Harald Lechner 9440207. KopplungseinheitenHarald Lechner 2 Kopplungseinheiten Sinn und Zweck: - Vergrößerung der Anzahl der anschließbaren Stationen -

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


3

Arten von Kopplungseinheiten

• Repeater

• Bridge

• Router

• Brouter

• Gateway

• Switch


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


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


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)


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


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


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)


10

Bridge

• man unterscheidet 3 Arten von Bridges (nach ihrer Funktion)

Lokale Bridges

Remote Bridges

Multiport Bridges


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)


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


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.


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.


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


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


17

Router

• Einprotokoll Router

•Multiprotokoll Router

kann nur ein Protokoll verstehen

diese Art von Routern ist mit einem Protokoll-Stack ausgerüstet


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


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


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


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.


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


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


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)


25

Arten von Switches

• Cut-Through Switches

• Store and Forward Switches


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


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


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


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


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


33

4 Schichtenmodell von TCP/IP im Vergleich zu ISO/OSI:


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


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


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

http://www.wu-wien.ac.at/


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).


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


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


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


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)


42

Protokolle der Transportschicht:

Protokolle dieser Schicht können nur Datenstationen (also Rechner) ansprechen

wichtigstes Protokoll: TCP


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


44

Aufbau eines TCP headers :

die Sequenznummer ist die Nummer, mit der die richtige Reihenfolge der ankommenden Daten sichergestellt wird


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


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.


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


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


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


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


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


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:


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


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


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


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


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.:

Documents

Harald Lechner 9440207. KopplungseinheitenHarald Lechner 2 Kopplungseinheiten Sinn und Zweck: - Vergrößerung der Anzahl der anschließbaren Stationen -