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Fehlersuche Topologie OSI Schichten V-LAN Spanning Tree 5-4-3-Regel TCP/UDP Hardeware Adressierung
Grundlagen DMX RDM ACN Ethernet Architektur

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Themen dazu:

Vermittlungseinrichtungen

Hub, Switch, Router, Gateway, Bridge, Repeater, Firewall


Repeater

Ein Repeater (Wiederholer) arbeitet ähnlich wie ein Booster beim DMX512. Der Repeater verstärkt die Signale und leitet Sie 1:1 weiter und führt keine Bearbeitung der Datenpakete durch. Der Repeater ist im OSI-Schichtenmodell in Ebene Eins angesiedelt. Droht z.B. aufgrund der Leitungslänge, das Signal zu stark abgeschwächt zu werden, verstärkt der Repeater die Signale und ermöglicht so z.B. die Kabelbedingte Eingrenzung der Übertragungsstrecke zu erhöhen wie z.B. beim Thin-Ethernet auf maximal 200 m. Ein Repeater kann also eingesetzt werden wenn die Daten und Adressen 1:1 übertragen werden sollen, das heißt dass über ein Repeater zwei Teile eines gleichen Netzwerkes die das gleiche Netzwerkprotokoll benutzen verbunden werden können. Der Repeater erlaubt aber auch zwischen verschiedenen Kabeltypen eine Verbindung zu schaffen, wenn das Protokoll das gleiche ist, wie z.B. beim Thin-Ethernet zum 10-Base 2 Ethernet, wobei vom Koaxialkabel zum Twistet Pair Kabel gewechselt wird.

Repeater verbinden oder Boosten ein und dasselbe Protokoll.


Hub und Switch

Wir verstehen dabei unter einen Hub (Mittelpunkt, Angelpunkt) einen einfachen elektrischen Verteiler im Netz, der alle Signale wie ein Splitterbooster jedoch bidirektional an alle angeschlossenen Geräte weiterleitet. Ein Switch (Schalter) dagegen wird oft als ein schnellerer Hub gesehen. Der Geschwindigkeitsvorteil erfolgt zwangsläufig durch den unterschiedlichen Aufbau. Dabei ist die Hauptaufgabe der Signalverteilung wie beim Hub um die Aufgabe der Verbindung von Teilnetzen oder Netzwerksegmenten in größeren Netwerken, erweitert worden. Dazu muss ein Switch in der Lage sein, jeden einzelnen Port zu und abzuschalten bzw. Ports miteinander durchzuschalten. So schaltet der Switch Teilnehmer oder Netzsegmente zwischen den Ports durch. Stationen die direkt am Switch angeschlossen sind, können direkt miteinander kommunizieren ohne die anderen Netzelemente zu belasten. Parallele Kommunikation zwischen verschiedenen Teilnehmern ist so möglich. Auch können damit Teilnehmer mit Ihrer gemeinsam höchsten Übertragungsgeschwindigkeit direkt miteinander kommunizieren, während beim Hub der langsamste Teilnehmer die Übertragungsgeschwindigkeit diktiert. Kurz der Switch erlaubt im Gegensatz zum Hub eine individuelle Adressierung der Teilnetze und damit eine schnellere Verteilung im Netz, wodurch die Performance verbessert wird.


Sternförmige Punkt zu Punkt Verbindung der Datenendgeräte mit der Zentrale mittels HUB


Sternförmige Punkt zu Punkt Verbindung der Datenendgeräte mit der Zentrale mittels Switch.


