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Logical Link Control

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Die Logical Link Control Teilschicht (LLC-Teilschicht) bildet die sogenannte Sicherungsschicht des LANs. Die hier geregelten Aufgaben liegen auf einer höheren Abstraktionsebene als die der darunter gelegenen MAC-Teilschicht, auf der sie aufsetzt. Prinzipiell dient die LLC-Teilschicht der Vermittlung zwischen der im TCP/IP-Referenzmodell darüber gelegenen Internetschicht und der MAC-Teilschicht. Ihre Konzeption und Implementierung ist unabhängig von der zum Einsatz kommenden Netzwerktechnologie. LAN-Technologien, wie z.B. Ethernet, Token Ring oder WLAN können mit derselben LLC-Teilschicht zusammen betrieben werden. In diesem Zusammenhang bezeichnet Logical Link Control auch ein eigenes unter IEEE 802.2 standardisiertes Netzwerkprotokoll.

Zu den Aufgaben der LLC-Teilschicht zählt das Vermeiden von Überlastsituationen während der Datenübertragung zu potenziellen Empfängersystemen durch gezielte Eingriffe in den Datenfluss (Flusssteuerung) und die Steuerung der Datenübertragung (Link Management). In der LLC-Teilschicht findet auch eine erste Qualitätskontrolle der übertragenen Daten statt. Datenübertragungsfehler müssen erkannt und – falls möglich – korrigiert werden. Zu diesem Zweck implementieren die auf der LLC-Teilschicht angesiedelten Protokolle unterschiedliche Fehlererkennungs- und -korrekturverfahren.

Zusätzlich synchronisiert die LLC-Teilschicht das Senden und Empfangen von Dateneinheiten (Rahmen). Dazu müssen Daten entsprechend den physikalischen und logischen Bedingungen der jeweils gewähltenÜbertragungsform in längenbeschränkte Datenpakete unterteilt werden (Fragmentierung), wobei auch nach der Übertragung noch Beginn und Ende korrekt erkannt werden müssen (Datenpaketsynchronisation). Daneben gewährleistet die LLC-Teilschicht die sogenannte Multiprotokollfähigkeit, also die Fähigkeit zur gleichzeitigen Nutzung verschiedener Kommunikationsprotokolle. Die in der LLC-Teilschicht angebotenen Datenübertragungsdienste lassen sich in verbindungsorientierte und verbindungslose Dienste unterteilen.

Zur LLC-Teilschicht gehören die folgenden Protokolle:

  • IEEE 802.2 Logical Link Control
  • PPP (Point-to-Point Protocol)
  • SLIP (Serial Line Internet Protocol)
  • SNAP (Subnetwork Access Protocol)
  • HDLC (High Level Data Link Control)
  • LAPB (Link Access Procedure, Balanced)
  • LLDP (Link Layer Discovery Protocol)

Ein Beispiel zum Dijkstra-Algorithmus

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Dijkstra Shortest Path Algorithmus

Zur Erläuterung der Funktionsweise des Dijkstra-Routingverfahrens betrachten wir das Beispiel in der Abbildung. Das Netzwerk besteht aus sieben Knoten A, B, C, D, E, F, G. Die Verbindungsgewichte sind an den jeweiligen Kanten angegeben. Es wird ein kürzester Weg durch das Netzwerk von A nach G gesucht. Zu jedem Knoten wird dazu eine Datenstruktur bereitgestellt, die sogenannte Belegung, die den jeweiligen Vorgängerknoten entlang des kürzesten Weges und die aktuell ermittelte Entfernung dieses Knotens vom Startknoten beinhaltet. Zu Beginn ist für jeden Knoten der Vorgängerknoten unbesetzt und die aktuelle Entfernung wird mit Unendlich angegeben. Wir unterscheiden permanente Knoten von noch in der Berechnung befindlichen Knoten. Für permanente Knoten wurde bereits die kürzeste Entfernung zum Startknoten bestimmt, sie können neuer Ausgangspunkt für Folgeberechnungen werden. In der Abbildung sind permanente Knoten durch ausgefüllte Kreise kenntlich gemacht.

