NOTE. Der Skorpion Diagnose Switch im Einsatz mit Wireshark. Der Diagnose Switch im Einsatz mit Wireshark EISK5-100T/H

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1 Der Diagnose Switch im Einsatz mit Wireshark application NOTE Der Skorpion Diagnose Switch im Einsatz mit Wireshark Ein wesentlicher Vorteil aktueller Ethernet Topologien liegt darin, dass Switche Datenpakete nur über Ports weiterleiten, hinter denen sich auch die an der Konversation teilnehmenden Clients befinden. Dies erhöht den resultierenden Datendurchsatz im Netzwerk, indem Clients nicht unnötig mit für sie wertlosen Datenpaketen belastet werden. Jedoch erschwert dieses Verhalten eine Fehlersuche; ein Netzwerk-Sniffer (Programme zur Analyse von Netzwerkprotokollen und deren Übermittlung) an einem ungenutzten Port des Switches wird nicht sein volles Potential ausschöpfen können, da er gar nicht die Gelegenheit bekommt, adressierte Pakete mitzuschneiden wichtige Informationen können so verloren gehen. Bisher bestand die Lösung des Problems darin, den Switch gegen einen klassischen HUB zu ersetzen doch mit dem Skorpion Diagnose Switch ist dies nun überflüssig. Der Skorpion Diagnose Switch verfügt über alle Vorzüge des modernen Switched Ethernet (inklusive Auto-MDIX und Auto-Negotiation) mit einer Ausnahme er besitzt keine Switching Tabelle. Dadurch werden alle Ports des Switches mit allen eingehenden Paketen (Adressierte ebenso wie Multicast und Broadcast Messages) regelrecht überflutet, so dass Diagnoseprogramme wie Wireshark den gesamten durch den Switch laufenden Netzwerkverkehr beobachten können. Dabei kann der Switch entweder permanent installiert oder je nach Bedarf von Station zu Station als reines Diagnosetool mitgenommen werden. Anwendung findet er zur Diagnose von Problemen direkt im Feld als permanent oder temporär verbauter Switch im Schaltschrank; oder aber zum Debuggen eines Programms in einem Entwicklerbüro. Auf wireshark.org der Website des gleichnamigen Projekts wird Wireshark als das Weltweit führende Netzwerkdiagnoseprogramm vorgestellt. Es ermöglicht das Abfangen und interaktive Durchsuchen ganzer Datenpakete derer Wireshark habhaft werden kann. Dank seiner zahlreichen Community-Mitglieder unterstützt Wireshark als Open-Source Projekt hunderte verschiedene Protokolle darunter auch das BACnet Protokoll. Dabei spielt es keine Rolle ob kabelgebundenes oder kabelloses Netzwerk. Es ist ein höchst nützliches Hilfsmittel, besonders beim beheben verzwickter Probleme; allerdings auch nur, wenn man die Möglichkeit hat den wirklich interessanten Traffic abzufangen. Moderne Ethernet Strukturen, mit ihren zahlreichen Switchen bereiten hier noch zusätzliche Schwierigkeiten und genau hier kommt der Skorpion Diagnose Switch ins Spiel. Die Verwendung des Skorpion Diagnose Switch in Verbindung mit Wireshark verlangt nach einigen näheren Betrachtungen zum richtigen Einsatz, welche im Folgenden genauer beleuchtet werden sollen. EISK5-100T/H Wireshark und das Flossen Logo, sind registrierte Markenzeichen der Wireshark Foundation, welche unter zu erreichen sind.

2 Szenario #1 Der Diagnose Switch in temporärer Anwendung Der Skorpion Diagnose Switch kann permanent in eine Installation integriert oder nach abgeschlossener Zusammenstellung und Problembehebung durch einen regulären Skorpion Switch ausgetauscht werden. Beide Möglichkeiten haben ihre ganz eigenen Vor- und Nachteile. Es mag der am häufigsten eingeschlagene Weg sein den Skorpion Diagnose Switch temporär zu verwenden, jedoch kann dies unter Umständen auch unpraktisch sein. Das wohl grundlegendste Problem dabei ist die unausweichliche Tatsache, dass das Netzwerk für die Zeit des Ein- und späteren Ausbaus des Switches unterbrochen werden muss. Die Abbildungen unten soll dieses Szenario verdeutlichen. Das in Zeichnung 1 dargestellte Netzwerk verwendet einen regulären ungemanagten Skorpion Switch, den jede adressierte (Nicht-Broadcast) Nachricht nur über einen einzigen Port wieder verlässt. Wird nun ein PC zum Zwecke des Mithörens an einen nicht belegten Port angeschlossen, wird dieser PC keine der adressierten Nachrichten je zu Gesicht bekommen. Zeichnung 2 zeigt das gleiche Netzwerk, in dem der reguläre ungemanagte Switch gegen einen Diagnose Switch ausgetauscht wurde. Als Plattform für Wireshark wird zusätzlich ein Laptop in das Netzwerk gebracht. Da der Diagnose Switch nun alle Datenpakete an alle seine Ports weiterleitet (mit Ausnahme des einen Ports, über den der Switch die Nachricht empfangen hat), ist Wireshark in der Lage den gesamten Datenverkehr sichtbar zu machen. Nach Behebung des Problems werden Laptop und Diagnose Switch wieder entfernt und das Netzwerk letztendlich wieder in den Zustand von Zeichnung 1 zurück versetzt. Ist eine Netzwerkunterbrechung wie beschrieben zu tolerieren, wird dieses Szenario wahrscheinlich der zu wählende Weg sein. Zeichnung 1 Zeichnung 2 Seite 2

