NETZWERK- PROJEKTE PLANUNG, REALISIERUNG, DOKUMENTATION UND SICHERHEIT VON NETZWERKEN

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1 anatol BADACH sebastian RIEGER NETZWERK- PROJEKTE PLANUNG, REALISIERUNG, DOKUMENTATION UND SICHERHEIT VON NETZWERKEN

2 Badach/Rieger Netzwerkprojekte CHV Newsletterhinweis Computer Bleiben Sie auf dem Laufenden! Der Hanser Computerbuch-Newsletter informiert Sie regelmäßig über neue Bücher und Termine aus den verschiedenen Bereichen der IT. Profitieren Sie auch von Gewinnspielen und exklusiven Leseproben. Gleich anmelden unter

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4 III Anatol Badach Sebastian Rieger Netzwerkprojekte Planung, Realisierung, Dokumentation und Sicherheit von Netzwerken

5 IV Die Autoren: Prof. Dr.-Ing. Anatol Badach und Prof. Dr. Sebastian Rieger, Hochschule Fulda Alle in diesem Buch enthaltenen Informationen, Verfahren und Darstellungen wurden nach bestem Wissen zusammengestellt und mit Sorgfalt getestet. Dennoch sind Fehler nicht ganz auszuschließen. Aus diesem Grund sind die im vorliegenden Buch enthaltenen Informationen mit keiner Verpflichtung oder Garantie irgendeiner Art verbunden. Autoren und Verlag übernehmen infolgedessen keine juristische Verantwortung und werden keine daraus folgende oder sonstige Haftung übernehmen, die auf irgendeine Art aus der Benutzung dieser Informationen oder Teilen davon entsteht. Ebenso übernehmen Autoren und Verlag keine Gewähr dafür, dass beschriebene Verfahren usw. frei von Schutzrechten Dritter sind. Die Wiedergabe von Gebrauchsnamen, Handelsnamen, Warenbezeich nungen usw. in diesem Buch berechtigt deshalb auch ohne besondere Kennzeichnung nicht zu der Annahme, dass solche Namen im Sinne der Warenzeichen- und Markenschutz-Gesetzgebung als frei zu betrachten wären und daher von jedermann benutzt werden dürften. Bibliografische Information der Deutschen Nationalbibliothek: Die Deutsche Nationalbibliothek verzeichnet diese Publikation in der Deutschen Nationalbibliografie; detaillierte bibliografische Daten sind im Internet über abrufbar. Dieses Werk ist urheberrechtlich geschützt. Alle Rechte, auch die der Übersetzung, des Nachdruckes und der Vervielfältigung des Buches, oder Teilen daraus, vorbehalten. Kein Teil des Werkes darf ohne schriftliche Genehmigung des Verlages in irgendeiner Form (Fotokopie, Mikrofilm oder ein anderes Verfahren) auch nicht für Zwecke der Unterrichtsgestaltung reproduziert oder unter Verwendung elektronischer Systeme verarbeitet, vervielfältigt oder verbreitet werden Carl Hanser Verlag München, Lektorat: Brigitte Bauer-Schiewek Herstellung: Irene Weilhart Umschlagdesign: Marc Müller-Bremer, München Umschlagrealisation: Stephan Rönigk Druck und Bindung: Kösel, Krugzell Ausstattung patentrechtlich geschützt. Kösel FD 351, Patent-Nr Printed in Germany Print-ISBN: E-Book-ISBN:

6 Inhalt 1 Netzwerkprojekte: Ziele, Risiken, Vorgehensweise, Koordination Netzwerkprojekt und IT-Infrastruktur Herausforderungen bei Netzwerkprojekten Stellenwert der IT im Unternehmen Verschiedene Aspekte der Netzwerkprojekte Netzwerk-Redesign als Migrationsprozess Gründe für Netzwerkprojekte Ziele bei Netzwerkprojekten...12 Typische Kategorien der Ziele beim Netzwerk-Redesign...12 Typische Megaziele beim Netzwerk-Design Bekannte Einflussfaktoren Unvorhersehbare Einflussfaktoren...19 Risikofaktoren bei Netzwerkprojekten...19 Risikomanagement allgemeine Vorgehensweise...21 Neue Herausforderungen Strukturierte Vorgehensweise Lebenszyklus eines Netzwerks Wesentliche Phasen bei der Netzwerkplanung Schritte der Planung und Realisierung von Netzwerken Realisierungsphase eines Netzwerks Netzwerkbetrieb und eventuelle Verbesserungen Schweizer-Käse-Modell bei der Netzwerkplanung...34 Modell des Netzwerk-Designs...34 Modell des Netzwerk-Redesigns Netzwerkprojekte und Wasserfallmodell Koordination des Netzwerkprojekts Dekomposition des Systemkonzepts Modell eines Teilsystemkonzepts Spezifikation eines Teilsystemkonzepts Erstellung des Projektablaufplans...44