Zu Beginn der Berechnung wird der Startknoten A als permanent markiert (a). Es werden dann die zu A benachbarten Knoten B und C betrachtet, und da diese noch nicht als permanent markiert sind, und die Entfernung, die in ihrer Belegung angegeben größer als die zu A ermittelte Distanz ist, erhalten sie die Belegung (A,2) für B und (A,3) für C entsprechend der (gewichteten) Entfernung von A. Jetzt werden alle nicht permanenten Knoten des Graphs untersucht und derjenige Knoten mit der kleinsten Belegung, hier B, wird zum neuen Ausgangsknoten gewählt und als permanent markiert (b). Dann werden die zu B benachbarten, nicht permanenten Knoten D und F betrachtet. Entsprechend ihrer Distanz von A, die sich ergibt aus der Distanz vom Ausgangsknoten B plus dessen Belegung, erhalten die Knoten die Belegungen (B,9) für F und (B,6) für D. Zur Ermittlung des nächsten Ausgangsknotens für den kürzesten Weg werden wieder alle nicht permanenten Knoten betrachtet und derjenige mit der kürzesten Distanz zu A, jetzt C, herausgenommen und als permanent markiert (c). Dann werden die nicht permanenten Nachbarn von C betrachtet (D und E) und deren Distanz von A entlang der Route über C ermittelt (für D gleich 5 und für E gleich 5). Da die Route von A nach D über C kürzer ist, als die bisherige, wird die Belegung von D auf (C,5) gesetzt (d). Haben, wie in der nachfolgenden Betrachtung, zwei oder mehrere nicht permanenten Knoten dieselbe Distanz zur Quelle, so wird zufällig einer ausgewählt, als permanent markiert und zum Ausgangspunkt für die nächste Runde gewählt.

Auf diese Weise wird solange fortgefahren, bis der eigentliche Zielpunkt (G) als permanent markiert worden ist. Die Entfernung vom Startpunkt A ergibt sich dann einfach aus der Belegung von G (8), und der kürzeste Weg kann in entgegengesetzter Richtung von G nach A, der Belegung der jeweiligen Knoten folgend, rekonstruiert werden (G,E,C,A).

Dijkstra-Algorithmus

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Die Bestimmung des kürzesten Weges (Shortest Path) vom Sender zum Empfänger innerhalb eines Netzwerks ist für eine Vielzahl von Routingverfahren von entscheidender Bedeutung. Eine einfache Technik, die in diesem Zusammenhang häufig zum Einsatz kommt, ist der sogenannte Dijkstra-Algorithmus, benannt nach seinem Erfinder Edsger W. Dijkstra (1930–2002).

Edsger W. Dijkstra

Der Dijkstra-Algorithmus arbeitet auf einem Graphen, dessen Knoten die Router des Netzwerks und dessen Kanten die Verbindungen zwischen den einzelnen Routern darstellen. Das Verfahren ermittelt die Länge der kürzesten Wege von einem Sender zu allen Routern im Netz und stellt während der Berechnung eine Routingtabelle für den Sender zusammen.

Welcher Weg dabei den kürzesten Weg in einem Netzwerk darstellt, hängt von der gewählten Metrik ab, z.B. der Anzahl der notwendigen Hops vom Sender zum Empfänger. Allerdings ist diese Vorgehensweise in der Praxis nicht immer zielführend, da die Verbindungen zwischen den einzelnen Netzwerkkomponenten unterschiedliche Bandbreiten besitzen und sich über unterschiedliche Entfernungen erstrecken können. Daher macht es Sinn, die Verbindungen entsprechend ihrer Bandbreite und ihrer räumlichen Ausdehnung zu gewichten, und in die Gewichtung auch Größen, wie z.B. die Schaltgeschwindigkeit des Routers oder Wartezeiten innerhalb des Routers, mit einzubeziehen. Daneben kann die Benutzung von Übertragungsleitungen auch mit Kosten verbunden sein, die ebenfalls in die Gewichtung der Netzwerkkanten mit einfließen kann. Der Dijkstra-Algorithmus ist in der Lage, stets den kürzesten Weg entsprechend der gewählten Metrik zu bestimmen.

