Modul 6 LAN-Komponenten (Repeater, Bridge, Switch)

Transkript

1 Lernziele: Nach der Lehrveranstaltung zu Modul 6 sollen Sie in der Lage sein, Modul 6 LAN-Komponenten (, Bridge, Switch) (a) die Grundfunktion eines s darzustellen, (b) die Anforderung, Notwendigkeit, Vorteile und Grenzen für den Einsatz von Brücken zu erläutern und (c) die Arbeitsweise einer Brücke sowie den Spanning-Tree-Algorithmus im Detail darzustellen ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie

2 Modul ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie

3 Ausbreitungsrichtung des Signals Eingangssignal aufgefrischtes Ausgangssignal Ethernet-Segment Ethernet-Segment aufgefrischtes Ausgangssignal Funktionen: Ethernet-Segment taktgerechte Signalregenerierung, Erzeugung bzw. Weiterleitung eines Jam-Signals zur Signalisierung von Kollisionen, Abtrennung fehlerhafter Kabelsegmente. Kollisionen werden nicht begrenzt!! ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie

4 Problemstellung: redundante Kabelverbindungen PC PC PC PC PC PC A B Aufgabe Zwei netze A und B sind über eine Kabelsegment miteinander verbunden. Um diese Verbindung zwischen den beiden netzen ausfallsicherer zu machen, kommt ein Netzadministrator auf die Idee, beide mit einem weiteren Kabel zu verbinden (siehe Abbildung). Führt diese Maßnahme zum gewünschten Ziel? zusätzliche redundante Kabelverbindung der Netze A und B durch ein weiteres Kabel zwischen den und sinnvoll? Weitere Hilfestellungen zur Lösungen bei Bedarf im Praktikum ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie

5 Modul 6. Brücke, Switch ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie 5

6 Grundfunktion der Brücke LAN ohne Brücke: Station A Station B Station C Station D Last im LAN? Station A Station B Brücke/ Switch Station C Station D LAN mit Brücke: Auftrennung von Kollisionsdomänen Station A Segment Segment Kollisionsdomäne Station B Brücke/ Switch Kollisionsdomäne Station C Station D Filterfunktion zusätzlich: Filterung fehlerhafter Rahmen Segment Segment ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie 6

7 Adresstabelle der Brücke Brücke Station A Station B Station C Station D Ausgangssituation Segment Segment Adresstabelle A sendet Rahmen nach B Brücke Station A Station B Station C Station D Rahmen_von_Station_A an_b Rahmen_von_Station_A an_b erster Eintrag in die Adresstabelle Segment Adresstabelle Segment Port ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie 7

8 Adresstabelle der Brücke B sendet Rahmen nach A Brücke Station A Station B Station C Station D Rahmen von Station B an A erste Filterung eines Rahmens Segment Adresstabelle Segment Port Port Brücke Station A Station B Station C Station D Segment Adresstabelle Segment Port Port Port Port ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie 8 Adresstabelle nach vollständigem Lernprozess

9 Grundfunktionen und -merkmale einer Brücke Die Brücke ist eine Netzkomponente, die auf Schicht arbeitet. Grundfunktionen und -merkmale einer Brücke: Lasttrennung durch Frame-Filterung, Auftrennung von Kollisionsdomänen, Transparenz der Brücke für die angeschlossenen Stationen, Weiterleitung von Broadcast- und Multicast-Nachrichten (führt zum Begriff der Broadcast-Domäne). Eine Broadcastdomäne wird typischerweise durch einen Router begrenzt, da Router keine (Layer)-Broadcast-Nachrichten weiterleiten, Selbstlernend, selbstkonfigurierend und Agingmechanismus sowie: Unterstützung redundanter Netzwerkpfade ( Spanning Tree), Bridge nutzt Store-and-Forward Mechanismus in Abgrenzung zum Switch ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie 9

10 Übungsaufgabe Switch P9 P Multiport- K repeater P 50 WS P5 WS B P K B 6 WS P0 P7 P8 K P WS C Router P Trans- ceiver K5 WS A P K Trans- ceiver P5 B Trans- ceiver P Router P6 Internet Aufgabe Gegeben sei das links beschriebene Netz: (a) Welche Ports gehören zur selben Kollisionsdomäne? (b) Welche Ports gehören zur selben Broadcastdomäne? ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie 0

