Harald Lechner 9440207. KopplungseinheitenHarald Lechner 2 Kopplungseinheiten Sinn und Zweck: -...
Transcript of Harald Lechner 9440207. KopplungseinheitenHarald Lechner 2 Kopplungseinheiten Sinn und Zweck: -...
Harald Lechner
9440207
Kopplungseinheiten Harald Lechner
2
Kopplungseinheiten
Sinn und Zweck:
- Vergrößerung der Anzahl der anschließbaren Stationen
- Verbesserung der Lastkontrolle
- Entlastung des gesamten Netzwerkes
- Aufbau heterogener Netze
- Anbindung an öffentliche Netze
Kopplungseinheiten Harald Lechner
3
Arten von Kopplungseinheiten
• Repeater
• Bridge
• Router
• Brouter
• Gateway
• Switch
Kopplungseinheiten Harald Lechner
4
Repeater
Die einfachste Kopplungseinheit ist eine reine Verstärkerstation, der so genannte Repeater. Er empfängt Signale (Bits) an einem Anschluss und wiederholt die gleichen Signale an allen weiteren angeschlossenen Netzwerksegmenten. Um diesen einsetzen zu können, müssen die verbundenen Systeme von Schicht 1 aufwärts identische Protokolle verwenden.Quelle: Hansen Wirtschaftsinformatik I 8. Auflage S1173
Kopplungseinheiten Harald Lechner
5
Repeater
Einfachstes Kopplungselement
• Dient ausschließlich der Verstärkung von Signalen
• kann verschiedene Kabeltypen umsetzen (Repeater der neuen Generation)
• Plug & Play – Lösung (keine Software notwendig)
• es können mehrere Segment miteinander verbunden werden (Multiport- Repeater)
• kann defekte Segment ausschalten, um andere nicht in Mitleidenschaft zu ziehen
• neue Geräte können „ Rauschen“ filtern
Kopplungseinheiten Harald Lechner
6
Charakteristika von Repeatern
• Finden Verwendung in der Ethernet- Verkabelung
• Arbeiten gemäß dem ISO/OSI Schichtenmodell auf der Ebene 1 (physikalische Ebene)
• Brauchen keine Protokolle und Zugriffsmethoden, da sie reine Signalverstärker der einzelnen Bitströme sind
• Können keine unterschiedlichen Topologien koppeln
• braucht unterschiedliche Node- Adressen, da sie keine logische Trennung des Netzes durchführen
• Jedes Signal wird auf alle anderen Segmente übertragen
(können keine Lasttrennung im LAN durchführen)
Kopplungseinheiten Harald Lechner
7
Bridges (Netzwerkbrücken)
Eine Bridge ist eine Kopplungseinheit zur Verbindung von Netzen auf der Sicherungsschicht. Durch eine Bridge können unterschiedliche Protokolle auf der Bitübertragungschicht überbrückt werden. Alle Protokolle inklusive der auf den höheren Schichten (Schicht 2 aufwärts) müssen zwischen den Kommunikationspartnern identisch sein. Ein Bridge empfängt Rahmen von einem Netzwerksegment und überprüft deren Prüfsumme. Ist diese korrekt, versendet sie den Rahmen an das angeschlossene Übertragungsmedium (das Teilnetzwerk), an dem sie die jeweilige Zieladresse erwartet. Eine Bridge, die als Hub ausgeführt ist, wird auch Switch bezeichnet.Quelle: Hansen Wirtschaftsinformatik I 8. Auflage S 1174
Kopplungseinheiten Harald Lechner
8
Funktionen von Bridges
• Filtern und weiterleiten von Paketen (Frames)
• Pflege von Adress- und Filtertabellen und das Fällen entsprechender Filter- und Transportentscheidungen
• Managementfunktion für die oben genannten Funktionen
Kopplungseinheiten Harald Lechner
9
Arbeitsweise von Bridges
• arbeitet auf der MAC-Ebene (untere Hälfte der Schicht 2)