Der Switch arbeitet seine Aufgaben direkt im Silizium eingebrachte Strukturen (ASIC) ab. Der Switch schaltet also nur Verbindungen zusammen, wenn er die Ziel-MAC-Adresse kennt bzw. diese an einem Port angeschlossen ist. Ein Switch kann erlernen an welchem Port die Zieladresse angeschlossen ist bzw. dann hingeleitet werden muss. So werden die Daten dann zukünftig nur noch an diesen Port geschaltet. Er lernt es so, indem er eine Nachricht erst einmal an alle Ports sendet. Wenn dann von der Zieladresse eine Antwort kommt, trifft diese an einem bestimmten Port ein. Diese Adresse wird in einer internen Tabelle jenem Port zugeordnet, sodass bei allen folgenden Nachrichten der Switch genau diesen Port erneut auswählen wird und dann nicht mehr auf alle Ports verteilt. Dies funktioniert bei Unicast, wenn Absender und Empfänger je ein Gerät bzw. Adresse ist. Bei einem Broadcast, das an alle Netzwerkteilnehmer adressiert ist, lautet die MAC-Ziel-Adresse FF:FF:FF:FF:FF:FF und wird auf alle Ports geschaltet. Das belastet dann natürlich das Netzwerk, da dann alle Ports blockiert sind. Multicast ist nicht ganz so gravierend, da es sich "nur" an eine Gruppe von Geräten wendet. Die MAC-Ziel-Adresse bei Multicast dagegen ist mit 01:00:5E:00:00:00 definiert.

Bei der Auswahl des Switches spielt auch die aggregierte Bandbreite eine Rolle. Zum Beispiel sind bei einem 8 Port Switch gleichzeitig maximal vier Verbindungen zweier Stationen möglich. Teilt man also die Portanzahl durch zwei und multipliziert dies mit der Übertragungsgeschwindigkeit, erhält man die benötigte aggregierte Bandbreite. Man kann weiterhin Switches in zwei Gruppen einteilen. Einmal in die einfachen sowie in die managebaren. Der einfache Switch besitzt nicht die Möglichkeiten Informationen auszugeben oder Einstellungen vornehmen zu lassen, ist aber sehr preiswert. Mit dem managebaren Switch sind Einstellungen wie Spanning Tree oder IGMP (Internet Group Management Protokoll), also das Protokoll zur Verarbeitung von Multicast-Sendungen möglich, denn wie bereits erwähnt, wird Multicast durch das Netzwerk selbst wie z. B. den eingesetzten Switch verwaltet. Der managebare Switch benötigt dann auch eine IP-Adresse, um von der Konsoloe bzw. Laptop mit einem Broswer aus eingestellt zu werden. Kennt man die IP-Adresse des Switches nicht, kann man mittels Terminalprogramm und einem separaten Terminalanschluss eine IP-Adresse einstellen bzw. auslesen. So benötigen einige Netzwerk-Protokolle einen managebaren Server um ihre Funktionsvielfalt realisieren zu können.



Hub oder Switch?

Ein Hub ist prinzipiell schneller, da er die Pakete einfach elektrisch weiterleitet.

Ein Hub ist einfacher in der Anwendung, denn er muss nicht konfiguriert werden.

Ein Hub ist deshalb im Servicefall auch einfacher auszutauschen.

Ein Hub blockiert nie Broadcast-Daten

Der Switch erhöht die Performance im Netz, denn er kann die Datenpakete intelligent an die betreffenden Ports steuern.

Der Switch hilft zur einfachen Erweiterung des Netzwerkes mit der 5-4 Regel


Switch oder Router?

Der Switch ist sehr schnell, da er über maschinennahe Algorithmen seine Prozesse steuert statt über komplexere Software (ca. Faktor 10).

Der Switch ist einfacher in der Anwendung, denn er muss nicht unbedingt oder zumindest weniger konfiguriert werden als ein Router.

Der Switch ist deshalb im Servicefall auch einfacher auszutauschen.

Der Router erlaubt mit seinen Algorithmen ein effektiveres Routing der Datenpakete.

Der Router erlaubt mit seinem ausgeklügelten Routing eine bessere Havariestrecke auszuwählen.

Der Router kann die Bandbreitenkapazität durch effektive Datenpaketschnürung erreichen.


Router

Ein Router kann separate Netzwerke miteinander verbinden. Aber auch umgekehrt kann ein Router verwendet werden um aus einem Netz besser mehrere kleine separate Netze aufzubauen. Der Vorteil der Teilung der Netze ist, das jedes Netz seine eigne Netzadresse aufweisen kann und innerhalb des jeweiligen Netzes jeder Teilnehmer seine eigne Teilnehmeradresse unabhängig vom anderen Netz aufweisen kann. Dabei ist der Router mit einer eignen Adresse ebenfalls Teilnehmer. Er überträgt nur dann die Daten von einem Netz zum anderen, wenn Ihm die Adresse bekannt ist. Weiterhin werden über ausgeklügelte Pfadauswahlverfahren die optimalen Verbindungswege der Daten zur Zieladresse eingeschlagen, auch wenn weitere Netzwerke zwischengeschaltet sind, denn in der 3. Schicht stehen Routern die Informationen über Netzwerkadressen und Pfaden zwischen allen Punkten des Netzes zu Verfügung.