7 VI Inhalt 1.5 Bedeutung der Netzwerkdokumentation Netzwerkdokumentation als Teil des Projekts Prinzip der rechnergestützten Netzwerkdokumentation Grundlegende Aspekte der Netzwerksicherheit Voraussetzungen für den Projekterfolg Prozessmodellierung in Netzwerkprojekten Bedeutung von ITSM bei Netzwerkprojekten Konzept von ITIL Bedeutung für Netzwerkprojekte Einsatz von PRINCE Abschließende Bemerkungen Analyse der Ist-Situation Ist-Analyse Ziele, Aufgaben, Dokumentation Ziel und Schwerpunkte der Ist-Analyse Hauptaufgaben der Ist-Analyse beim Redesign Hauptaufgaben der Ist-Analyse beim Design Dokumentation der Ist-Analyse Modellierung der Ist-Analyse Ist-Analyse beim Netzwerk-Design Ist-Analyse beim Netzwerk-Redesign Spezifikation von Zielvorstellungen Spezifikation von Schwachstellen Bestandsaufnahme des Ist-Zustands Analyse der Netzwerkdokumentation Analyse der Netzwerkstruktur Erhebung der Systeme Erhebung von Anwendungen Funktionelle Analyse Strategische Analyse Investitionsschutzrelevante Strategien Funktionsrelevante Strategien Organisatorische Analyse Technische Analyse Problem- und Anforderungsanalyse Eigenschaften von Wunschanforderungen

8 Inhalt VII Katalog von Wunschanforderungen Abhängigkeiten zwischen Wunschanforderungen Verweismatrix auf die Abhängigkeiten Spezifikation von Abhängigkeiten Zusammenstellung von Wunschanforderungen Physikalische Netzwerkinfrastruktur Anforderungen Anforderungen an das IP-Kommunikationssystem Wunschanforderungen an die Internetdienste Abschließende Bemerkungen Soll-Analyse Bestimmung von Projektanforderungen Ziel und Aufgaben der Soll-Analyse Soll-Analyse von Zielvorstellungen Soll-Analyse von Schwachstellen Eigenschaften der Projektziele Analyse der Realisierbarkeit Untersuchung einer Zielvorstellung Untersuchung einer Schwachstelle Dokumentation der Soll-Analyse Spezifikation von Projektanforderungen Netzwerkprojekt und sein Strukturplan Katalog von Projektanforderungen Katalog von Arbeitspaketen Erfassung von Projektabhängigkeiten Wichtige Entscheidungen bei der Soll-Analyse Make-or-Buy-Entscheidungen Analyse der strategischen Bedeutung des IT-Diensts Analyse der zu erwartenden Dienstqualität Analyse von Möglichkeiten der Dienstrealisierung Analyse von zu erwartenden Kosten Einsatz der SWOT-Analyse Idee der SWOT-Analyse Vorgehensweise bei der SWOT-Analyse Beispiel: SWOT-Analyse von VoIP-Hosting...158

9 VIII Inhalt 3.4 Zusammenstellung von Projektanforderungen Physikalische Netzwerkinfrastruktur Anforderungen Anforderungen an das IP-Kommunikationssystem Anforderungen an die Internetdienste Abschließende Bemerkungen Grundlagen zur Entwicklung des Systemkonzepts Komponenten des Systemkonzepts Physikalische Netzwerkinfrastrukturen Physikalische Netzwerkstrukturierung Funktionsbereiche in Netzwerken Strukturierter Aufbau eines Netzwerks Auf mehrere Gebäude verteilte Netzwerke Auf ein Gebäude begrenzte Netzwerke Konzept der strukturierten Verkabelung Verkabelung in einem Gebäude Netzstruktur mit FTTD im Zusammenspiel mit VoIP Redundante Auslegung der Verkabelung Hochverfügbare Netzwerkinfrastrukturen Negative Auswirkungen der Redundanz beim L2-Switching Einsatz des Protokolls STP RSTP und MSTP als Weiterentwicklung von STP Notwendigkeit von STP/RSTP Lösungen für Layer 2 Multipathing Redundante Auslegung von Distribution Switches Design von Datacenter-Netzwerken Klassisches Design von Datacenter-Netzwerken ToR-Architektur mit gemeinsamen Server- und Speicher-Racks ToR-Architektur mit getrennten Server- und Speicher-Racks EoR-Architektur in Datacentern Design von Datacenter-Netzwerken mit FCoE Partielle Konvergenz von LAN und SAN Globale Konvergenz von LAN und SAN Räumliche Strukturierung von Datacenter-Netzwerken

