Projektierung und Betrieb von Rechnernetzen

Transkript

1 Projektierung und Betrieb von Rechnernetzen Bemerkung : Bitte die eingesetzte Farbe auf Seite 3 beachten!!! Verkabelung - Aufteilung von Bereichen aus organisatorischen Gründen

2 Bridges - arbeitet auf der Schicht 2 - Kopplung zwischen LANs * normale Bridge: 2 LANs * Multiport-Bridge: > 2 LANs (siehe unten) - Ein- bzw. Ausgangsschnittstelle bezeichnet man als Port / Interface - verwenden im Ethernet den Spanning Tree Algorithmus, der dafür sorgt, dass nicht nur Bridge-Schleifen erkannt, sondern die betreffende(n) Bridge(s) disabled werden. Fällt eine par. Bridge aus, so wird die vorher deaktivierte Bridge hinzugeschaltet (Ausfallsicherheit) Aufbau des Baums erfolgt über spez. Konfigurationsnachrichten - Lernalgorithmus einer Bridge Eine Bridge führt eine Relation zwischen MAC-Adressen und dem dazugehörenden Port (also dem angeschlossenen Netz) Diese Relation wird dadurch aufgebaut, dass die Bridge aus allen empfangenen Frames (auf allen Ports) die Quelladresse extrahiert und diese Daten speichert. Gespeichert wird alles im sogenannten Stations-Cache. - Weiterleitungsalgorithmus einer Bridge Ein Paket wird empfangen... *...liegt die Zieladresse im selben Netz wie die Bridge, wird das Paket verworfen, da der Empfänger das Paket bereits hat. (Bus-System) *...liegt die Zieladresse in einem anderen (aber bekannten) Netz, wird das Paket entsprechend weitergeleitet (ggf. nach erforderlichen Anpassungen bezüglich Netzgeschwindigkeit, Netztyp) *...liegt die Zieladresse in einem unbekannten Netz (also ist das Netz dieser Zieladresse unbekannt), wird das Paket an alle Ports geleitet. (Somit verhält sich die Bridge wie ein Hub) - Unterschiedliche Arten von Bridges * Translationale Bridge LANs müssen nicht unbedingt den gleichen Typ (z.b. Ethernet) oder dieselbe Geschwindigkeit haben + Frame-Größe müssen ggf. angepasst werden + unterschiedliche Geschwindigkeit ausgleichen durch Pufferung im Bridges * Multiport-Bridge Im Gegensatz zu einer normalen Bridge kann eine Multiport- Bridge auch mehr als 2 LANs miteinander verbinden. Allerdings ist dies wiederum nicht mit einem Switch zu vergleichen, da ein Switch sogar mehrere Verbindungen gleichzeitig herstellen kann, was die Multiport-Bridge nicht vermag.

3 * Transparente Bridge Die Rechner zweier LANs erkennen nicht, dass die LANs mittels einer Bridge verbunden sind. Gegen-Beispiel: schickt über Router an ein Paket. Bei einem ARP von.1.2 antwortet der Router mit seiner MAC (der dann das Paket weiterleitet) und nicht der Zielrechner selber. Bei der transparenten Bridge dagegen antwortet der Zielrechner mit seiner MAC-Adresse. Der Einsatz erfolgt bspw. im Ethernet. * Source Routing Bridge Diese Art von Bridges wird in Token-Rings eingesetzt: A Token- Ring 1 Bridge2 Token- Ring 2 Bridge1 Bridge3 Token- Ring 3 Bridge4 Token- Ring 4 B Legende: Weg 1 Weg 2 Weg 3

