52169625 Router Dokumentation

Werner-von-Siemens-Schule, Frankfurt am Main Fachoberschule, Schwerpunkt Informationstechnik: Projektdokumentation

Thema: Router ( Unterschiede von Router und Switch, Bridge, Hub )

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Hausarbeit

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Thema: Router

Unterschiede von Router und Switch, Bridge, Hub

Von: Ioannis Papakyriakou Klasse: 12FO0E

Datum: 24.Oktober 2010



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Inhaltsverzeichnis 1. Inhaltsverzeichnis Seite 1 2. Router Seite 2 3. Routing-Tabelle Seite 3 4. Routing Seite 3 5. Routing und Switching im Vergleich Seite 4 6. Switch Seite 5-6 7. Broadcast- und Kollisionsdomänen Seite 6 8. Bridge Seite 7 9. Hub Seite 7-8 10. Unterschied zwischen Switch und Hub Seite 8 11. Ein kleines Beispiel Seite 8-9 12. OSI-Modell Seite 9 13. Quellenangabe Seite 10



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Router

Unterschiede von Router und Switch, Bridge, Hub Router: Hier die grafische Darstellung eines Routers:

Ein Router Arbeitet auf der OSI-Schicht 3 (Vermittlungsschicht) und vermittelt Datenpakete anhand ihrer Ziel-IP-Adresse.

• Router verbinden Netzwerke (LAN’s) miteinander. Oder auch LAN’s mit größeren Netzwerke (WAN’s) wie zum Beispiel das Internet.

• Router ermöglichen die Verbindung von Netzwerke mit unterschiedliche Protokollen und Topologien zu verbinden.

• Die Schnittstelle eines Routers stellt das Ende einer Broadcastdomäne dar beziehungsweise bildet eine Broadcastdomäne.

Die Aufgabe eines Routers ist es, eine geeignete Route(Weg) für Datenpakete zur gewünschten Ziel-IP-Adresse “zu bestimmen“. Dies passiert mithilfe von Protokollen. Der Router speichert die für ihn bekannten Routen in einer Routing-Tabelle.

Routing-Tabelle:

Router verwenden Routing-Protokolle zum Erstellen und Verwalten von Routing-Tabellen, welche die Route Informationen erhalten. Router speichern den Protokolltyp, die Zuweisungen des nächsten Hops, Routing-Maße und abgehende Schnittstellen in ihren Routing-Tabellen um die Wegbestimmung zu erleichtern.

Eine Routing-Tabelle enthält folgende Informationen:

• Das Ziel: Die Ziel-IP-Adresse für das Datenpaket.

• Den nächsten Hop: Die IP-Adresse des nächsten Routers an den Das Paket weitergeleitet wird

• Die Ausgehende Schnittstelle: Die Adresse des Ports an der Das Paket den Router verlässt

• Die Metrik: Bestimmt die Kosten, sodass der kostengünstigste Weg gewählt werden kann

• Die Routen: Direkt verbundene Subnetze und indirekte, die nicht direkt mit dem Router Verbunden sind aber er über einen oder mehrere Hops Zugang hat. Und Standardrouten, die bei Ausnahme-Zielen oder bei fehlender Information genutzt werden.



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Beim Eintreffen von Daten muss ein Router den richtigen Weg zum Ziel und damit die passende Schnittstelle, über welche die Daten weiterzuleiten sind, bestimmen. Dazu bedient er sich einer lokal vorhandenen Routingtabelle, die mit IP-Adressen befüllt wird.

Routing

Durch das Routing wird der effizienteste Weg von einem Gerät zum anderen ermittelt. Der Router empfängt über ein Interface Datenpakete, liest die für ihn interessante Informationen aus dem Netzwerk-Header, entscheidet über den weiteren Weg des Paketes, fügt die Frame-Informationen wieder hinzu und schickt das Paket weiter.

Routing ist der Prozess, den ein Router zum Weiterleiten von Paketen zum Zielnetz verwendet. Es gibt zwei verschiedene Arten von Routing, das statische und das dynamische Routing.

Statisches Routing (manuell) Statische Routen werden manuell vom Netzwerkadministrator konfiguriert. Diese müssen aber bei jeder Änderung der Netztopologie manuell aktualisiert werden. Statische routen bieten mehr Sicherheit wie dynamische routen an. Ein Nachteil ist aber wenn die Verbindung zum nächsten Hop ausfällt, denn dann werden die Pakete solange weiter geschickt bis das Problem erkannt wird.