Erst wenn die Netzwerke größer werden oder zum Zwecke einer Fernwartung oder Fernsteuerungen das Internet mit zum Datenaustausch herangezogen wird, werden auch Router benötigt. Einmal können die Router auf der 3. Schicht den optimalen Weg der IP-Adressen vorgeben. Dazu müssen jedoch Algorithmen durchlaufen werden, die ein wenig Zeit in Anspruch nehmen. Aber ein Router kann auch Erkennen wenn ein Datenpaket ständig umherirrt und dann eine weitere Verbreitung unterbinden. Weiterhin kann aber der Router auch verhindern, dass alle Broadcastsendungen des Licht-Netzwerkes nicht in das Internet gelangen. Damit z. B. bei Nutzung eines Netzwerkes die Daten nicht in ein benachtbartes Netzwerk oder das Internet gelangen, hat man drei Adressenbereiche eingerichtet, die grundsätzlich von Routern nicht weitergeleitet werden. So ist uns bestimmt der Adressbereich 192.168.xxx.yyy aus diversen Handbüchern bekannt, wenn es darum geht sein Lichtnetzwerk zu Konfigurieren. Damit hat man verhindert, dass nicht unkontrolliert viele Daten in das Internet hineinströmen, wenn man sein Lichtnetzwerk mit einem Router (zwecks Fernwartung oder wegen dem bequemen Download der neusten Firmware der Moving Lights) und dem Internet gekoppelt hat. Die anderen geblockten Adressbereiche lauten 10.zzz.xxx.yyy und 172.16-31.xxx.yyy. Denn wenn man eine Kopplung in das Internet wagt, wer sagt uns denn, dass nicht irgendjemand die gleiche IP-Adressen bei seinen Geräten eingestellt hat, und schon sind Probleme zu erwarten.


Bridge

Eine Bridge (Brücke) verbindet zwei Teilnetze miteinander. Der Unterschied zu einem Repeater besteht darin, das die Bridge die Zieladresse ausliest und dann entscheidet ob die Datenübertragung in das angeschlossenen Teilnetz übertragen wird, oder ob die Zieladresse sich im gleichen Teilnetz befindet wie die Quelladresse. In diesem Fall wird die Weiterleitung unterdrückt. Somit wird das zweite Teilnetzt nicht belastet und die Performance kann steigen. Die Bridgearbeitet in der 1. und 2. Schicht des OSI-Schichtenmodells und überträgt die Daten zwischen den Teilnetzen aufgrund der identifizierten MAC-Adressen. Dabei werden die Datenpakete nicht bearbeitet. Bei Remote-Bridges handelt es sich um zwei Bridges, die über eine Daten-Fern-Übertragung wie z.B. eine Standleitung, miteinander verbunden sind. Damit können über große Entfernungen zwei Teilnetze miteinander zu einem Gemeinsamen Netz verbunden werden.


Bridge verbinden zwei Netze mit dem ein und denselben Protokoll, wenn die Zieladresse im anderen Netzsegment befindet.


Gateway

Ein Gateway (Torweg, Einfahrt) ist eine Art Übersetzer und arbeitet in den OSI-Schichten 3 bis 7. Er ermöglicht die Verbindung von unterschiedlichen Netzen wie z.B. Großrechner mit UNIX Betriebssystem die bereits seit den 70er Jahren die ersten Schritte mit dem TCP/IP ausführten, mit Apple Rechnern die Apple Talk verwenden oder mit IBM-Kompatiblen PCs die mit Ihren Client Server Systemen oder ab Win95 bzw. NT Netbios mit NetBEUI einsetzten. Das Gateway führt eine vollständige Umwandlung von einem Protokoll in das andere durch und ermöglicht so eine Datenkommunikation die über Hardeware und Software hinweg. Die Gateway-Funktion wird über Software realiesiert, so das ein Gerät namens Gateway in der Regel nicht zu finden ist, sondern sich als Software-Funktion in Geräten wie Routern wiederfindet.