4 Erklärung: Rechner A will an Rechner B ein Paket senden. Hierfür schickt er zuerst ein Explorer-Frame heraus, das sich seinen Weg über Bridge1 und Bridge2 sucht. (= Weg 1) Bei Rechner B angekommen schickt dieser den Explorer- Frame zurück. Hierfür wird jeweils der Weg genutzt, auf dem der Frame hingeschickt wurde. (=Weg 2) Rechner A prüft nun, welcher Weg schneller war und schickt sein Paket (im oben gezeigten Beispiel) über Bridge 1 und 4. (= Weg 3) Im Gegensatz zum Ethernet Spanning Tree Algorithmus wird hierbei keine Bridge deaktiviert, sondern es bleiben alle im Einsatz. Eine Schleife wird dadurch erkannt, dass eine Bridge bei jedem Explorer-Frame seine ID (oder was auch immer) anhängt. Kommt der Frame erneut vorbei, erkennt die Bridge seine eigene ID und verwirft den Frame. * Encapsulation-Bridges + Besteht zwischen 2 LANs mit jeweils einer Bridge eine Verbindung über WAN, so wird bei der Sender-Bridge ein Paket eingepackt (=gekapselt), über das WAN ungesehen verschickt und bei der Empfänger-Bridge wieder ausgepackt + Im Gegensatz zur Translational Bridge erfolgt keine Umsetzung, so dass ein System im WAN das Paket verstehen könnte. Dementsprechend müssen bei beiden Encapsulation-Bridges die verbundenen LANs vom selben Netzwerktyp (z.b. Ethernet) sein - Unterscheidung zwischen LOCAL Bridge und REMOTE Bridge * Local : Verbindung von 2 LANs direkt miteinander * Remote : Verbindung von 2 LANs über ein WAN, wobei hier für jedes LAN eine Encapsulation-Bridge benötigt wird - Unterscheidung zwischen MAC- und LLC-Bridge * MAC : Normalfall für den Einsatz einer Bridge. Rechner A ist über 2 Bridges und einem WAN mit Rechner B ständig verbunden. Auch wenn die beiden Rechner zur Zeit nichts übertragen, besteht die WAN-Verbindung und kostet Geld.

5 * LLC : Ist eine Bridge zusätzlich mit LLC ausgestattet, so übernimmt sie den Auf- und Abbau der WAN-Verbindung, während die Verbindung zwischen Endgerät und der Bridge mittels LLC immer besteht. Nur im Bedarfsfall wird die Einwahl ins WAN vorgenommen. Hub - arbeitet auf der Schicht 1 - Unterscheidungen zwischen * Sternkoppler : verbindet mehrere Endgeräte miteinander, nutzt dabei Broadcast und kann nicht Einzelverbindungen herstellen * Konzentratoren :??? * Repeater : verbindet LANs miteinander (über eine größere Strecke, bereitet das empfangene Signal auf und schickt es weiter

6 Switch - arbeitet (normalerweise) auf der Schicht 2 * Schicht 2: Weiterentwicklung einer Multiport-Bridge * Schicht 3: zusätzlich Verwaltung von IP-Adressen * Schicht 4: zusätzlich Verwaltung von TCP-Ports (z. B. Port 80) Trotzdem würden Switches ab Schicht 3 auf Schicht 2 arbeiten, falls es möglich ist, also Sender und Empfänger sich im gleichen Subnetz befinden. Da Schicht 2 hardware-orientiert arbeitet, kann die Verarbeitung wesentlich schneller erfolgen. - stellt (gleichzeitig) mehrere Einzelverbindungen über seine Ports (direkt) zwischen 2 Endgeräten her - Unterschiedliche Arbeitsweisen * Cut-Through-Switching : - ein ankommender Frame wird auf + Präambel (Takt-Synchronisierung; zykl. Folge von 0 und 1) + StartFrameDelimiter (Startcode für den Frame) + DestinationAddress (ZielAdresse) überprüft und dementsprechend in das jeweilige Netzsegment geschickt - schneller als Store-and-Forward * Store-and-Forward-Switching : - ein ankommender Frame wird komplett eingelesen und wird auf CRC-Fehler und Weiterleitungsentscheidungen hin überprüft + Weiterleitung bei korrekten Frames in das entsprechende (Sub-) Netz + Verwerfung von fehlerhaften Frames - wird in fehleranfälligen Netzen eingesetzt, damit inkorrekte Frames nicht (zu Lasten des Netzes) weitergeschickt werden - wegen der Überprüfung langsamer als Cut-Through-Switching Moderne Systeme sind in der Lage automatisch zwischen beiden Switching-Verfahren entsprechend der Netzwerk-Fehlerquote umzuschalten (=Hybridsysteme) - Unterschiedliche Typen * Frame-Switching bei MAC-Frame (Ethernet,...) * Cell-Switching bei Zellen (ATM,...) - Switch-Überlastung * Der Switch verfügt über eine Queue für die Frames, die er verteilen muss. Wenn die Queue voll ist, muss er signalisieren, dass er keine Frames mehr annehmen kann. Da auf der Schicht 2 keine Möglichkeit der Flusskontrolle existiert (erst ab Schicht 4 möglich), erzeugt er eine künstliche Kollision ( Back Pressure ), um den Sender zum Warten zu zwingen.