• die oberen Protokollebenen sind für Bridges uninteressant Sie sind Protokolltransparent
• Entscheidet über die Weiterleitung von Paketen auf Grund der physikalischen MAC Adresse (deshalb muss die MAC-Adresse eindeutig sein)
• sind „ neugierige“ Elemente (sehen sich alle Pakete im LAN an und entscheiden ob diese weiter geleitet werden sollen)
Kopplungseinheiten Harald Lechner
10
Bridge
• man unterscheidet 3 Arten von Bridges (nach ihrer Funktion)
Lokale Bridges
Remote Bridges
Multiport Bridges
Kopplungseinheiten Harald Lechner
11
Lokale Bridges
• damit werden 2 LANs physikalisch verbunden
Remote Bridges
• bestehen immer aus 2 Paaren (wenn sich 2 LAN Segment nicht am gleichen Ort befinden)
Multiport Bridges
• können mehrere Segmente miteinander verbinden (muss sehr leistungsfähig sein, um bei allen Segmenten eine gute Performance zu bieten)
Kopplungseinheiten Harald Lechner
12
• es erfolgt keine direkte Adressierung der Bridge durch die Endstation
• es gibt keine verbindungsorientierten Dienste
• alle MAC-Adressen in einem Netzwerk sind eindeutig
• beim Ausfall einer Bridge-Verbindung muss die Unterstützung redundanter Wegpfade im LAN möglich sein
Kopplung über Bridges
Kopplungseinheiten Harald Lechner
13
Wie können Bridges ihre Aufgabe erfüllen?
• fast jede Bridge unterstützt einen Lernalgorithmus
• baut eine Adresstabelle auf
• sie überprüfen jedes Paket, das auf einem Port empfangen wird. Ist die Source-Adresse nicht in der Adressdatenbank, wird sie eingetragen, und die Bridge weiß nun, auf welchem Port sich die Quellstation befindet.
Kopplungseinheiten Harald Lechner
14
Bridges im Token-Ring
• haben ein eigenes Verfahren Source-Routing Verfahren
• diese Bridges sind „dumm“, können aber die Arbeit von anderen Elementen erledigen lassen
• im Token–Ring benötigen sie zusätzliche Informationen (Routing Information Indicator und Routing Information Feld)
• bei diesem Verfahren weiß die Quellstation über welchen Weg sie das Datenpaket transportieren soll
• die Bridge sendet eine „Find“ Nachricht an alle Stationen im eigenen Ring. Ist die Zielstation dort nicht vorhanden, wird eine „Find-Broadcast“ Nachricht in alle Netze gesendet.
Kopplungseinheiten Harald Lechner
15
Bridges im Token-Ring
• im Informationsfeld werden die Angaben gespeichert, die den exakten Weg von der Quelle bis zum Ziel angeben
• Beim Einsatz von mehreren Bridges werden vom Ziel mehrere Datenpakete zurückgeschickt. Der Weg des ersten zurück kommende Datenpakets wird dann gespeichert
• Bei diesem Verfahren sind die Wegwahltabellen von den Bridges in die Entstation verlagert
• die Netzlast ist bei komplexen Systemen sehr hoch
Kopplungseinheiten Harald Lechner
16
Router
Ein Router ist eine Kopplungseinheit, die auf der Vermittlungsschicht operiert. Durch einen Router können somit – wenn nötig – unterschiedliche Protokolle auf Schicht 1 und 2 überbrückt werden. Die Kommunikationspartner müssen aber auf allen höheren Schichten (ab Schicht 3 aufwärts) identische Protokolle verwenden. Die zentrale Aufgabe eines Routers ist die Wegwahl für Pakete, die über das Netzwerk versendet werden.Quelle: Hansen Wirtschaftsinformatik I 8. Auflage S.1176
Kopplungseinheiten Harald Lechner
17
Router
• Einprotokoll Router
•Multiprotokoll Router
kann nur ein Protokoll verstehen