Dynamisches Routing (Protokoll) Das Dynamische Routing wird anhand des Routing-Protokolls bestimmt!

Die Wegbeschreibung zum Empfänger, kann durch verschiedene Kriterien wie Anzahl der Hops (die Anzahl der passierten Router), Bandbreite, Verzögerungen, Zuverlässigkeit, Verbindungskosten bestimmt werden.

Routing und Switching im Vergleich

Ein Switch stellt an Hand der Switching-Tabelle die Verbindungen zwischen zwei Hosts, die sich in derselben Broadcast-Domäne befinden her. Der Router muss die Verbindung durch das Internet ermöglichen. Diese Verbindung kann über mehrere Router führen, sodass dem ersten Router, der genaue Weg nicht bekannt sein muss. Er leitet das Paket auf dem von ihm gewählten Weg nur zum nächsten Router weiter, der dann die Weiterleitung übernimmt.

Ein Routing-Protokoll teilt Informationen über den Netzwerkaufbau und ermöglicht den Austausch von Informationen zum Aufbau und zur Aktualisierung der Routing-Tabellen, in denen Wege zu anderen Netzen gespeichert sind. Routing-Protokolle: RIP, OSPF, IGPR, EIGRP, BGP



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Switch:

Hier die grafische Darstellung eines Switch:

Ein Switch ist ein Netzwerk Gerät, das zur Verbindung mehrerer Computer oder Netzwerk-Segmente dient. Er arbeitet auf Schicht 2 (Sicherungsschicht) des OSI-Modells, ähnlich wie eine Bridge.

Ein Switch trennt alle Rechner voneinander (Mikrosegmentierung) und verhindert dadurch das Auftreten von Kollisionen.

Schwitching auf Schicht 2

Jeder Switch-Port erstellt seine Eigene Kollisionsdomäne. Von Switches werden MAC-Tabellen, die alle erforderlichen MAC-Infos für die einzelnen Ports enthalten erstellt und gepflegt. Eine Switch leitet Pakete anhand einer MAC-Adresse und ermittelt den Standort einer Station durch Untersuchen der Absenderadresse.

Funktionsweise eines Switch

Im Unterschied zum Hub, verschickt ein Switch die Datenpakete nicht an alle Computer im Netzwerk, sondern leitet diese gezielt an den Empfänger weiter. Genauer gesagt an den Port des Switches an dem die Ziel-MAC vom Empfänger zuletzt registriert wurde. Ist die MAC allerdings noch nicht bekannt, werden wie beim HUB die Pakete an alle Clients versendet. Die sogenannte MAC-Adresse ist die Hardwareadresse der Netzwerkkarte. Diese werden in internen Tabellen vom Switch gespeichert, so weiß dieser genau, an welchem Port welcher Computer (Netzwerkdrucker etc.) hängt.

Jeder einzelne Port eines Switches kann unabhängig von den anderen Daten empfangen und senden, ein interner Hochgeschwindigkeitsbus (Backplane) verbindet diese miteinander während Datenpuffer dafür sorgen, dass möglichst keine Datenpakete verloren gehen.

Arbeitsweise eines Switch

Learning… Ein Switch wertet die Quell-Adressen in den empfangenen Datenpaketen aus und legt portabhängige Adresstabellen an. [MAC-ADRESSEN-TABELLEN] Filtering… wird bei der Analyse eines Datenpaketes erkannt, dass die Ziel-Adresse in der lokalen Tabelle des gleichen Segments liegt, so wird keine Weiterleitung veranlasst. Forwarding… wird bei der Analyse eines Datenpaketes erkannt, dass die Ziel-Adresse in der Tabelle eines anderen Segments liegt, so wird eine Weiterleitung veranlasst. Flooding… wird kein Adress-Eintrag gefunden, wird das Datenpaket an alle Ports gesendet. Aging… Um den Speicherplatz zu minimieren, werden “ältere“ Adresseinträge in der MAC-Tabelle gelöscht!