7 Router - arbeiten auf Schicht 3 * Bridging Router: versucht erst auf Schicht 3, dann auf Schicht 2 (für Netze, die OSI-Schichten 3 und 4 nicht klar trennen, z. B. NetBios) - Arbeitsweise: * Ablauf: - Rechner A will ein Paket zu Rechner B schicken - Paketinhalt: ABcd - 1. Haltestelle ist der Router mit der MAC d, der dem Paket anstelle der MAC c (von Rechner A) seine eigene MAC d gibt und die MAC des 2. Routers einsetzt -> ABde - 2. Haltestelle ist der Router mit der MAC e, der dem Paket anstelle der MAC d (von Router 1) seine eigene MAC e gibt und die MAC des 3. Routers einsetzt -> ABef - 3. Haltestelle ist der Router mit der MAC f, der dem Paket anstelle der MAC e (von Router 2) seine eigene MAC f gibt und die MAC des Zielrechners B einsetzt -> ABfz - Endstation ist Rechner B - auf dem ganzen Weg bleiben die IP-Adressen A und B unverändert - Weiterentwicklung: Multiprotokoll-Router * versteht mehrere Protokolle (z.b. TCP/IP, SPX/IPX,...), kann aber nicht zwischen den unterschiedlichen Protokollen vermitteln

8 Unterschied zwischen Repeater, Bridge und Router - Unterschiedliche Hardware ermöglicht unterschiedliche Verbesserungen des Netzauslastung bzw. Kollisionenvermeidung

9 - Architekturen * Shared Bus: - Der Bus ist das zentrale Element des Datentransfers innerhalb des Switches - Jeder Port mit unterschiedlichen Technologien erhält Zugriff auf den Bus. Die zentrale Verarbeitung der Pakete gestattet eine Filterung- und Fehlererkennung - Das der Bus die einzige Transportressource darstellt, besteht die Gefahr eine bandbreitenerschöpfung * Shared Memory: - Einsatz bei Store-and-Forward-Switching - Switches dieses Prinzips besitzen pro Port einen eigenen Prozessor, der dynamisch Punkt-zu-Punkt-Verbindungen über einen zentralen Bus aufbaut. Alle Ports greifen über diesen Bus auf einen Pool von Puffern zu (unten der Memory -Block), der zwischen den Input- und Outputports geteilt wird. Einlaufende Pakete werden in den Pool geschrieben, zu sendende Pakete werden aus ihm gelesen Multiplexer Memory

10 * Crossbar Switch: - Einsatz bei Cut-Through-Switching - Pakete werden auf ihre Adresse analysiert und über eine Matrix aus Punkt-zu-Punkt-Verbindungen an den betreffenden Outputport weitergeleitet. - Mehrere Inputbusse führen zu einem kompleren Aufbau der Forwarding-Tabelle Uni-, Broad- und Multicast * Unicast: - Jedes Endsystem erhält seinen eigenen Datenstrom

11 * Broadcast: - Ein Datenstrom für alle * Multicast: - Ein Datenstrom für eine bestimmte Gruppe - Nutzung von Class D ( bis ) - Steuerung über IGMP: Internet Group Message Protocol + Gruppen lassen sich definieren + Mitgliedschaft ist dynamisch (join, leave, state transition,...)