11 Übungsaufgaben Aufgabe Angenommen, eine Brücke möchte einen neuen Eintrag in ihre Adresstabelle vornehmen. Die Kapazität der Adresstabelle ist jedoch ausgeschöpft. Wie sollte Ihrer Meinung nach die Brücke reagieren: ) Verwerfen des neuen Eintrages oder ) Überschreiben eines bestehenden Eintrages, der noch gültig ist? Aufgabe Diskutieren Sie Ihre Lösungen aus Aufgabe bezüglich der Fragestellung Sicherheit in Netzen. Hilfestellungen zur Lösungen bei Bedarf im Praktikum ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie

12 Problemstellung redundante Netzwerkpfade ( Spanning-Tree-Algorithmus) Station A Segment Brücke Brücke Segment Station B ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie

13 Finde einen spannenden Baum! Grundprinzip: Unterdrückung von Zyklen durch Deaktivierung von Verbindungen Mathematisch formuliert: Transformation einer beliebig vermaschten Netzstruktur durch Streichen von Kanten in einen spannenden Baum (= zwischen zwei beliebigen Punkten existiert genau ein Weg) ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie

14 Beispielnetz mit Brücken und n 0Base-T Fast-Ethernet Bridge Bridge 00Mb 0Base5-Ethernet 00Mb 6Kb 00Mb Bridge Fast-Ethernet 00Mb Bridge 00Mb 5 Bridge 00Mb Fast-Ethernet Fast-Ethernet Fast-Ethernet ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie

15 Spanning Tree Protokoll (STP) Voraussetzungen: Gruppenadresse für alle Brücken eines (Sub-)Netzes (0-80-C ) --> Zieladresse für das Brückenprotokoll Jede Brücke besitzt eine eindeutige Brückenkennung, die als Brücken-ID bezeichnet wird. --> Ermittlung der Root Bridge Jeder Port einer Brücke besitzt eine eindeutige Portkennung, die als Port-ID bezeichnet wird. --> Ermittlung des Root Ports und des Designated Ports Jedem Port müssen Pfadkosten abhängig von der Kapazität der angeschlossenen Leitung zugeordnet werden. --> günstige Wege werden vom bevorzugt ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie 5 Datenrate Pfadkosten (80.D-98) Pfadkosten (80.t-00) Mbit/s Mbit/s Mbit/s Mbit/s Gbit/s 0000 Gbit/s Gbit/s 000

16 Ablauf des Spanning Tree Algorithmus Vorbemerkung: Der Spanning Tree Algorithmus arbeitet auf einem logischen Netzmodell, bei dem die Brücken bzw. die Kollisionsdomänen die Knoten bzw. die Kanten darstellen. Schritt : Bestimmung einer Root Bridge. Brücke mit niedrigster Bridge-ID gewinnt. Schritt : Bestimmung eines Root Ports für jede Bridge (außer Root-Br.) (Root Port = Port mit kostengünstigster Gesamtverbindung zur Root Bridge), bei gleichen Pfadkosten gewinnt Port mit niedrigster Port-ID. Schritt : Für jede Kollisionsdomäne Wahl einer designierten (=aktiven) Bridge, für die die Pfadkosten zur Root-Bridge minimal sind. Falls nicht eindeutig bestimmt, Wahl der Bridge mit der niedrigsten ID. Markieren des entsprechenden Ports zur Kollisionsdomäne als designated. Markieren aller Ports der Root-Bridge als designated. Schritt : Blockieren aller Ports, die weder Root-Port noch designierter Port sind ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie 6

17 Kollisionsdomänen und Pfadkosten im Beispielnetz 0Base-T 00 Fast-Ethernet Pfadkosten = default-werte nach IEEE 80.D-98 Bridge 00 Bridge 00Mb 0Base5-Ethernet 00Mb 6Kb 00Mb Fast-Ethernet Bridge 00Mb Bridge 00Mb 5 Bridge 00Mb Fast-Ethernet Fast-Ethernet Fast-Ethernet ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie 7

18 Ausgangspunkt: Logisches Netzmodell mit Brücken, Kollisionsdomänen und Pfadkosten D D D D D ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie 8