diese Art von Routern ist mit einem Protokoll-Stack ausgerüstet
Kopplungseinheiten Harald Lechner
18
Aufgabe von Routern ist es eine Ende-zu-Ende Verbindung herzustellen
• einen Mechanismus für Endgeräte um sich zu identifizieren
• einen Algorithmus für nicht lokale Datenpakete, damit ein anderer Router gewählt werden kann
• Verwaltung einer Routingtabelle (damit werden Wege und Filterfunktionen gespeichert) und Sammlung von Informationen um diese Tabelle zu aktualisieren
• Weitergabe von Informationen an andere Router
Kopplungseinheiten Harald Lechner
19
Vorteile von Router im Vergleich zu Bridges
• Router weisen eine Fehlerbegrenzung in den Schichten 2 und 3 auf. Fehlerhafte Pakete werden nicht weiter transportiert
• ein Router prüft ein Datenpaket zur Weitergabe erst, wenn er dazu aufgefordert wird
• er besitze eine Routing Funktion
• macht logische Unterteilung in Subnetze (muss deshalb konfiguriert werden)
• arbeitet nicht mit flachen MAC-Adressen, sondern mit einer Subnetz Hierachie
Kopplungseinheiten Harald Lechner
20
Brouter (Bridging Router)
Ein Bridge-Router beziehungsweise Brouter ist eine Kopplungseinheit, die je nach Bedarf Funktionen einer Bridge oder eines Routers verrichten kann.Quelle: Hansen Wirtschaftsinformatik I 8. Auflage S.1177
Kopplungseinheiten Harald Lechner
21
Gateway
Ist ein leistungsstarker Rechner, der Verbindung zwischen unterschiedlichen Systemen möglich macht (PCs, Apple-Macintosh, Unix usw.), und die verschiedenen Netzwerke trotzdem unabhängig von einander bleiben.
Kopplungseinheiten Harald Lechner
22
Aufgaben des Gateways
• Adressinterpretation und Routenwahl (Wegfindung)
• Flusssteuerung und Fehlerbehandlung
• Fragmentierung und Reassemblierung bei ungleichen Framegrößen für die Nachrichten oder Paketlänge in den einzelnen Netzen
• muss die in den Kommunikationssubsystemen eingesetzten Übertragungsprotokolle vollständig gegeneinander isolieren
Kopplungseinheiten Harald Lechner
23
Möglichkeiten der Adressierung
• laufwegsorientierte Adressierungsmethode
• hierarchische Adressierungsmethode
Dabei werden die Adressen aller Gateways die zu durchlaufen sind aneinander gekettet.
Hier gibt es nur 2 Adressangaben
• Adresse des Teilnetzes an dem der Ziel-Host angeschlossen ist.
• die Hostadresse des Ziel-Hostes
Kopplungseinheiten Harald Lechner
24
Switch
• Neuerste Technik um Bandbreiten besser ausnutzen zu können
•Es wird jedem Port die volle Bandbreite zur Verfügung gestellt
•Größter Teil von Switches ist Hardware (dadurch werden Kosten pro Port verringert)
Kopplungseinheiten Harald Lechner
25
Arten von Switches
• Cut-Through Switches
• Store and Forward Switches
Kopplungseinheiten Harald Lechner
26
Cut-Through Switches
Dabei werden Datenpakete zum Zielort transportiert, sobald die Zieladresse im Header des Datenpakets erkannt ist
Dadurch entstehen nur geringe Verzögerungszeiten
Nachteil:
Fehlerhafte Datenpakete können erst am Ziel als solche erkannt werden (außer es handelt sich um eine fehlerhafte Zieladresse)
Verbinden von unterschiedlichen Topologien ist nicht möglich, da das Paket erst ganz angekommen sein müsste
Kopplungseinheiten Harald Lechner
27
Store and Forward Switches
Bei diesen Switches wird das Datenpaket zwischengespeichert.