10 Inhalt IX 4.4 IP-Kommunikationssystem Design-Aspekte Ziele der logischen Netzwerkstrukturierung Grundlagen der logischen Netzwerkstrukturierung Bedeutung von VLAN Tagging Bildung von VLANs in Client-LANs Multilayer-Struktur vom Server-LAN mit Servervirtualisierung Anbindung von virtuellen Servern an Server Access Switches Bildung von VLANs im Server-LAN Distribution/Aggregation-Switch-überspannende VLANs Logische Struktur des IP-Kommunikationssystems Weitere Design-Aspekte Einsatz von privaten IP-Adressen Einsatz des Internetprotokolls IPv Design-Aspekte der Sprachkommunikation VoIP mit SIP: Systemkomponenten, ihre Funktionen Netzwerk mit Unterstützung von VoIP VoIP-VLAN mit offizielen IPv4-Adressen VoIP-VLAN mit privaten IPv4-Adressen Weitere VoIP-Design-Aspekte VoIP-Leistungsmerkmale VoIP-Adressierungsaspekte Bereitstellung der Internetdienste Hochverfügbare Internetanbindung Redundante Router-Auslegung Lastverteilung am Internatzugang Gestalung des Internetverkehrs mit BGP Hochverfügbare Internetdienste Webdienst Hochverfügbare Websysteme mit Load Balancing Hochverfügbare Websysteme mit Content-aware Web-Switching Hochverfügbare Internetdienste & Co Load Balancing für den dienst Universelle Load Balancer für hochverfügbare Internetdienste Verbesserung des diensts durch Filterung und Archivierung Vorgehensweise bei der Datensicherung...261

11 X Inhalt 4.8 Abschließende Bemerkungen Netzwerkdokumentation Struktur und Bestandteile Grundlegendes zur Netzwerkdokumentation Anforderungen an die Netzwerkdokumentation Struktur der Netzwerkdokumentation Netzwerkmodell hinsichtlich der Dokumentation Objektorientierte Form der Netzwerkdokumentation Objektorientiertes Netzwerkmodell Dokumentation der Netzwerkobjekte Dokumentation von Nachbarschaften Dokumentation der physikalischen Netzwerkstruktur Dokumentation des Client-LAN Dokumentation von Installationsstrecken Anbindung von Client-Rechnern an Access Switches Anbindung von Access Switches an Distribution Switches Anbindung des Client-LAN an das Core-Netzwerk Dokumentation des Server-LAN Anbindung des Server-LAN das Core-Netzwerk Anbindung von Server-ASs an Aggregation Switches Anbindung von Server an Access Switches Dokumentation von Wirt-Servern Anbindung von Servern an LAN und SAN Dokumentation der logischen Struktur Weitere Bestandteile der Dokumentation Dokumentation der Sprachkommunikation Dokumentation des Internetzugangs Dokumentation der Datensicherung Abschließende Bemerkungen Planung und Realisierung der Netzwerksicherheit Probleme der Netzwerksicherheit Aspekte der Netzwerksicherheit Ziele der Netzwerksicherheit Sicherheitsproblembereiche in Netzwerken

12 Inhalt XI Einführung einer DMZ Sicherheitsproblembereiche bei einer DMZ und 2-stufiger Firewall Sicherheitsproblembereiche bei einer DMZ und 1-stufiger Firewall Phasen des Netzwerksicherheitsprozesses Netzwerksicherheitsprozess als PDCA-Zyklus Initiierung des Netzwerksicherheitsprozesses Vorgehensweise bei der Initiierung Netzwerkstrukturanalyse Erhebung der Systeme Erhebung von Anwendungen Bildung der Sicherheitsproblembereiche Festlegung der Koordinationsprinzipien Planung der Netzwerksicherheit Phasen und Zustände bei der Planung Schweizer-Käse-Modell bei der Planung Realisierung der Netzwerksicherheit Überwachung und Verbesserung der Netzwerksicherheit Ermittlung des Schutzbedarfs Beschreibung der Sicherheitsschwachstelle Bedrohungsanalyse Ziele und Vorgehensweise Aussage über den Schutzbedarf Risikoanalyse Erfassung des Schutzbedarfs Festlegung von Sicherheitsanforderungen Schutzbestimmung von Sicherheitsschwachstellen Erfassung der Schutzbestimmung Konzept für die Netzwerksicherheit Modell der Behebung einer Sicherheitsschwachstelle Spezifikation von Sicherheitslösungen Sicherheitslösungen für die Netzwerkinfrastruktur Lösungsansätze für einen sicheren Netzzugang Lösungen für die Sicherheit von Remote Access Services Sicherheitslösungen für externe Kommunikation Lösungsansätze für die Sicherheit im Serverbereich...345