19 Schritt : Bestimmung der Rootbridge und Berechnung der Pfadkosten zur Rootbridge 00 Ko.= D5505 Ko.=57 Ko.=56 00 Root 0000D Ko.= 0000D750 Ko.=8 Ko.= 0000D57708 Ko.=8 Ko.=57 Ko.= Ko.= D60 Ko.= ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie

20 Schritt : Festlegung der Root Ports 00 Ko.= D5505 Ko.=57 Ko.=56 00 Root 0000D Ko.= 0000D750 Ko.=8 Ko.= 0000D57708 Ko.=8 Ko.=57 Ko.= Ko.= D60 Ko.=8 Root Port ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie 0

21 Schritt : Bestimmung der designierten Ports Root Ko.= D Ko.=57 Ko.= D Ko.= Ko.=8 0000D750 Ko.= Ko.=57 Ko.= 8 Ko.=8 0000D D60 Ko.=8 Ko.=8 8 Root Port designierter Port ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie

22 Schritt : Bestimmung der blockierten Ports Root Ko.= D Ko.=57 Ko.= D Ko.= Ko.=8 0000D750 Ko.= Ko.=57 Ko.= 8 Ko.=8 0000D D60 Ko.=8 Ko.=8 Root Port 8 designierter Port blockierter Port ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie

23 Ergebnis: der spannende Baum Root Ko.= D Ko.=57 Ko.= D Ko.= Ko.=8 0000D750 Ko.= Ko.=57 Ko.= 8 Ko.=8 0000D D60 Ko.=8 Ko.=8 Root Port 8 designierter Port blockierter Port ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie

24 Anmerkungen zum Spanning Tree Protokoll Performance-Problem beim klassischen STP: fehlende Echtzeitfähigkeit Sicherheitsproblem insbesondere beim klassischen STP: Neuberechnung und Reorganisation des Netzes kann durch gefälschte Spanning- Tree-Frame ausgelöst werden. Hierdurch kann das Netz 0 Sekunden oder länger lahmgelegt werden Das klassische Spanning Tree Protokoll (STP) nach IEEE 80.D ist zwischenzeitlich (seit etwa 00) durch das das Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) nach IEEE 80.w abgelöst. Idee von RSTP: Arbeite in der alten Netzstruktur weiter bis die gesamte neue, alternative Netztopologie berechnet ist. Schalte dann gemeinsam/simultan (innerhalb weniger als eine Sekunde) auf neue Netztopologie um. Um den Einsatz von virtuellen LAN zu unterstützen wurde das RSTP zum Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) weiterentwickelt (IEEE 80.q). Idee: Lastausgleich zwischen VLANs Laborarbeit H-BRS: Aufbau einer experimentellen Spanning Tree Umgebung ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie

25 Ausblick: Was ist ein Switch? (Vertiefung im Schwerpunkt TK) Switche arbeiten wie Brücken auf der Leitungsschicht und entsprechen diesen in ihrer grundlegenden Funktionsweise. Switchingtechnologie (= spezielle Fähigkeit, die Ports bzw. MAC-Adressen intern direkt zu verschalten) hohe Portdichte Mikrosegmentierung (= Anbindung einer einzelnen Station an einen Switchport, Ein-Port-Segment) ( Keine Kollisionen, optimaler Full-Duplex-Betrieb) optional: Cut-Through-Technologie optional: Unterstützung von VLANs Mit einem Switch der VLANs unterstützt, können über den Switch flexibel sogenante "virtuelle LANs" konfiguriert werden, die auf Schicht eigenständige LANs bzw. Broadcastdomänen bilden, unabhängig von der zugrunde liegenden physikalischen Netzstruktur. Man unterscheidet Ebene--VLANs (port-basierende), Ebene--VLANs (MACadressen-basierend), Ebene--VLAN (Einbeziehung der IP-Adresse) ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie 5

26 Ausblick: Switching-Technologie Rahmen Rahmen Puffer Puffer Puffer 5 6 Puffer Puffer Puffer Rahmen Rahmen 5 6 Puffer Puffer Puffer Puffer Puffer Puffer Rahmen Rahmen Rahmen Rahmen ::0 M. Leischner Netze, BCS,. Semester Folie 6