Vorteile:
• Es können Filterfunktionen implementiert werden
• Es können unterschiedliche Topologien miteinander verbunden werden
Nachteil:
Durch die Speicherung im Puffer wird die Verarbeitungszeit enorm verlängert
Peter de Toma
9852398
Internetprotokolle Peter de Toma
29
Geschichte:
entwickelt von: Advanced Research Projekt Agency
Ziel: Projekte mittels ausfalltolerantem Paketnetz
zu kontrollieren
Start: 1967
erste Anwendung: 1969 Verbindung von 4 Knoten über
die erste Version des heutigen
Internets
Internetprotokolle Peter de Toma
30
Geschichte:
-> zahlreiche weitere Projekte wurden gestartet
-> weiteres Ziel war möglichst viele Rechner
zusammenzuschließen & Rechner- & OS unabhängige
Plattform zu schaffen
-> ein Ergebnis dieser Projekte: TCP/IP
-> Entwicklungen waren allen potentiellen Entwicklern
frei zugänglich
-> Verbesserungen von unterschiedlichsten Forschergruppen
Internetprotokolle Peter de Toma
31
Wozu Protokolle im Internet ?
Protokolle sind Konventionen, die jegliche Datenübertragung zwischen einzelnen Computern regeln und durch ihren Status als Standards die Zuverlässigkeit und Übertragungsraten des Datentransfers gewährleisten.
z.B.: FTP, HTTP, ...
Protokollfamilien :
Weiterhin existieren verschiedene Netzwerk-Protokolle, die jeweils in Zusammenhang mit einer ganzen Protokollfamilie entstanden sind.
z.B.: TCP/IP
Internetprotokolle Peter de Toma
32
TCP/IP :
transmission control protocol / Internet protocol
Eine in vier Schichten aufgebaute Familie von herstellerneutralen Anwendungs- und Transportprotokollen
Bildet die Basis des Internets
TCP & IP sind die beiden wichtigsten Protokolle der Protokollfamilie
Internetprotokolle Peter de Toma
33
4 Schichtenmodell von TCP/IP im Vergleich zu ISO/OSI:
Internetprotokolle Peter de Toma
34
Verbindungsschicht:
niedrigste Schicht von TCP/IP
setzt die oberen Schichten in Kenntnis wann zum Beispiel ein Datenpaket ankommt
Protokolle dieser Schicht haben die Aufgabe, IP-Pakete über ein Netzwerk an ein anderes angeschlossenes Gerät zu übertragen
Beispiele: Protokolle des Ethernet, Tokenring
Internetprotokolle Peter de Toma
35
Protokolle der Internetschicht :
Internetschicht erfüllt die Aufgaben der Vermittlungsschicht im ISO/OSI Modell
Diese Schicht enthält das für das Internet zentrale Protokoll IP
IP definiert Aufbau und Struktur von weltweit eindeutigen Internetadressen
Internetprotokolle Peter de Toma
36
Die IP-Adresse:
Die Adressierung erfolg über 2 Abstraktionsebenen:
alle im Internet adressierbaren Datenstationen sind mit eindeutigen, 32 Bit langen, IP-Adressen versehen
da IP-Adressen für den menschlichen Benutzer schlecht zu merken sind, sind IP-Adressen mit einem sprechenden Namen verknüpft, dem Domain-Namen
Die Abbildung von IP- auf symbolische Adressen erfolgt über einen Domain Name Server.
www.wu-wien.ac.at = 10001001 11010000 0000111 00110000 = 137.208.7.48
Internetprotokolle Peter de Toma
37
physische Adressierung:
Die physische Adressierung erfolgt immer über die MAC-Adresse.
Möchte eine Datenstation zu einer anderen senden, so muss sie:
die MAC-Adresse der Ziel-Station
oder die MAC-Adresse einer Datenstation die für die Weiterleitung der Meldung zuständig ist
ermitteln . ( = routing )
Die Ermittlung der MAC-Adresse erfolgt durch das Protokoll ARP (adress resolution protocol).