Ethernet 100Base-T

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Ethernet ist mittlerweile zum wichtigsten Technologievertreter im LAN-Segment des (kabelgebundenen) Netzwerkmarktes geworden. Obwohl in den 1980er und zu Beginn der 1990er Jahre eine große Herausforderung durch andere LAN-Technologien, wie z.B. Token Ring, FDDI oder ATM bestand, gelang es keiner dieser Technologien, Ethernet die Marktführerschaft streitig zu machen, die es seit seiner Einführung Ende der 1970er Jahre inne hatte. Es mag viele Gründe dafür geben, warum sich Ethernet auf so breiter Front durchgesetzt hat. So war Ethernet historisch die erste, im großen Maßstab eingesetzte LAN Technologie. Dank seines langen praktischen Einsatzes konnten Netzwerkadministratoren eine sehr große Vertrautheit mit der Technologie und all ihren Eigenheiten entwickeln und standen später aufkommenden neuen LAN-Technologien eher skeptisch gegenüber. Desweiteren sind Token Ring und ATM wesentlich komplexer in der Infrastruktur und Verwaltung und auch kostspieliger im Vergleich zu Ethernet, was Netzwerkadministratoren zusätzlich daran hinderte, die Ethernet-Technologie aufzugeben. Ein Grund, warum die alternativen LAN-Technologien zunächst trotzdem attraktiv erschienen, lag zum Teil in ihren höheren Bandbreiten begründet. Allerdings gelang es der Ethernet-Technologie immer wieder, aufzuschließen und die Konkurrenten auch in Hinblick auf die Bandbreite einzuholen oder gar zu überholen. Aufgrund der großen Verbreitung von Ethernet ist die notwendige Hardware-Ausstattung entsprechend preiswert. Das günstige Kostenverhältnis ist auch auf das Ethernet-eigene Multiple- Access Protokoll zurückzuführen, das vollständig dezentral gesteuert abläuft und ein einfaches Design der Hardwarekomponenten ermöglicht.

Arbeiten mehr und mehr Nutzer in einem Ethernet-LAN und kommen dabei netzbasierte Multimedia-Anwendungen zum Einsatz, so reichen 10 Mbps Bandbreite nicht mehr aus, um einen reibungslosen Betrieb zu gewährleisten. Die 1995 seit der Einführung von FastEthernet mit 100Base-T verfügbare Bandbreite von 100 Mbps wurde zwar zu Beginn bestimmt nicht immer ausgenutzt, doch wurde durch eine solche Erhöhung der Bandbreite die Möglichkeit geschaffen, sogenannte Bursts zu bewältigen, die auftreten, wenn mehrere Nutzer gleichzeitig Multimedia- Inhalte über das Netz versenden. Neben der hohen Übertragungsgeschwindigkeit bot FastEthernet den Vorteil, als konsequente Weiterentwicklung von 10Base-T bei der Entwicklung von Hubs, Repeatern, Ethernet-Adaptern und anderen Ethernet- Komponenten auf eine standardisierte Technologie zurückgreifen zu können. Dies führte auch dazu, dass eine Migration von einer bestehenden 10Base-T Umgebung auf das neue 100Base-T relativ kostengünstig realisiert werden konnte. Eine bestehende 10Base-T-Verkabelung konnte größtenteils beibehalten werden, da die neue 100Base-T-Media Spezifikation (100Base-TX, 100Base-T2, 100Base-T4 2 und 100Base-FX) auf allen Doppeladerverkabelungen (UTP Kategorie 3, 4, und 5), abgeschirmten Doppeladerkabeln (Shielded Twisted Pair, STP) oder Lichtwellenleiterkabeln eingesetzt werden kann. 10 Mbps-Ethernet und 100 Mbps-Ethernet können auch gemischt eingesetzt werden, da Switches mit Ports für beide Geschwindigkeiten verfügbar sind, wodurch eine schrittweise Migration ermöglicht wurde. Alle Varianten des FastEthernet benutzen die Sterntopologie. Die mit ” T“ bezeichneten Varianten nutzen Zugriffsverfahren und Datenpaketformate gemäß der IEEE 802.3 Spezifikation.

