitet, der ihn zur Postverteilerstelle in der ielstadt bringt. ie itübertragungsschicht überträgt einzelne its/signale aus dem Rahmen von Knoten zu Knoten.. as Routing betrifft die Vermittlungsschicht. Um die Pakete von einem Host (Knoten im Netzwerk) zu einem anderen Host zu schicken benötigt die Vermittlungsschicht eine Route, über die die Pakete geschickt werden sollen. Hier die beste Route zu finden, ist die ufgabe des Routing-Protokolls. iesem Routing Protkoll liegt ein Routingalgorithmus zu Grunde. Stellen wir uns folgendes Netzwerk vor, in dem es die Knoten -F gibt. argestellt werden kann ein Netzwerk mit Hilfe eines Graphen. ie Knoten im Graphen stellen Router dar, also Punkte an denen Entscheidungen über den zu wählenden Weg getroffen werden. ie Linien zwischen den Knoten werden Kanten genannt, die ahlen an den Kanten geben die Kosten für das Versenden eines Paketes an. as Versenden eines Paketes von nach kostet also weniger als das Senden eines Paketes von nach. E F er kürzeste Pfad von nach wäre in diesem eispiel der Weg über also mit Kosten von Grundsätzlich kann man Routing-lgorithmen in zwei rten unterteilen. Globale Routing- lgorithmen berechnen den Pfad zwischen der Quelle und dem iel mit Hilfe der globalen Kenntnis über das Netzwerk. ei einem dezentralen Routing-lgorithmus wird die erechnung des Pfades mit den geringsten Kosten verteilt durchgeführt..h. kein Knoten verfügt über die vollständige Information des Netzes, sondern jeder Knoten kennt nur die Kosten zu den Nachbarknoten. urch ustausch der Informationen mit den Nachbarknoten kann jeder Knoten die Nachbarknoten informieren. a sich dieser dezentrale lgorithmus für eine nimation besser eignet als der zentrale Routing-lgorithmus werden wir diesen in der nimation anhand eines kleinen eispiels durchsimulieren. Institut f. Informatiksysteme - - Informatik erleben

3 uerst soll aber ein eispiel einer istanztabelle für den Knoten E helfen, den istanz-vektor- lgorithmus zu verstehen: E iel E () In jedem Knoten, : Initialisierung: Für alle Nachbarknoten v: *(*,v) = // * bedeutet für alle eilen x (v,v) = c(,v) Für alle Richtungen, y Schicke min W (y,w) zu jedem Nachbarn Solange (wahr) Warte (bis sich Kosten zum Nachbarn ändern oder der Nachbar ein Update schickt) Wenn (sich Kosten zu allen ielen über Nachbar v um d ändern) ann erhöhe die Kosten für alle Richtugnen um d Sonst Wenn (sich der kürzeste Pfad von V zu geändert hat, Update von V) Erhöhe die Kosten um den neuen Wert Wenn es für ein iel neue Kosten gibt Schicke den neuen Wert für die minimalen Kosten an die Nachbarn Wir kennen also zu eginn nur die istanz zu unseren eigenen Nachbarn und erhalten dann in weiterer Folge von diesen die Informationen zu deren Nachbarknoten.. nimation: Für die nimation verwenden wir ein einfaches Netz aus drei Routern, und. In -. finden Sie für die Knotenpunkte die leeren istanztabellen. Unser Netz sieht folgendermaßen aus: Institut f. Informatiksysteme - - Informatik erleben

4 Nach dem Initialisierungsschritt sehen die istanztabellen für die Knoten, und folgendermaßen aus. ie Knoten kennen jeweils nur die istanz zu ihren Nachbarknoten. Fett geschriebene ahlen zeigen die aktuellen minimalen Kosten an. iel () iel () iel () Im nächsten Schritt werden die istanztabellen aktualisiert, nachdem die Nachbarknoten sich gegenseitig informiert haben. ie Minimalen Kosten von zu haben sich somit von zu geändert, da es günstiger ist, über zu zu gelangen als direkt von nach. iel () iel () iel () ie ktualisierungen gehen so lange weiter, bis es keine ktualisierungsnachrichten mehr von den Nachbarn gibt. ann geht der lgorithmus in einen Ruhezustand und die Knoten warten, bis sich die Kosten an einer Verbindungsleitung ändern. ann werden natürlich wieder die Nachbarn informiert. ie untenstehende leere Tabelle steht den Knotenpunkten zu eginn der nimation zur Verfügung (siehe V-.). iel () () () iel iel Jeder Router hat eine Tabelle für seinen Knotenpunkt und trägt somit ein, welche Kosten zum Nachbarknoten entstehen und informiert anschließend die Nachbarknoten darüber, welche Kosten zu den anderen Nachbarknoten entstehen. Wird z.. durch den ÜL eine Änderung der Institut f. Informatiksysteme Informatik erleben

5 Kosten vorgenommen, muss die Tabelle geändert werden und die Nachbarknoten müssen über die Änderungen informiert werden. Weiterführung: Führen Sie eine Änderung der Kosten durch... könnten Sie die Kosten zwischen und auf setzen und jene von auf auf 0, um den Schülern auch den ktualiersungsvorgang zu zeigen. Weiterführende Literatur Kurose, James; Ross, Keith: omputernetze. Ein Top-own-nsatz mit Schwerpunkt Internet. Pearson Studium. Münschen, 00. Gallenbacher, Jens: benteuer Informatik. IT zum nfassen von Routenplaner bis Online-anking. Spektrum kademischer Verlag, München, 00. Institut f. Informatiksysteme - - Informatik erleben

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