13 XII Inhalt Sicherheitslösungen für den Clientbereich Lösungsvorschläge für die Sicherheit im Benutzerbereich Lösungsansätze für sichere Client-Server-Anwendungen Abschließende Bemerkungen Analyse der Wirtschaftlichkeit von Netzwerkprojekten Wirtschaftlichkeit von Netzwerkprojekten Grundlagen, Analysen Verschiedene Aspekte der Wirtschaftlichkeitsanalyse Netzwerkprojekte und Verkettung der Nutzeffekte Netzwerkprojekte interne und externe Effekte Zeitlicher Verlauf der Wirtschaftlichkeit Multidimensionale Wirtschaftlichkeitsanalyse Aufwandschätzung beim Netzwerkprojekt Kostenschätzung während der Netzwerkplanung Kostenermittlung während der Netzwerkrealisierung WiBe eine Einführung Wirtschaftlichkeitsanalyse im monetären Sinne Monetäre Wirtschaftlichkeit der Netzwerkplanung und -realisierung Monetäre Wirtschaftlichkeit des Netzwerkbetriebs TCO-Analyse und ihre Bedeutung Nicht-monetäre Wirtschaftlichkeitsanalysen Analyse der Dringlichkeit von Netzwerk-Redesign Analyse der qualitativ-strategischen Wirtschaftlichkeit Analyse der Wirtschaftlichkeit infolge externer Effekte Abschließende Bemerkungen Phasen der Netzwerkrealisierung Vorgehensweise bei der Netzwerkrealisierung Struktur des Lastenhefts Ausschreibung Konzept und Durchführung Festlegung von Rahmenbedingungen Ausschreibungsunterlagen Bewertung der Angebote Vertrag und Vertragszusätze

14 Inhalt XIII 8.4 Pflichtenheft für die Netzwerkrealisierung Netzwerkinstallation und -inbetriebnahme Aktivitäten bei der Netzwerkinstallation und -inbetriebnahme Technische Überprüfung des Netzwerks Vorgehensweise bei der Abnahme Netzwerkbetrieb und Notfallmanagement Notfallmanagement Ziele und Bestandteile Notfallmanagement als kontinuierlicher Prozess Notfallhandbuch Struktur und typische Angaben Betriebshandbuch Ziel, Struktur und Inhalt Abschließende Bemerkungen Aktuelle Netzwerktechnologien und Trends Ethernet-Standards Kompatibilität von Ethernet-Generationen Klassische Ethernets mit 10 Mbit/s Ethernets mit 100 Mbit/s Varianten von Gigabit Ethernets Arten von 10 Gigabit Ethernets und 100 Gigabit Ethernets Layer-2/3-Switches Funktionsweise, Einsatz Layer-2-Switches Weiterleitung von MAC-Frames Betriebsarten von Layer-2-Switches Layer-3-Switches Weiterleitung von IP-Paketen Generationen von Layer-3-Switches Switch/Bridge Port Extension Konzept von BPE nach IEEE 802.1Qbh Modell der BPE-basierten Netzwerke Einsatz von BPE in privaten Netzwerken Idee der Auslagerung von Ports eines L2-Switches Konzept und Bedeutung von TRILL Bedeutung von TRILL in Datacentern Übermittlung von Ethernet-Frames bei TRILL...435

15 XIV Inhalt Bedeutung von VLAN over VLAN mit TRILL Idee und Einsatz von Shortest Path Bridging Grundlegende Idee von SPB SPB-Variante SPBV SPB-Variante SPBM Einsatz von SPB in Datacentern VXLANs eine besondere Art von VLANs Vom VLAN zum VXLAN VXLANs oberhalb Layer-3-Netzwerke SDN Software Defined Networking Allgemeines SDN-Konzept Grundlegende SDN-Architektur OF-Switch logische Struktur und Funktionsweise OF-Switch-Funktionen auf Basis nur einer Flow Table IT-Outsourcing Arten und Möglichkeiten Realisierungsarten von IT-Outsourcing Managed Services fremde Systembetreuung Co-Location Services Hosting Services Bereitstellung einzelner Dienste Managed Hosting Bereitstellung mehrerer Dienste Cloud Computing Dienstleistung aus der Steckdose Abschließende Bemerkungen Literatur Abkürzungsverzeichnis Index...477