Internetprotokolle Peter de Toma
38
Aufbau von IP-Adressen :
IP-Adressen sind in Netz- und Hostadressen unterteilt
Wesentlich für routing: IP-Adressen mit gleicher Netzadresse im gleichen lokalen Netz
Klasse Byte 1 Byte 2 Byte 3 Byte 4 Max. Host/Netz
A 1-127 Frei wählbar 16777214
B 128-191 zugewiesen Frei wählbar 65534
C 192-223 zugewiesen wählbar 254
Internetprotokolle Peter de Toma
39
Aufbau von IP-Paketen:
Jedes IP-Paket ist ein Datagram (enthält Absender- und Zieladr.) und besteht aus einem 20 Byte langem header und einem Nutzdatenbereich
Internetprotokolle Peter de Toma
40
Aufbau von IP-Paketen:
TTL = time to live :
wird beim Verschicken des Paketes mit einer positiven Zahl initialisiert und bei jeder
Weitergabe über Vermittlungsknoten um eins reduziert
erreicht dieser Wert 0, wird das Paket gelöscht
dadurch wird verhindert, dass Pakete „ewig“ im Internet kreisen
Prüfziffer:
wird bei jedem Knoten neu berechnet und mit der übertragenen verglichen
Internetprotokolle Peter de Toma
41
Das Hilfsprotokoll ICMP :
dient der Steuerung des IP-Verkehrs, der Ermittlung des Netzwerkstatus und kann für die Lokalisierung von Fehlern oder Engpässen eingesetzt werden
mit Hilfe von ICMP (Internet control message protocol) wird beispielsweise der Absender verständigt, dass die Zieladresse nicht mehr erreichbar ist wenn TTL abgelaufen ist
Klientenprogramme von ICMP:
- ping (misst Übertragungszeit von einem Rechner zum anderen)
- traceroute (liefert Aufstellung über welche Vermittlungsstationen ein Paket
sein Ziel erreicht)
Internetprotokolle Peter de Toma
42
Protokolle der Transportschicht:
Protokolle dieser Schicht können nur Datenstationen (also Rechner) ansprechen
wichtigstes Protokoll: TCP
Internetprotokolle Peter de Toma
43
transmission control protocol :
stellt den darauf aufbauenden Applikationen über eine (virtuelle) Verbindung einen verlässlichen Vollduplexdatenstrom zur Verfügung
ein Anwendungsprogramm kann über eine TCP-Verbindung Bytefolgen in beliebiger Stückelung oder Größe schicken, ohne sich Gedanken über die Paketgröße, die Reihenfolge oder Formen der Fehlerkorrektur machen zu müssen
auf einzelnen Rechnern sind mehrere Serverprogramme installiert -> neben der Adressierung von Rechnern müssen auch einzelne Dienste (Programme) adressiert werden können
Internetprotokolle Peter de Toma
44
Aufbau eines TCP headers :
die Sequenznummer ist die Nummer, mit der die richtige Reihenfolge der ankommenden Daten sichergestellt wird
Internetprotokolle Peter de Toma
45
schematischer Aufbau von TCP-Paketen :
IP Kopfteil TCP Kopfteil TCP Nutzdaten
20 Byte 20 Byte
da TCP auf IP basiert, benutzt TCP die von IP angebotenen Dienste -> TCP Pakete sind Betandteile der Nutzdaten von IP
die IP-Adresse des Rechners, die Dienst/Portnummer eines Dienstes und das verwendete Protokoll bilden zusammen einen sogenannten Sockel, mit dessen Hilfe jeder gewünschte Dienst weltweit eindeutig identifiziert werden kann
Internetprotokolle Peter de Toma
46
TCP 3-way-handshake zum Verbindungsaufbau :
Endsysteme werden mit einer Drei-Schritte-Handshake/Verbindungsaufbau-Sequenz synchronisiert
Der Austausch von Anfangssequenznummern gewährleistet, dass bei auftretenden Problemen verloren gegangene Daten später wiederhergestellt werden können.
Internetprotokolle Peter de Toma
47
zuverlässiger Datenaustausch über TCP :
ein Paket wird versendet und ein Timer gesetzt
kommt es beim Empfänger an wird eine Bestätigung gesendet
läuft der timer ab bevor Bestätigung ankommt wird erneut gesendet
Nachteil: ineffiziente Nutzung der Bandbreite
Internetprotokolle Peter de Toma
48
sliding windows :
Fenstergröße = Anzahl von Bytes, die ein Host übertragen kann, während er auf eine Bestätigung wartet
größeres Fenster ermöglicht dem Host, mehr Daten zu übertragen, während eine Bestätigung noch aussteht
sliding bezieht sich darauf, dass die Fenstergröße während der TCP-Session dynamisch ausgehandelt wird -> effizientere Ausnutzung der Bandbreite
Internetprotokolle Peter de Toma
49
Protokolle der Anwendungsschicht :
Protokolle dieser Schicht definieren den Austausch von Steuerinformationen und Nutzdaten zwischen den beteiligten Anwendungen.