3 Szenario #2 - Der Diagnose Switch als permanenter Netzwerkswitch Falls gewünscht, kann der Skorpion Diagnose Switch ebenso gut permanent in ein System integriert werden. Hier sei jedoch besonders angemerkt, dass einige Vorteile klassischer Switche verloren gehen allerdings sollten diese in einem Master-Slave Netzwerk nicht groß ins Gewicht fallen. Zeichnung 3 zeigt den Skorpion Diagnose Switch als zentralen Netzwerkknoten der das Netzwerk permanent verbindet permanente Verbindungen sind hier durch schwarze Kabel gekennzeichnet. Müssen Diagnosearbeiten vorgenommen werden, wird nun einfach ein Laptop mit Wireshark temporär an einen nicht belegten Port des Diagnose Switches angebracht. Nach Abschluss der Untersuchungen wird der Laptop wieder entfernt um an anderer Stelle wieder zum Einsatz zu kommen. Das zu untersuchende Netzwerk wird während der Arbeiten nicht einmal unterbrochen. Natürlich spricht nichts dagegen den Laptop permanent als Plattform für Wireshark im Netzwerk zu belassen. Zeichnung 3 Szenario #3 - Der Diagnose Switch und eingebettete PtP Geräte Auch bei der Entwicklung von eingebetteten Automationssystemen über Ethernet kann der Diagnose Switch sehr hilfreich sein; er kann hierbei zwischen zwei solcher Systeme platziert werden um mit Wireshark deren Interaktionen untereinander sichtbar zu machen. Zeichnung 4 Seite 3 Verfügt das zu untersuchende System über ein PC-basiertes Gerät, auf dem Wireshark installiert werden kann, so ist die Untersuchung ein leichtes, indem der Datenverkehr einfach direkt auf diesem PC mitgeschnitten wird. Handelt es sich jedoch um ein System mit verschiedenen Geräten die nur über embedded Ethernet also keine individuell gestaltbare Systemumgebung verfügen, ist es unumgänglich einen PC in das Netzwerk zu integrieren um den Datenverkehr zwischen den Stationen zu untersuchen. An dieser Stelle könnte nun ein klassischer Ethernet HUB zum Einsatz kommen, jedoch sind diese selten geworden und nur noch schwer zu finden; außerdem unterstützen die meisten HUBs die heute übliche Datenrate von 100Mbps nicht! Der Skorpion Diagnose Switch jedoch beherrscht diesen Spagat. Zeichnung 4 zeigt eine solche Situation, in der zwei integrierte Ethernet Geräte in einer Peer-to-Peer Kommunikation verbunden sind. Der Diagnose Switch muss hier so installiert werden, dass er eine Verbindung zu allen Verkabelungen herstellt.

4 Szenario #4 - Der Diagnose Switch in einem verzweigtem Switch Netzwerk In einem weit verzweigten Netzwerk mit zahlreichen Switchen und umfangreichem PtP Verkehr kann es vorkommen, dass es nicht den einen Punkt gibt um gleich den gesamten Datenverkehr auf einmal abzufangen. Dennoch weisen die meisten industriell genutzten Ethernet Netzwerke wie in Zeichnung 5 dargestellt eine Master-Slave oder zumindest eine Client-Server Struktur auf, bei der entweder der Client oder der Master den gesamten Traffic initiiert und der Server bzw. der Zeichnung 5 Slave darauf reagiert. In einer solchen Situation ist es lediglich notwendig den Diagnose Switch dazu zu verwenden, die Kommunikation zwischen dem Client oder dem Master zu unterbrechen. Mit einer Anordnung wie in Zeichnung 6 dargestellt, lässt sich der gesamte Datenverkehr auswerten. Sollten jedoch Peer-to-Peer Kommunikationen zwischen den einzelnen Geräten auftreten, so ist es unausweichlich den Diagnose Switch wie in Szenario #3 zwischen diese Stationen zu setzen. Zeichnung 6 Seite 4

5 Typischer Wireshark Capture United States China United Kingdom Germany Contemporary Control Systems, Inc Curtiss Street Downers Grove, IL (Suzhou) Co. Ltd 11 Huoju Road Science & Technology Industrial Park New District, Suzhou PR China Ltd 14 Bow Court Fletchworth Gate Coventry CV5 6SP United Kingdom GmbH Fuggerstraße 1 B Leipzig Germany Tel: Fax: Tel: Fax: Tel: +44 (0) Fax:+44 (0) Tel: Fax: info@ccontrols.com info@ccontrols.com.cn info@ccontrols.co.uk info@ccontrols.de August 2011 Seite 5

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