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Switch-Modi

Beim “Store and Forward“ empfängt der Switch den gesamten Frame, überprüft ihn und sucht nach der Ziel-Adresse und dann wird der Frame weitergeleitet. [Asymmetrisch] Beim “Cut through“ leitet der Switch den Frame weiter sobald er die Ziel-Adresse gefunden und die Ausgangstelle bestimmt hat. [Symmetrisch] Wenn beide Anschlüsse die gleiche Geschwindigkeit verwenden, ist die Verbindung Symmetrisch sonst ist sie Asymmetrisch. Es gibt noch “Fragment-Free“ das ist ein Kompromiss zwischen den ersten beiden Modi. Es werden nur die ersten 64-Byte des Frames gelesen und dann wird weitergeleitet.

Kollisions- und Broadcast-Domänen

Eine Broadcastdomäne ist eine Gruppe von Kollisionsdomänen, die durch Layer 2 Geräten verbunden sind. (Switch, Bridge) Eine Broadcastdomäne endet an Layer 3 Geräte (Router)

Kollisionsdomänen …sind Netzwerk-Bereiche in denen beim gleichzeitigen Senden zweier Hosts Kollisionen auftreten können. Werden weitere PCs über einen Hub oder Repeater angeschlossen, so vergrößert sich die Kollisionsdomäne und Kollisionen werden häufiger. Switch, Bridge und Router teilen eine Kollisionsdomäne in Segmente (mehrere Kollisionsdomänen). Hosts in verschiedenen Segmenten des Netzwerks können gleichzeitig senden, ohne eine Kollision auszulösen.

Broadcastdomänen Um mit allen Hosts zu kommunizieren zu können, senden manche Protokolle „Broadcasts“, das sind Datenpakete, die wegen ihrer Zieladresse von allen Stationen empfangen werden. Die Schicht 2 Geräte müssen Broadcasts weiterleiten (“flood“). Broadcastdomänen werden durch Schicht-3 Geräte segmentiert.

Eine ARP-Anfrage wird von einer Arbeitsstation per Broadcast gesendet, um eine Unbekannte MAC-Adresse zu ermitteln. Router senden zur Bildung der Routing-Tabellen Broadcasts.



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Bridge: Hier die grafische Darstellung einer Bridge:

Eine Bridge ähnelt einem Router. Sie verbindet zwei gleiche oder auch ungleiche LAN’s miteinander und teilt sie in zwei Kollisionsdomänen. Die Bridge arbeitet auf der OSI-Schicht 2 (Sicherungsschicht) das heißt alle ihre Entscheidungen basieren auf MAC-Adressen und haben keine Auswirkungen auf höhere Schichten (z.B. Broadcastdomänen auf Layer 3).

Anders als der Router ist die Bridge Protokollunabhängig, dass heißt die Bridge leitet die Daten weiter, ohne sich um die Datenanalyse zu kümmern. Aus dem Grund arbeitet eine Bridge schneller als ein Router, aber dafür ist Sie auch nicht so vielseitig einsetzbar.

Die Bridge entscheidet ob Datenpakete an das nächste Segment weitergeleitet werden. Der Entscheidungsprozess läuft folgendermaßen ab:

Filtern - Wenn sich das Zielgerät in demselben Segment wie das Datenpaket befindet, wird das Datenpaket nicht weitergeleitet.

Flooding - Ist die Zieladresse nicht bekannt, leitet die Bridge das Datenpaket an alle anderen Segmente weiter.

Alle bekannten MAC-Adressen werden in einer Brigde-Tabelle gespeichert und verwaltet. Für jedes Netzwerk wird eine separate Bridge-Tabelle erstellt.

Hub:

Hier die grafische Darstellung eines Hubs:

Ein Hub arbeitet auf der OSI-Schicht 1 (Bitübertragungsschicht) Es gibt 3 verschiedene Hub Varianten:

• Ein passiver Hub wird nur für die gemeinsame Nutzung der Übertragungsmedien verwendet und benötigt deshalb keinen Strom.

• Ein aktiver Hub leitet Signale an die anderen Ports und benötigt Strom, damit diese verstärkt werden können.

• Intelligente Hubs funktionieren wie aktive Hubs, besitzen aber zusätzlich einen Mikroprozessor und Diagnosefähigkeiten.



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Ein Hub arbeitet wie folgt: Der Hub empfängt ein Datenpaket und dieses Datenpaket wird dann einfach an allen Ports weiter gesendet. Wenn der Hub zwei Pakete gleichzeitig bekommt, dann kommt es zu einer Kollision. Denn der Hub kann nicht zwei Pakete gleichzeitig verarbeiten oder sie für kurze Zeit speichern da er kein Speicher wie ein Switch besitzt.