Grundlage für diese Protokolle :TCP, UDP
wichtigstes: HTTP
Internetprotokolle Peter de Toma
50
Internetdienste:
von Protokollen der Transportschicht verwendete Dienstnummern haben zwei Aufgaben:
werden von Klienten verwendet um einen Dienst zu adressieren
dienen dazu, von einem Server aus die Antwort an den anfragenden Klienten zu adressieren
Die Zuweisung der Dienstnummern 0 – 1023 ist weltweit eindeutig definiert und von der Internet Assigned Numbers Authority verwaltet und für Server reserviert
Internetprotokolle Peter de Toma
51
Internetdienste:
Beispiele für Dienstnummern:
23 Telnet
21,22 FTP
25 SMTP
80 HTTP
110 POP3
443 HTTPS
Die Dienstnummern der Klienten werden dynamisch (beim Start des Klienten) vergeben
Internetprotokolle Peter de Toma
52
dem Protokoll liegt das Frage / Antwort Schema zugrunde
man unterscheidet 4 Phasen:
1. Verbindungsaufbau
2. Anfrage (request)
3. Antwort (response)
4. Verbindungsabbau
Es gibt keine langdauernden Verbindungen wie bei Telnet oder FTP. Der Server beendet die Verbindung dierekt nach Beantwortung der Anfrage
HyperText Transfer Protokol:
Internetprotokolle Peter de Toma
53
Aufbau einer Anfrage:
<Methode> <Anfrage-URL> <HTTP-Version>
<Kopf>
[<Daten>]
Methode: legt die Art der Anfrage fest
Anfrage-URL: absoluter Pfad oder URL
Kopf: Platz für weitere Angaben
Daten: nur bei den Methoden PUT & POST
Internetprotokolle Peter de Toma
54
Beispiele für Methoden:
GET: häufigste Methode; ruft ein Dokument direkt vom Server ab
PUT: überträgt angehängte Daten zum Server
POST: erbittet das Anlegen der mitgelieferten Daten als Unterdokument; liefert z.b. Daten aus einem Formular
vollständiger HTTP-URL:
http://<Host>[:<Port>]<abs.Pfad>
z.B.: http://www.google.com/index.html
Internetprotokolle Peter de Toma
55
Aufbau einer Anwort:
<HTTP-Version> <Statuscode> <Erläuterung>
[<Kopf>]
[<Daten>]
Statuscode: Auskunft über Erfolg / Misserfolg der Anfrage
Erläuterung: einzeilige Beschreibung des Staus
Kopf: Platz für weitere Angaben
Daten: bei Erfolg nur vorhanden wenn tatsächlich ein Dokument erfragt wurde. Enthält z.B. HTML-Code einer Seite
Internetprotokolle Peter de Toma
56
HTTP-Statuscodes:
eingeteilt in 5 Klassen:
1xx: Information: Nachricht empfangen und in Bearbeitung
2xx: Erfolg: Aktion erfolgreich
3xx: Umleitung: weitere Maßnahmen erforderlich
4xx: Client-Fehler: Anfrage syntaktisch falsch oder nicht ausführbar. z.b.: 404 = not found
5xx: Server Fehler: Server nicht in der Lage Anfrage zu erfüllen
Internetprotokolle Peter de Toma
57
Nutz- und Steuerdaten auf unterschiedlichen Protokollschichten:
HTTP-Meldung
TCP-Paket
IP-Paket
Ethernet-Paket
Ethernet-Kopfteil
IP-Kopfteil
TCPKopfteil
HTPPKopfteil
HTPPNutzdaten
Ethernet-Prüfziffer
Anwendungssch.
Transportsch
Vermittlungssch:
Verbind.: