Datenkommunikation - FET

Ein weiterer Vorteil transparenter Bridges ist die Unterstützung redundanter Verbindungen. Dadurch ist die Kopplung von
zwei Segmenten über mehrere Verbindungen möglich. Dies führt zu einer verminderten Störanfälligkeit. Das heißt, ein Ausfall
einer Verbindung wird durch die zweite redundante Verbindung aufgefangen, ohne dass die Kommunikation zwischen
Segmenten beeinflusst wird. Hier ergibt sich aber das Problem, dass Topologieschleifen durch Mehrfachübertragung eines
Rahmens erzeugt werden könnten. Das heißt, durch die redundante Auslegung könnten die Bridges in Abständen das Netz
fluten. Dies kann zu einer endlosen Schleife führen, da beide Bridges sich nicht gegenseitig abgleichen.
Die Lösung dieses Problems ist das Spanning-Tree-Verfahren, welches in IEEE 802.1 spezifiziert ist und transparenten
Bridges erlaubt, redundante Strukturen einzuführen. Dieser Algorithmus verhindert im Grunde die Mehrfachübertragung eines
Rahmens. Die Bridges kommunizieren untereinander, um die Überlagerungen der aktuellen Netztopologie mit einem überspannenden
Baum zu versehen, der jedes LAN erreicht. Damit eine fiktive schleifenlose Technik aufgebaut werden kann,
werden nicht alle Verbindungen innerhalb eines LANs verwendet. Wenn die Bridges sich gegenseitig übereinstimmend nach
dem Spanning-Tree richten, erfolgen alle Datentransporte nach diesem Schema. Da von jedem Sender zu einem Empfänger
nur eine Verbindung führt, können keine Schleifen entstehen. Um diese Konfiguration beizubehalten, sendet jede Bridge alle
paar Sekunden ihre Seriennummer des Herstellers und alle ihr bekannten Bridges ins Netz. Die Basis bildet die Bridge mit
der kleinsten Seriennummer. Anschließend werden Pfade über kürzeste Verbindungen zu weiteren Bridges aufgebaut. Wenn
eine Bridge ausfällt bzw. aus dem Netz herausgenommen wird, fängt die Prozedur von neuem an. Der Baum wird dann
nochmals neu berechnet. Das Spanning-Tree-Verfahren kann allerdings auch negative Mechanismen verursachen. Wenn man
aus Sicherheitsgründen eine Firewall oder einen Server redundant an eine Bridge oder einen Switch anbinden möchte, schaltet
Spanning-Tree den zweiten Pfad ab. Bei Ausfall des aktiven Pfades wird der redundante Pfad nicht mehr aktiviert. Die
Verbindung ist unterbrochen. Um das zu verhindern, werden redundante Verbindungen an die gleichen Bridges bzw. Switches
angeschlossen. Fällt allerdings die Bridge bzw. der Switch aus, kann keine redundante Sicherung der Daten eingeleitet
werden. Heute sind Transparente Bridges mit Spanning-Tree-Verfahren hauptsächlich bei Ethernet im Einsatz. Token Bus
und FDDI verwenden ebenfalls diese Art von Bridges. Sie erfordern kein Netzmanagement und besitzen eine einfache Konfiguration.
Die dritte Art von Bridges wird mit dem Begriff Source-Routing beschrieben. Anders als die Transparente Bridge erfordert
dabei das Source-Routing einen erhöhten administrativen Aufwand. Das liegt daran, dass einer Station die gesamte Verbindung
zu einer anderen Station eines beliebigen Segments bekannt sein muss. Die gesamte Leitweginformation wird im Header
des zu übertragenden Rahmens festgehalten. Die Verwendung der Brücke ist damit nicht mehr transparent. Allerdings
wurde ein gravierender Nachteil ausgeschaltet. Die Bandbreite kann durch Source-Routing besser ausgenutzt werden, da die
ganze Topologie bekannt ist. Das Einsatzgebiet der Source-Routing Bridges ist heute nur noch der Token Ring.