Gateways übersetzen Daten von unterschiedlichen Netzen in die jeweils andere Form.


Firewall

Wir kennen in erster Linie die Firewall um unseren Heimrechner gegen Attacken aus dem Internet zu schützen. Man kann jedoch eine Firewall auch dafür einsetzten um innerhalb der eignen Netze eine Struktur aufzubauen mit der Möglichkeit sensible Datenbereiche vor unberechtigten Zugriff zu schützten bzw. Anwendern des einen Netzes den Zugriff auf sensible Daten des benachbarten Netzes zu versperren. Eine Firewall wird im Verbindungsglied zweier Netze eingebunden und blockiert die Kommunikation zwischen den Netzen wenn bestimmte definierte Kriterien nicht erfüllt werden. So können Firewallfunktionen in Geräten wie Router, Switches oder als PC-Software oder im Gateway integriert sein oder aber auch als eine Stand-alone Lösung angeboten werden. Die Firewall kann als Paketfilter arbeiten, das heißt Sie kontrolliert alle eingehenden Datenpakete auf Quelladressen und Zieladressen, Portnummern von TCP- und UDP Paketen sowie die Richtung des Datentransfers. Die Regeln werden vom Systemadministrator im Verbindungsrechner in entsprechenden Tabellen angelegt. Dagegen ist eine Firewall die als Application Gateway arbeitet wesentlich sicherer. Denn hier sind zur Kopplung der Netze zwei Netzwerkanschlüsse mit eignen Netzadressen vorhanden (dual homed gateway). Die Eine Adresse ist innerhalb des geschützen Netzwerk, während die andere Adresse für die Außenkommunitation zuständig ist. Der Vorteil liegt auch darin, das von Außen nur die Adresse des Application Gateway ersichtlich ist bzw. die internen Netzwerkstrukturen bleiben nach außen hin verborgen. Ein Zugriff von außen kann nur über Identifizierung und Authentisierung, sprich einer Zugangskennung erfolgen. So sind Passwortverwaltung und Nutzerprofile weitere Kontrollmechanismen.

Vermittlungseinrichtungen

Zur Zeit entstehen komplexe Netzwerke wie z.B. beim "dänischen Radio" DR-Byen, bei denen nicht nur Lichtstellanlagen im Verbund mit Dimmern und Nodes zur Ansteuerung von Movinglights ein Netzwerk bilden, sondern über ein und dieselbe Infrastruktur auch alle anderen Gewerke wie Ton, Video, Haustechnik, Bühnentechnik, Kommunikationstechnik und, und, und Ihre Daten austauschen können. Bei der Mischung von einzelnen Netzwerken, die hinsichtlich Ihrer Systemplattform, Betriebssoftware, Topologie und Zugriffsverfahren unterschiedlich sind, spricht man von vernetzten herterogenen Systemen. Dazu kommt eine räumliche komplexibilität hinzu, das dieses Netzwerk nicht nur in einem Studio, sondern überall innerhalb des kleinen Mediendorfes welches aus mehreren Gebäuden mit jeweils mehreren Studios und vielen weiteren Arbeitsräumen besteht, verfügbar sein muss. Das hierbei die Übertragungsgeschwindigkeit bei dem entsprechend hohen Datenaufkommen der einzelnen Gewerke extrem hoch sein muss, ist selbstverständlich. Das dabei auch verschiedenste Protokolle verwendet werden und man die Datenflut nur dann beherrscht werden kann, wenn die Daten nur dorthin geleitet werden wo sie auch benötigt werden, ist eine der Herausforderungen für die Vermittlungsstellen, die wir jetzt in Ihren Grundfunktionen vorstellen.





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Im folgenden Bild ist eine Ethernetlösung von dem kleinen Teilsegment Lichtsteuerung. Dabei ist hier die Überkreuz angebundene Backuplösung und Anbindung an den Hochgeschwindigkeits Backbone nicht dargestellt.