12 Netzmanagement - Ziele in einem (großen) Netzwerk * möglichst hohe Verfügbarkeit - gutes Netzdesign (Planung) - Redundanzen (doppelte Server etc.) * Fehler schnell entdecken und beheben - gutes Netzdesign (Planung) - SNMP mit RemoteMonitoring * hohe Performance - gutes Netzdesign (Planung) - relevante Daten + Antwortzeiten + Übertragungsraten + welcher Traffic (wer und wohin) + Peak-Zeiten - Objekte, die für das Tuning relevant sind + Router, Switches,... + Endgeräte + zentrale Systeme (Server) + Kabelsegmente / Übertragungsmedien - Messdaten + Durchsatz + Verzögerungszeit + Wartezeit auf eine Ressource + Fortpflanzungszeit der Nachricht + Reaktionszeit bei Transaktionssystemen - Messmöglichkeiten + Messgerät für Durchsatz + Kabelmessgerät + Protokollanalysator + spezielle Software - Konfigurationsmanagement + Klassifizierung der Netzobjekte in Geräte, Software und User + Attribute an Netzobjekte vergeben (SNMP -> MIB)

13 * Sicherheit - gutes Netzdesign (Planung) - Firewall + Packet-Filter # Schicht 2 bis 4 # verbieten von Diensten (z.b. HTTP, FTP) durch Port-Sperre + Application Gateway # Schicht 5 bis 7 # versteht ein Protokoll und kann Informationen auswerten und entsprechend agieren (z.b. FTP ist grundsätzlich erlaubt, aber der Upload von *.EXE-Dateien ist verboten) + Intrusion Detection ( Eindringlings-Erkennung ) # entdeckt Missbrauch auf Netzwerkebene (Ping- Flodding, Port-Scanning,...) # erkennt Anomalien (vom System oder Anwender) # Intrusion Response ( Alarm schlagen bei Einbruch ) + Anforderungen an eine Firewall # Identifikation/Authentifikation für Netzadmin auf gesichertem Weg # Alarm bei Ausfall/Problemen # Filterregelung auf Widerspruchs-Freiheit prüfen * Abrechnungsmanagement (Accounting) - Erfassen von Leitungen (Datenmenge, Übertragungszeit, Porzessorzeit, Webspace, Verzögerungszeit,...) - Policy Based Networking * Ablauf (am Beispiel eines Providers): - Unternehmensstrategie ( Profi-Hosting hat immer Vorrang ) - Network Policy (Anfrage von Host X haben Vorrang ) - einfache/lesbare Aussagen ( If IP=x then zuerst bearbeiten ) - Regeln für die Komponenten (PUSH, POP,...) * Zielsetzung - Effizienz - Bedienung von Kundenwünschen nach bestimmten Regeln (Service Level Agreements)

14 - Quality of Service * technische Umsetzung der Policy Based Networking * Queuing-Techniken - Priority Queuing + Klassifizierung der Eingangspackete + schnelles Durchschleusen von HighPriorityPacketen + Nachteil: LowPriorityPackete werden benachteiligt und kommen gar nicht mehr dran - Costum Queuing + Klassifizierung der Eingangspackete + Weiterleitung in eine bandbreiten-definierte Queue + Nachteil: Ggf. sind schnellere Queues leer, aber die Bandbreite dafür bleibt trotzdem reserviert - Weighted Fair Queuing + Klassifizierung der Eingangspackete + flexible Anzahl von Queues, Verteilung von Bandbreite bei wenig Netzverkehr * Integrated Service ( IntServ ) - einzelne Datenströme gezielt Ressourcen zuordnen - 3 Service-Klassen + Best effort ( nimm alles, was Du kriegen kannst ) + controlled-load-service (einzelne Anwendungen bekommen eine bestimmte Bandbreite, andere QoS-Parameter fallen unter den Tisch) + guaranteed Service (garantierte Bandbreite und definierte Verzögerungszeiten) - Reservierung mittels RessourceReservationProtocol RSVP) + Schicht 3 + Aufbau einer Ende-zu-Ende-Verbindung und Reservierung eines Pfades + braucht IPv6