Netzwerktechnik

Mit der richtigen Auswahl und Kaskadierung der Netzwerkkomponenten lassen sich viele Netzwerk-Probleme schon im Vorfeld vermeiden.

Damit Sie eine Überblick über die in einem Netzwerk eigesetzten Geräte erhalten, stellen wir Ihnen diese etwas näher vor:

 

Repeater

Hub
Bridge

Switch

Router

Gateway

 

Repeater

Ein Repeater ist ein Gerät, dass elektrische Signale zwischen zwei Kabelsegmenten verstärkt. So durfte in einem 10Base-2 Netzwerk die Kabellänge 185 m nicht überschreiten, da ansonsten die Signalqualität zu schlecht wurde. Repeater teilten das Netz in einzelne Segmente auf und erhöhten so die mögliche Kabellänge. Da der Repeater alle elektrischen Signale weiterleitet - also auch Kollisionen - gehören alle daran angeschlossenen Stationen zu einer Collision Domain.

Innerhalb eines Übertragungsweges zwischen zwei Endstationen dürfen maximal fünf Kabelsegmente auftauchen, also höchstens vier Repeater eingesetzt sein. Von den fünf Segmenten dürfen maximal drei mit Endstationen versehen sein.

Ein Repeater mit mehreren Ports wird auch als Hub bezeichnet. Für Twisted-Pair-Verkabelungen mit kaskadierten Hubs lässt sich die obige Regel darauf reduzieren, dass zwischen zwei Endstationen maximal vier Hubs liegen dürfen.

zum Seitenanfang

 

Hub

Der Hub (engl. Achse) ist, hinsichtlich seiner Funktionalität, das Pendant zum Repeater im Twisted-Pair verkabelten Netz. Da er in der Regel 4, 8 oder mehr Ports besitzt, kann man ihnauch als Multi-Port Repeater bezeichnen. Ein Hub ist ebenfalls ein Gerät des OSI-Layers 1 und ist als solcher unsichtbar für andere Komponenten im Netz. Hubs bilden zusammen mit dem Switch die Grundlage für die weitverbreitete Baumtopologie im LAN.
Ein Hub verteilt die an einem Port ankommenden Signale auf alle weiteren benutzte Ports. Die Verbindung von Hub zu Rechner ist hierbei jeweils nur einem Device zugeordnet, d.h. der Hub bietet der angeschlossenen Station die volle Bandbreite des Netzes bis zum Port. Innerhalb des Hubs werden oft besonders breite Busse (Backplane) eingesetzt, um Übertragungsengpässe zu verringern.
Trotzdem bleibt ein Segment, daß über Hubs gebildet wird, ein shared segment, da sich alle Stationen des Hubs ein Segment des LANs teilen.
Er teilt folglich ein Netz in physikalisch unabhängige Segmente, es bleibt aber trotzdem die logische Topologie eines Busses erhalten. Daraus resultiert, daß ein Hub nicht wie z.B. ein Switch die Netzkapazität erhöht.
Heutzutage besitzen Hubs mindestens einen zusätzlichen Port zum Anschluss eines weiteren Netzsegments, z.B. eines zusätzlichen Hubs. Stackable Multiport Hubs lassen sich über spezielle Ports zu einem grossen Stack zusammenschließen.

zum Seitenanfang

 

Bridge

Die Bridge ist ein Gerät des OSI-Layers 2. Sie kann LANs mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften verbinden, z.B. Coax- mit Twisted-Pair-Netzwerken. Allerdings müssen hierbei alle Protokolle höherer Ebenen, d.h. von 3 bis 7, miteinander konform sein. Eine Bridge ist protokolltransparent. Eine Bridge arbeitet im Gegensatz zum Router nicht mit höheren Protokollen wie z.B. IP ( Internet Protocol ), sondern interpretiert die MAC-Adressen der Datenpakete.

zum Seitenanfang

 

Switch

Der Switch ist ein Gerät des OSI-Layers 2, d.h. er kann LANs mit verschiedenen physikalischen Eigenschaften verbinden, z.B. Koax- mit Twisted-Pair-Netzwerken. Allerdings müssen hierbei, ebenso wie bei der Bridge, alle Protokolle höherer Ebenen, d.h. von 3 bis 7, identisch sein. Ein Switch ist protokolltransparent. Ein Switch wird oft auch als Multi-Port-Bridge bezeichnet, da dieser ähnliche Eigenschaften wie eine Bridge aufweist. Der Begriff "Switch" wurde dem Hersteller Calpana eingeführt und hat sich etabliert.
Jeder Port eines Switches bildet ein eigenes Netzsegment. Jedem dieser Segmente steht die gesamte Netzwerk-Kapazität zu Verfügung. Dadurch erhöht ein Switch nicht nur die Netzwerk-Performance im Gesamtnetz, wie eine Bridge, sondern auch in jedem einzelnen Segment.
Der Switch untersucht, ebenso wie eine Bridge, intern jedes Paket auf die MAC-Adresse des Zielsegmentes und kann es direkt dorthin weiterleiten. Ist das Paket aus dem selben Segment für das es bestimmt ist, so wird es verworfen und nicht erneut übertragen.
Der große Vorteil eines Switches lieg in der Fähigkeit seine Ports direkt zu verschalten zu können, d.h. dedizierte Verbindungen aufzubauen.
Durch diese Eigenschaften ist der Switch ein beliebtes Instrument um ein LAN zu unterteilen und so die Netzwerk-Performance zu verbessern.
Um diesen gewünschte Effekt zu erzielen, muß allerdings die Netztopologie dem Switch angepaßt sein. Die Datenlast sollte möglichst gleichmäßig auf alle Ports verteilt sein. Knoten die viele Daten übertragen, sollten an einen eigenen Port am Switch angeschlossen werden. Ein solcher Port bildet dann ein sog. exklusives Segment und wird oft für Server eingesetzt. Das gleiche gilt auch für stark beanspruchte Kommunikationswege, z.B. zwischen zwei Servern. Alle diese Überlegungen haben das Ziel, die Datenmenge, die mehr als ein Segment durchlaufen muß, zu reduzieren.