Wenn viele Geräte an einem Hub angeschlossen sind, erhöht sich die Kollisionsgefahr. Zu einer Kollision kommt es, wenn zwei oder mehrere Arbeitsstationen gleichzeitig Daten über die Netzleitung senden. In einen solchen Fall werden die betreffenden Daten beschädigt.

Fazit: Je mehr Geräte an einen Hub angeschlossen werden, desto mehr erhöht sich die Wahrscheinlichkeit dass es zu einer Kollision kommt.

Der Unterschied zwischen einen Hub und einen Switch:

Der Hub sendet das Datenpaket an alle benachbarten Geräte wobei der Switch dagegen durch seine MAC-Tabelle die Ziel-Adresse kennt und somit das Datenpaket direkt zur Zieladresse sendet. Im Falle einer Datenkollision, sendet der Switch die Daten noch einmal und beim Hub gehen die Daten verloren.

Hier ein kleines Beispiel zum Unterschied von Switch und Hub:

Wir haben ein Netzwerk mit 3 PCs und einen Netzwerkdrucker!

Fall 1.) Der Hub:

Wir benutzen im Netzwerk einen Hub, und wollen mit PC_1 eine Datei an PC_2 schicken. Dann gehen die Daten durch den Hub und dann werden sie an allen angeschlossenen Geräte weitergeleitet. Dies hat den großen Nachteil, dass dann immer nur ein Gerät innerhalb des Netzwerks senden kann. Also kann zum Beispiel während der PC_1 eine Datei an PC_2 schickt, PC_3 keinen Druckauftrag an den Netzwerkdrucker schicken, da die Leitung belegt ist.



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Fall 2.) Der Switch:

Wieder dasselbe Beispiel nur diesmal benutzen wir einen Switch in unseren Netzwerk. Wir wollen mit PC_1 eine Datei an PC_2 schicken. Da der Switch die MAC-Adressen und die dazu gehörigen Port-Nummer von allen Netzwerkgeräte in seiner MAC-Tabelle gespeichert hat, liest der Switch beim Ankommen des Datenpakets erstmal die Ziel-MAC-Adresse ab und “schaut“ dann in seiner MAC-Tabelle nach. Da der PC_2 sich im selben Netzwerk befindet und bekannt ist wird die Datei an den Port weitergeschickt an dem sich auch die Ziel-MAC-Adresse befindet. Wenn der Switch jetzt die MAC-Adresse nicht kennt, dann schickt der Switch das Paket an alle Ports außer dem Absenderport weiter. Im Gegensatz zum Hub kann beim Einsatz von Switch, während PC_1 eine Datei an PC_2 schickt, auch der PC_3 einen Druckauftrag an den Netzwerkdrucker schicken.

Außerdem bietet ein Switch eine höhere Sicherheit, da die Daten nicht mehr so einfach von anderen Netzgeräten “abgehört” werden können.

OSI-Modell (Open System Interconnection)

OSI-Schichten

1: Bitübertragungsschicht – Binäre Übertragungen, Kabeln – Geräte: Repeater, Hub 2: Sicherungsschicht – Direkte Verbindungssteuerung, Medienzugriff, Stellt die Physikalische Adressierung bereit, Frames – Geräte: Bridge, Switch 3: Vermittlungsschicht – Bestimmung von Netzadresse und optimaler Route, Logische Adressierung – Geräte: Router – Informationsmethoden zu entfernte Geräte: Ping, Traceroute -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- -- 4:Transportschicht – Verbindung zwischen den Endsystemen aufbauen und beenden 5: Sitzungsschicht – Kommunikation zwischen Hosts 6: Darstellungsschicht – Datendarstellung, gewährleistet dass Daten gelesen werden 7: Anwendungsschicht – Netzprozesse für Anwendungen – Informationsmethoden zu entfernte Geräte: Telnet



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Quellenangabe:

Wissen von Cisco CCNA-Zertifikat bei den Assistenten

Skript vom CCNA-Unterricht bei Herrn Massoth

BSI – IT-Systeme

Wikipedia

Elektronik-Kompendium

Bilder-Suche bei Google ☺

Links:

http://www.it-infothek.de/

http://www.informatik.uni-leipzig.de/

http://www.at-mix.de/

http://www.uni-protokolle.de/

http://www.tutoria.de/wiki/informatik-edv/

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