TAF 12.1: Rechnernetze

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1 Titelmasterformat durch Klicken TAF 12.1: Rechnernetze bearbeiten Switching-Konzepte und VLAN-Technologien Dr. Uchronski M.A. Dr. Thomas Uchronski 1

2 Switching in lokalen Rechnernetzen Dr. Thomas Uchronski 2

3 Ethernet-Switching Definition: Ein Layer2-Switch (englisch Schalter) verwendet MAC-Adressen zur Zustellung der Daten. Ein Switch verhindert Kollisionen im lokalen Netzsegment durch Mikrosegmentierung. Ein Switch hat aber keinen Einfluss auf die Broadcastdomäne. Dr. Thomas Uchronski 3

4 Ethernet-Switching Ein Switch hat im Gegensatz zu einem Hub - die Fähigkeit parallele und virtuelle Punkt-zu-Punkt-Verbindungen aufzubauen. Datenverkehr im Hub Datenverkehr im Switch Datenpakete werden verworfen richtig adressiertes Datenpaket Dr. Thomas Uchronski 4

5 Source-Address (MAC-Adresse) Switch-Betrieb Source-Address-Table (SAT) Port/Interface A Host B 64-BB-2B-8C-DB-46 Host A 32-AA-2A-8C-DA-23 Host C 96-CC-2C-8C-A6-69 B C Ein Switch hört den Datenverkehr ab und ermittelt so die Absender-MAC- Adresse und den dazugehörigen Port. Ein Switch füllt seine Source-Address-Table Schritt-für-Schritt auf, um ein Paket anhand der eingetragenen MAC-Adresse nur an die Zieladresse weiterzuleiten. Ein Switch arbeitet auf der OSI-Schicht 2. Im Einschaltmoment (= SAT ist leer) arbeitet ein Switch wie ein Hub. Dr. Thomas Uchronski 5

6 Source-Address-Table (SAT) Beispiel einer Web- Konfigurationsoberfläche Source-Address-Table (SAT) Dr. Thomas Uchronski 6

7 Ethernet-Switching Broadcastdomäne: Innerhalb einer Broadcastdomäne werden Broadcasts (= Informationen, Anfragen) an alle Hosts weitergeleitet. Alle Hosts (PCs, Notebooks, Netzerdrucker,...) an einem Hub oder einem Switch befinden sich in einer BC-Domäne. Hub Hub Kollisionsdomäne: Innerhalb einer Kollisionsdomäne werden alle Datenpakete mit dem Risiko einer Datenkollision weitergeleitet. Datenkollisionen werden bei einem Switch vermieden. Switch Dr. Thomas Uchronski 7

8 Grundlegende Switch-Typen Cut-Through a) Fast-Forward-Switching und b) Fragment Free => schnellste Switchingmethoden Error-Free-Cut-Through/Adaptive Switching Store-and-Forward => langsamste Switchingmethode Dr. Thomas Uchronski 8

9 Ethernet-Switching [1] Cut-Through Switching sobald die Ziel-Adresse feststeht, wird der Frame weitergeleitet. schnellste Art des Switchings, da keine Zwischenspeicherung verwendet wird. Frame Frame Frame Cut-Through Switch Cut-Through Switch Cut-Through Switch Frame Dr. Thomas Uchronski 9

10 Ethernet-Switching [2] Store-and-Forward Switching speichert Frame (Frame Buffer). berechnet CRC (Frame wird im Fehlerfall verworfen). überprüft Länge (Frame wird im Fehlerfall verworfen). benötigt beim asymmetrischen Switching (10/100/1000 Mbps). benötigt bei unterschiedlichen Medien / Technologien z.b. FDDI auf Ethernet. Frame Switch Store Frame Forward Switch Frame Dr. Thomas Uchronski 10

