Netzwerktechnik Aachen, den

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1 Netzwerktechnik Aachen, den Stephan Zielinski Dipl.Ing Elektrotechnik Horbacher Str. 116c Aachen Tel.: 0241 / zielinski@fh-aachen.de zielinski.isdrin.de 8 Lan-Geräte Die im Netzwerk eingesetzten Komponenten unterscheid man in zwei Hauptgruppen, in aktive und passive Komponenten. Bei passiven Komponenten handelt es sich um Geräte die keine Energie verbrauchen, wie z. B. Netzwerkkabel, Stecker und Patchpanel. Aktive Komponenten benötigen für Ihre Funktion Energie. Hierzu zählen Netzwerkkarten, Repeater, Transceiver, Hubs, Switche und Router. 8.1 Transceiver Transceiver sind eine Kombination aus Sender und Empfänger. In Netzwerkanwendungen bedeutet dies, dass sie eine Signalform in eine andere Signalform umwandeln. Sie sind der Schicht 1 zugeordnet, da sie Daten von einer Pin-Konfiguration und/oder einem Medium in eine andere bzw. ein anderes übertragen. Transceiver sind häufig in Netzwerkkarten integriert, die in der Regel als Geräte der Schicht 2 gelten. Transceiver sind aktive Netzkomponenten, die über einen Attachment Unit Interface (AUI)- Anschluss oder ein Netzgerät mit Strom versorgt werden. Abbildung: Transceiver (AUI auf 08_Lan Geräte.doc Kapitel 8 Lan Geräte Seite 1 von 7

2 8.2 Repeater Allgemein Repeater verstärken die elektrischen Signale in einem Netzwerk, die der Informationsübermittlung zu Grunde liegen. Sie haben einen Eingangs- und einen Ausgangsport. Repeater werden im OSI- Modell der Schicht 1 zugeordnet, da sie nur auf Bitebene arbeiten und keine anderen Daten auswerten Eigenschaften Repeater regenerieren ein Signal, das an einem Port ankommt, und leiten es über die anderen Ports des Repeaters weiter. Sie wirken auf der Bitübertragungsschicht (OSI-Schicht 1). Es findet keine Fehlerüberprüfung statt. Sie sind kostengünstig. Sie können Segmente mit unterschiedlicher Verkabelung verbinden, z. B. UTP und Koaxialkabel. Abbildung: Repeater 8.3 Hub Allgemein Ein Hub ist eine Erweiterung des Repeaters. Er hat gegenüber einem Repeater nicht nur einen, sondern mehrere Ausgangsports. Daher wird ein Hub auch als Multiport-Repeater bezeichnet. Der Unterschied zum Repeater liegt in der Zahl der Hosts, die an das Gerät angeschlossen werden können Technik Hubs werden verwendet, um einen Verbindungspunkt für die Verkabelungsmedien zu schaffen und die Zuverlässigkeit des Netzes zu verbessern. Die Zuverlässigkeit des Netzes lässt sich erhöhen, indem man sicherstellt, dass das gesamte Netz beim Ausfall eines einzelnen Verbindungsmediums ohne Unterbrechung weiterarbeiten kann. Hierin liegt der Unterschied zur Bus-Topologie, bei der das gesamte Netz ausfällt, sobald ein Kabel defekt ist. Hubs werden der Schicht 1 zugeordnet, da sie lediglich das Signal vom Eingangsport auffrischen und an alle anderen Anschlüsse (Netzwerkverbindungen) senden. Es gibt verschiedene Klassifizierungen von Hubs in der Netzwerktechnik. Die erste Klassifizierung unterscheidet aktive und passive Hubs. Bei den meisten modernen Hubs handelt es sich um aktive Geräte. Sie beziehen Strom über eine externe Stromversorgung, um die eingehenden Netzwerksignale neu zu generieren. Passive Hubs teilen das Eingangssignal lediglich auf wie bei einem an einen CD-Player angeschlossenen Kabel, das sich teilt und zu zwei Paar Kopfhörern führt. Passive Hubs frischen 08_Lan Geräte.doc Kapitel 8 Lan Geräte Seite 2 von 7