Allgemein haben sich in der Switch-Technologie zwei Gruppen herauskristallisiert:

Cut-Trough

Beim Cut-through leitet der Switch ein Datenpaket weiter, sobald er den Header des Pakets mit der Adresse des Ziels erhalten hat. Dadurch entsteht nur eine geringe Verzögerung (Latenz) zwischen Empfangen und Weiterleiten. Andererseits können CRC-Fehler im hinteren Teil des Datenpakets nicht erkannt werden, so dass möglicherweise fehlerhafte Pakete beim Empfänger eintreffen. Während dies bei gesicherten Protokollen wie TCP oder IPX lediglich eine Retransmission des defekten Pakets auslöst, kann es bei ungesicherten Protokollen wie UDP oder NetBIOS zum Verbindungsabbruch führen.

Store-and-Forward

Solche Probleme behebt das Store-and-forward-Verfahren. Hier wartet der Switch zunächst, bis er das gesamte Paket empfangen hat. Jetzt lassen sich für das gepufferte Paket beliebige Filterfunktionen benutzen. Erst nach deren Anwendung leitet der Switch das Paket an den Zielport weiter. Allerdings verzögert sich dadurch die Weiterleitung je nach Größe des Datenpakets um wenige Millisekunden.

Ob nun die eine oder andere Switch-Technologie für das gegebene Netz günstiger ist, kann nicht pauschal beantwortet werden, da beide Technologien Vor- und Nachteile haben.

Viele Switches arbeiten deshalb mit einer Mischung aus den beiden Verfahren. Solange nur wenige Kollisionen auftreten, kommt Cut-through zum Einsatz. Bei Überschreiten einer bestimmten Fehlerrate schaltet der Switch auf Store-and-Forward um.

Eine selten genutzte Variante ist das so genannte Fragment-Free-Switching. Es arbeitet wie Cut-through, nur dass es die Daten erst weiterleitet, wenn die ersten 64 Byte des Pakets fehlerlos angekommen sind. Der Grund für dieses Verfahren ist, dass die meisten Fehler und alle regulären Kollisionen innerhalb dieses Zeitfensters auftreten.
Heute haben viele Switches schon Netzwerk-Management-Funktionen wie Router und können über Simple Network Management Protocol (SNMP) per Software konfiguriert werden.

zum Seitenanfang

 

Router

Ein Router kann alle Netze mit unterschiedlichen Protokollen bis zur OSI-Ebene 3 miteinander verknüpfen. D.h. er verbindet auch Netze unterschiedlicher Topologien, aber die Adressierung der OSI-Ebene 3 (Netzwerk-Protokollebene) muß einheitlich sein (z.B. IP). Router sind heute Dreh- und Angelpunkt in strukturiert aufgebauten LAN- und WAN-Netzen.
Bevor der Router ein Paket an ein angeschlossenes LAN oder WAN weiterleitet, untersucht dieser die Adressangaben des Datenpakets, z.B. die IP-Adresse und leitet die Daten in Abhängigkeit seiner Routing-Tabelle weiter. Er arbeitet also nicht wie eine Bridge oder ein Switch mit den Adressen der MAC-Ebene. Dies hat den Vorteil, daß ein Host nicht die MAC-Adresse des Empfängers wissen muß, um diesem eine Nachricht zu übermitteln. Die Adresse der Netzwerk-Protokollebene genügt. Durch die für das Routen notwendige Untersuchung des Datenpakets erhöht sich die Latenzzeit der Daten im Router selbst. Dies muß bei einer Entscheidung zwischen Router und Bridge unter anderem berücksichtigt werden. Allerdings bietet der Router eine wesentlich bessere Administrierbarkeit und auch eine Vielzahl von Möglichkeiten ein LAN logisch zu unterteilen.

Die eigentliche Stärke von Routern liegt in ihrer Fähigkeit mittels Algorithmen (z.B. dem Load Balancing Algoritmus) den in der Regel bestmöglichen Weg für ein Datenpaket zum Empfänger aus seiner Routing-Tabelle zu wählen. Dieses weiterleiten von Daten heißt Routen.

zum Seitenanfang

 

Gateway

Gateways decken alle sieben Schichten des OSI-Referenzmodells ab und ermöglichen die Verbindung von völlig unterschiedlichen Systemen. Gateways werden z.B. eingesetzt, wenn zwei inkompatible Netztypen verbunden werden sollen. Z.B.:
TCP/IP-Systeme mit DECnet-Hosts oder IPX-IP Gateways auf Novell-Servern. Gateways müssen hierbei nicht unbedingt reine Hardwarelösungen, sondern können auch Softwaremodule sein. Es ist allerdings darauf zu achten, daß normalerweise Hardware zwar schneller aber unflexiebler ist. Trotzdem ist die Latenzzeit der Daten sehr hoch.
Gateways unterstützen auch kein Tunneling weil sie das jeweilige Protokoll real in ein anderes umsetzen.

zum Seitenanfang

 

 

 

Unser Service:

Netzwerkkomponenten
drahtgebundene Netzwerke
wireless Netzwerke
WLAN absichern
NAS-Laufwerke
Glossar

 

 

unser gesamtes Leistungspektrum