11 Switch-Typen (Auswahl) Ein Desktop-Switch ist für kleine Netze mit Arbeits-stationen, die hohe Performance benötigen, konzipiert. Ein Workgroup-Switch verbindet einige geswitchte Netzsegmente miteinander. Sie sind für größere Netze konzipiert, die in mehrere Workgroups aufgeteilt sind. Ein Backbone-Switch besitzt mehrere geswitchte 100/1000 Mbps- Ports. Bei größeren Netzen werden Server und Segmente über Backbone-Switches miteinander verbunden. Dr. Thomas Uchronski 11

12 Zusammenfassung Vorteile des LAN-Switchings Ein LAN-Switch ermöglicht : Bandbreiten -Optimierung durch die Möglichkeit Daten gleichzeitig zu übertragen. Flexibilität bei der Verwaltung des lokalen Rechnernetzes. Kollisionsfreie Umgebung. Verbessertes Antwortverhalten im Netz. Uplink mit hoher Datenübertragungsrate. Möglichkeit Sicherheitsmechanismen zu implementieren (z. B. VLAN). Dr. Thomas Uchronski 12

13 Virtual Local Area Networks Dr. Thomas Uchronski 13

14 DE-1200 Rx Auto Port Disable DE-1200 Rx Auto Port Disable DE-1200 Rx Auto Port Disable DE-1200 Rx Auto Port Disable DE-1200 Rx Auto Port Disable DE-1200 Rx Auto Port Disable Power AUI BNC MGMCollision Jabber State Tx Rx Utilization % Link ID Power AUI BNC MGMCollision Jabber State Tx Rx Utilization % Link ID Power AUI BNC MGMCollision Jabber State Tx Rx Utilization % Link ID Power AUI BNC MGMCollision Jabber State Tx Rx Utilization % Link ID Power AUI BNC MGMCollision Jabber State Tx Rx Utilization % Link ID Power AUI BNC MGMCollision Jabber State Tx Rx Utilization % Link ID RJ-45 CONNECTOR MODULE RJ-45 CONNECTOR MODULE RJ-45 CONNECTOR MODULE RJ-45 CONNECTOR MODULE RJ-45 CONNECTOR MODULE RJ-45 CONNECTOR MODULE SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD SD Virtuelles LAN (VLAN) Clients eines virtuellen LANs können logisch voneinander getrennt, aber physikalisch miteinander verbunden sein. Etagenverteiler 2 Verkauf VLAN 1 Support VLAN 2 Marketing VLAN 3 Verkauf Support Marketing Etagenverteiler 1 Gebäudeverteiler Dr. Thomas Uchronski 14

15 Gründe für den Einsatz von VLANs Sichere Datenkommunikation zwischen definierten Interessengruppen. Netzsegmentierung verringert Broadcasts. Interessengemeinschaften lassen sich gruppieren (Organisationsflexibilität). Dr. Thomas Uchronski 15

16 Virtuelle Local Area Networks Es existieren verschiedene Typen von VLANs: Layer-1-VLANs (Port-basierend) Layer-2-VLANs (MAC-basierend) Layer-3-VLANs (Protokoll-, Subnetz-basierend) Layer-3/4-VLANs (Policy-basierende VLANs, regelbasierend). Dr. Thomas Uchronski 16

17 Grundtypen von VLANs Port -based VLANs: Ist eine alte VLAN-Technologie bei der einzelne Ports des Switches VLANs zugewiesen werden. Der Switch vermittelt Ethernet-Frames dabei nur zwischen den Ports, die der Administrator in der Switch-Konfiguration demselben VLAN zugeordnet hat. Vorteil: Einfache Konfiguration. Nachteil: Unflexibel, wenn Ports belegt sind und ein weiterer Switch in das Netz eingebunden werden muss. Dr. Thomas Uchronski 17