3 keine Bits auf. Sie erweitern die Länge eines Kabels also nicht, sondern ermöglichen lediglich, daß zwei oder mehr Hosts an dasselbe Kabelsegment angeschlossen werden können. Abbildung: Hub 8.4 Bridge Allgemein Eine Bridge ist ein Gerät der OSI-Schicht 2, das zwei LAN-Segmente verbindet. Sie filtert den Verkehr in einem LAN und stellt sicher, dass sich lokaler Datenverkehr auch nur innerhalb lokaler Grenzen bewegt. Gleichzeitig ermöglicht eine Bridge aber die Verbindung zu anderen Teilen (Segmenten) des LANs für Daten, die dorthin gesendet wurden Technik Hauptvorteil einer Bridge ist die Transparenz für höhre Protokolle, die den Datenverkehr für jedes beliebige Protokoll der Netzwerkschicht durchlässig macht. Eine Bridge filtert den Datenverkehr anhand der MAC-Adresse, sie erstellt Tabellen mit allen MAC-Adressen, die sich auf der einen und der anderen LAN-Segmentseite befinden, und ordnet diese zu. Wenn Daten über die Netzwerkmedien übermittelt werden, vergleicht eine Bridge ihre Tabelleninformationen mit der Ziel-MAC-Adresse der Daten und leitet diese nur dann in das jeweils andere LAN-Segment weiter, wenn sich Quell- und Zielhost in verschiedenen LAN- Segmenten befinden. Die Funktionalität einer Bridge ist softwareseitig implementiert. 08_Lan Geräte.doc Kapitel 8 Lan Geräte Seite 3 von 7

4 Abbildung: LAN-Segmentierung mit einer Bridge Funktionsweise Der Begriff Bridging bezieht sich auf eine Technologie, in der ein als Bridge bezeichnetes Gerät zwei oder mehrere LAN-Segmente verbindet. Eine Bridge überträgt Datagramme eines Segments zu den Zielstationen in anderen Segmenten. Wenn eine Bridge hochgefahren und in Betrieb genommen wird, untersucht sie die MAC-Adresse der eingehenden Datagramme und erstellt eine Tabelle mit bekannten Zielen. Wenn die Bridge feststellt, dass sich das Ziel eines Datagramms im selben Segment wie die Quelle des Datagramms befindet, verwirft sie das Datagramm, da eine Übertragung überflüssig ist. Stellt die Bridge fest, dass sich das Ziel in einem anderen Segment befindet, überträgt sie das Datagramm nur an dieses Segment. Kennt die Bridge das Zielsegment nicht, überträgt sie das Datagramm an alle Segmente mit Ausnahme des Quellsegments diese Technik wird Flooding genannt. Der Hauptvorteil des Bridging liegt darin, dass es den Verkehr auf bestimmte Netzwerksegmente beschränkt. Ethernet-LANs, die das LAN mit Hilfe einer Bridge segmentieren, stellen jedem Benutzer eine höhere Bandbreite zur Datenübertragung zur Verfügung, da jedes Segment eine geringere Anzahl von Benutzern enthält. Im Gegensatz dazu bieten LANs, die nicht durch Bridges segmentiert sind, eine geringere Bandbreite pro Benutzer, da sich in einem nicht segmentierten LAN eine größere Anzahl von Benutzern befindet. Bridges erhöhen die Latenzzeit in einem Netzwerk um 10% bis 30%. Diese Latenzzeit entsteht dadurch, dass Bridges bei der Datenübertragung Entscheidungen treffen müssen. Bridges werden als Store-and-Forward-Geräte betrachtet, da sie im Frame das enthaltene Feld mit der Zieladresse untersuchen müssen, bevor sie die Schnittstelle ermitteln können, an die der Frame weitergeleitet werden soll. Die Zeit, die für diesen Prozess erforderlich ist, verlangsamt die Übermittlungsvorgänge im Netzwerk und verursacht eine Latenzzeit Latenzzeit Die Latenzzeit, die auch als Übertragungsverzögerung bezeichnet wird, ist die Zeit, die ein Daten- Paket benötigt, um von der Quellstation zum endgültigen Ziel im Netzwerk zu wandern. Da Ethernet-LANs die CSMA/CD-Methode verwenden, um eine bestmögliche Übertragung zu gewährleisten, muss im System eine gewisse Latenzzeit vorhanden sein, um Kollisionen zu erkennen und Übertragungsrechte für das Netzwerk auszuhandeln. Die Latenzzeit hängt nicht nur 08_Lan Geräte.doc Kapitel 8 Lan Geräte Seite 4 von 7