Das Source-Routing-Verfahren basiert auf der Annahme, dass der Sender in einem LAN das Netz genau kennt und damit
auch in der Lage ist, den Empfänger auszumachen. Wenn sich der Empfänger in einem anderen LAN befindet, wird das
High-Order-Bit der Senderadresse auf 1 gesetzt. Zusätzlich wird der genaue Pfad angegeben, den der Rahmen zum Empfänger
hin benötigt. Nur wenn das High-Order-Bit auf 1 gesetzt ist, greift das Source-Routing ein. Wird ein solcher Rahmen erkannt,
wird ein Pfad nach einer bestimmten Route aufgebaut. Dies geschieht über die 12-Bit-Nummer eines LANs, die eindeutig
ist und einem LAN zugeordnet wird. Enthalten sind 4 Bit für die Identifikation einer Bridge. Zwei weit auseinander
liegende Bridges können die gleiche Nummer haben, während zwei Bridges im gleichen LAN sich dadurch eindeutig unterscheiden.
Um den Pfad zum Empfänger zu ermitteln, wird ein Broadcast mittels eines Discovery Rahmen gesendet, der jedes
LAN im Netzverbund erreicht. Wenn eine Antwort zurückkommt, fügen die Bridges ihre Kennung hinzu, wodurch der Sender
den zurückgelegten Weg sehen kann und in der Lage ist, die beste Route zu ermitteln. Dieser Algorithmus verursacht
damit einen exponentiellen Anstieg der Rahmen, der sich auf das gesamte Netz auswirkt. Transparente Bridges arbeiten nach
einem ähnlichen Prozess, überfluten aber nur entlang eines überspannenden Baums, so dass die absolute Zahl der übertragenen
Rahmen nur linear mit der Netzgröße ansteigt.
Source-Routing bietet trotzdem optimales Routing an und eignet sich sehr gut zum Einsatz parallel betriebener Bridges. Störungen
werden allerdings nicht effektiv wahrgenommen. Das heißt, es wird nur gemerkt, dass die Rahmen nicht mehr bestätigt
werden. Nach einem Timeout wird wieder versucht, das Ziel zu erreichen. Erst nach längerer Erfolglosigkeit wird die
Taktik geändert. Die Bridge schickt einen weiteren Discovery Rahmen, der testen soll, ob das Ziel oder der Weg Probleme
bereitet. Wenn eine wichtige Bridge ausgefallen ist, müssen viele Hosts den Ablauf von Timeouts abwarten und senden ebenfalls
neue Discovery Rahmen aus. Dies geschieht selbst dann, wenn alternative Wege bereitstehen würden.
Damit ein Rahmen von der Bridge transportiert werden kann, muss die Bridge wissen, auf welcher Seite sich der Empfänger
mit der zugehörigen MAC-Adresse befindet und über welchen Port er zu erreichen ist. Dazu sind die Bridges mit einem
selbst lernenden Algorithmus und einer dynamischen Adresstabelle ausgestattet. Empfängt die Brücke an einem Port ein
Rahmen, so wird zuerst die MAC-Quellenadresse des Rahmens ausgewertet und mit den Einträgen in der Adresstabelle verglichen.
Ist diese Quellenadresse unbekannt, wird sie mit der entsprechenden Portnummer gespeichert. Dadurch kann ein bestimmter
Sender mit einem bestimmten Port in Verbindung gebracht werden.
Anschließend findet die Transportentscheidung statt. Sie erfolgt aufgrund der im Rahmen enthaltenen MAC-Zieladresse, wodurch
sich drei mögliche Wege ergeben:
Institut für Kommunikationsnetze - TU Wien - o. Univ. Prof. Dr. Harmen R. van As - Vorlesung Datenkommunikation Teil 3-1a 20