18 Layer-1-VLANS (port-based) Dr. Thomas Uchronski 18

19 Layer-2-VLANs (MAC-based) Quell-MAC-Adressen dienen als Zugehörigkeitsmerkmal zu einem VLAN. Mehrere Endgeräte an einem Port können zu verschiedenen VLANs gehören. Vorteile: Erlaubt hohe Benutzerflexibilität. Sichere Netzstrukturen werden ermöglicht. Nachteile: Beim Austausch einer Netzwerkkarte in einem Endgerät entsteht Konfigurationsaufwand. Dr. Thomas Uchronski 19

20 Layer-2-VLANs (MAC-based) Dr. Thomas Uchronski 20

21 Layer-3-VLAN (protocol/subnet-based) Die Art der Layer-3-Protokolle (z.b. IP, IPX) kann die Zugehörigkeit zu einem VLAN festlegen. Subnetze (z.b. IP-Subnetze) können die Zugehörigkeit zu einem VLAN festlegen. Vorteile: Unabhängigkeit von der Hardware der Endgeräte. Sichere und flexible Strukturen werden ermöglicht. Die Konfiguration ist weitgehend automatisiert. Routing-Algorithmen können unterstützt werden. Nachteile: Keine Protokolltransparenz. Dr. Thomas Uchronski 21

22 Layer-3-VLAN (protocol/subnet-based) Dr. Thomas Uchronski 22

23 IEEE 802.1Q IEEE 802.1Q ist eine VLAN-Technologie, die paketbasierte tagged VLANs implementiert. Der Ausdruck Tagged leitet sich vom engl. Ausdruck material tags ab, das sind Warenanhänger mit denen Waren markiert werden. Die VLAN-Zuordnung wird durch Erweiterung des Ethernet-Frames um ein VLAN-Kennzeichen (VLAN ID) ermöglicht, um die logisch getrennten Subnetze zu identifizieren. Die VLAN-ID umfasst 2 12 Bit. Nach Abzug von zwei IDs (0, 4095) bleiben 4094 VLAN-Identifizierungsmöglichkeiten übrig. Dr. Thomas Uchronski 23

24 VLAN-ID (0-4094) Dr. Thomas Uchronski 24

25 Spanning Tree Protocol (STP) Dr. Thomas Uchronski 25

26 Das Spanning Tree Verfahren Das Spanning Tree Verfahren (Spanning Tree Algorithmus/STA) ist ein Verfahren zur Schleifenunterdrückung (sog. loops) in Bridges/Switches -gekoppelten lokalen Netzwerken, um das endlose Kreisen von Paketen in diesem Netzwerk zu verhindern. Dr. Thomas Uchronski 26

27 Spanning Tree Protocol (STP) Reserveverbindung Switches leiten Broadcast-Frames weiter! Schleifen können Broadcast-Stürme verursachen, wobei sich Frames exponentiell vermehren. Das Spanning Tree Protokoll lässt redundante Verbindungen zu. Dr. Thomas Uchronski 27

28 STP-Einstellungen in der Praxis Dr. Thomas Uchronski 28

29 Angriffe gegen L2-Switches Einer der einfachsten Angriffe gegen Switches egal ob sie VLANs einsetzen oder nicht lässt sich mit Werkzeugen wie macof oder dsniff umsetzen (z.b. Backtrack Live CD). Diese Werkzeuge generieren Pakete mit tausenden unterschiedlichen MAC-Adressen und bringen so die MAC- Tabelle des Switch zum Überlaufen. Der Switch kann sich in seinem begrenzten Speicher nicht mehr merken, welche MAC-Adresse hinter welchem Port angeschlossen ist und schaltet auf die nächstschlechtere Betriebsart herunter: Er wird zum Hub und kopiert alle Pakete zu allen Ports weiter der Angreifer kann nun auch Pakete mitschneiden, die nicht für ihn bestimmt sind. Diese Fallback-Automatik zum Hub-Modus muss man unbedingt bei der Konfiguration des Switches deaktivieren. Dr. Thomas Uchronski 29

30 Dr. Thomas Uchronski 30

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