5 von der Entfernung und der Anzahl der Geräte ab. Wenn Arbeitsstationen beispielsweise über drei Switches miteinander verbunden sind, herrscht zwischen den beiden Arbeitsstationen eine kürzere Latenzzeit, als wenn die Daten über zwei Router übertragen werden müssten. Dies liegt daran, dass Router komplexere und zeitaufwendigere Funktionen zur Entscheidungs-findung ausführen. 8.5 Switche Allgemein Switches arbeiten auf der Sicherungsschicht des OSI-Modells. Ein Switch hat dieselben Funktionen wie eine Bridge, aber mit mehr Ports. Switches werden deshalb auch als Multiport- Bridges bezeichnet. Die Funktionalität von Switches ist hardwareseitig implementiert und ermöglicht dadurch höhere Übertragungsraten als eine Bridge. Abbildung: Switch Switching Beim Switching handelt sich um eine Technologie zur Verringerung von Überlastung in Ethernet-, Token Ring- und Fiber Distributed Data Interface (FFDI)-LANs, wobei der Datenverkehr reduziert und die Bandbreite erhöht wird. Switching ist der Prozess, bei dem über eine Schnittstelle ein eingehendes Datenpaket der Sicherungsschicht, ein Frame, über eine andere Schnittstelle weitergeleitet wird. Switching erfüllt zwei grundlegende Funktionen: Switching von Frames Erstellen und Verwalten von Switching-Tabellen Der Switch untersucht in einem Frame die enthaltene MAC-Adresse der Zielstation. Kann er anhand seiner Switching-Tabelle feststellen, in welchem Segment sich die Zielstation befindet, so switcht er den Frame an den entsprechenden Port. Ist keine Information über die MAC-Adresse der Zielstation vorhanden, so wird eine Broadcastnachricht an alle angeschlossenen Segmente, ausgenommen dem Segment der Quellstation, gesandt und aus der Antwort das richtige Segment ermittelt und der Switching-Tabelle hinzugefügt. 08_Lan Geräte.doc Kapitel 8 Lan Geräte Seite 5 von 7

6 8.6 Switching-Modi Es gibt zwei Switching-Modi zum Weiterleiten eines Frames durch einen Switch: Store-and-Forward-Switching Cut-Through-Switching Store-and-Forward-Switching Hierbei wird der gesamte Frame gelesen, bevor er weitergeleitet wird. Fehler werden häufig erkannt, da der Switch Zeit hat, den Frame daraufhin zu überprüfen, während er auf den vollständigen Empfang des Frames wartet. Allerdings ist die dadurch entstehende Latenzzeit relativ groß Cut-Through-Switching Der Switch liest die Zieladresse bevor der gesamte Frame angekommen ist. Der Frame wird dann bereits vor dem vollständigen Empfang weitergeleitet. Dieser Modus reduziert die Latenzzeit für die Übertragung, führt jedoch zu einer geringeren Fehlererkennung. 8.7 Router Allgemein Ein Router verfügt über eine CPU, Speicher, Schnittstellen und einem internen Bus. Er kann daher als Spezialcomputer bezeichnet werden. Allerdings besitzt der Router keine Video- und Audioausgabegeräte oder Eingabegeräte wie Tastatur und Maus, sondern ist einzig und allein für das Routing zuständig. Der Router ist ein Computer, der den besten Pfad wählt und für die Paketvermittlung zwischen zwei verschiedenen Netzwerken zuständig ist. Abbildung: Pfadsuche im Internet 08_Lan Geräte.doc Kapitel 8 Lan Geräte Seite 6 von 7

7 8.7.2 Aufgaben Router sind wichtige Komponenten großer Intranets und des Internets. Sie arbeiten auf der Schicht 3 des OSI-Modells und treffen Entscheidungen auf der Grundlage von Netzwerkadressen im Internet mit Hilfe des Internet Protocol (IP). Die Hauptfunktion eines Routers besteht in der Wahl des besten Pfads für eingehende Datenpakete und Weiterleitung der Pakete an die geeignete Ausgangsschnittstelle mit Hilfe von Routing-Tabellen. Die Netzwerkinformationen in diesen Tabellen tauschen sie mit anderen Routern aus. Routing-Tabellen können zwar manuell konfiguriert werden, im Allgemeinen werden sie jedoch dynamisch über ein Routing-Protokoll verwaltet, das Informationen zur Netzwerktopologie mit anderen Routern austauscht. 8.8 Passive Komponeten Bei den passiven Komponenten in einem Netzwerk handelt es sich um Geräte die keine Energie verbrauchen. Dies sind meisten Geräte, die zur Schicht 1 (Layer 1) gehören. Hierzu zählen: Patchkabel Stecker /Dosen Patchpanel Kabel Schaltschränke. Über die passiven Komponenten werden die Signale über das Medium übertragen. Hierbei bestimmt das schlechteste Bauteil die Qualität der gesamten Strecke. Daher ist es besonders wichtig, dass man sich beim LAN-Design an die geltenden Normen hält. 08_Lan Geräte.doc Kapitel 8 Lan Geräte Seite 7 von 7