Bedeutung von LANs

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Die heute am weitesten verbreitete Form der Rechnernetzwerke sind Local Area Networks (LANs). Weltweit sind die meisten Computer über solche LANs miteinander vernetzt. LANs erreichen durch die gemeinsame Nutzung der vorhandenen Netzressourcen für alle angeschlossenen Rechner eine sehr hohe Wirtschaftlichkeit. Einer der Gründe, warum die Rechnervernetzung in Form von LANs so effizient ist, war aus dem Bereich der Rechnerarchitektur schon lange bekannt: Das Prinzip der Locality of Reference. Dieses Prinzip besagt, dass die Wahrscheinlichkeit des Speicherzugriffs auf eine der aktuellen Position benachbarten Speicherzelle größer ist, als die Wahrscheinlichkeit, dass als nächstes der Inhalt einer weiter entfernten Speicherzelle vom Programm angefordert wird. Vor allem schnelle Zwischenspeicher – sogenannte Caches – machen sich diese Eigenschaft zur Erhöhung der Speichereffizienz zu Nutze.

Überträgt man das Prinzip der Locality of Reference auf den Bereich der Computernetzwerke, dann besagt es, dass auch die Kommunikation dort nicht völlig chaotisch abläuft. Locality of Reference herrscht auch hier vor, sowohl in zeitlichem als auch räumlichem Bezug:

  • Temporal Locality of Reference
    Kommunizieren zwei Computer miteinander, so ist die Wahrscheinlichkeit groß, dass sie das anschließend gleich wieder tun werden.
  • Spatial Locality of Reference
    Die Wahrscheinlichkeit, dass zwei im Netzwerk benachbarte Computer miteinander kommunizieren, ist größer, als die Kommunikation mit einem anderen, im Netzwerk weit entfernten Rechner.

Üblicherweise handelt es sich bei LANs um private Netzwerke, die im Wesentlichen ohne besondere Vorschriften und ohne festgelegte Nutzungsgebühren von jedermann installiert und betrieben werden können. Geografisch sind LANs daher zunächst auf das Grundstück des jeweiligen Eigentümers beschränkt, wobei es durchaus auch z.B. funkverbundene LAN-Inseln verteilt über unterschiedliche Grundstücke geben kann. Weiträumige Netze dagegen (WANs, MANs) sind auf Netzbetreiber (Carrier) angewiesen, die die Netzwerke unterhalten und zur Nutzung meist gegen Entgeld zur Verfügung stellen. Bei den Netzbetreibern handelt es sich um private oder öffentliche Anbieter, die im Rahmen vorgegebener rechtlicher Vorschriften tätig sind. Aber auch ein Unternehmen kann für sich selbst ein WAN etreiben, ohne dass dieser Dienst Außenstehenden zugänglich gemacht wird (Corporate Network). Oft wird dazu die benötigte Infrastruktur (Leitungen) von einem Netzbetreiber angemietet und ein scheinbar firmeneigenes Netz aufgebaut. Das Unternehmen ist dann selbst für den Betrieb und das Management des firmeneigenen Netzes zuständig.

Distanzvektor Routing

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In der Praxis relevant sind vor allem dezentrale, verteilte Routingverfahren. Hier berechnet jeder Router seine Routingtabelle lokal und versendet anschließend Nachrichten mit der von ihm gewonnenen Routinginformation an benachbarte Router, um diese aus seiner Sicht über die Netzwerktopologie zu informieren. Bei diesen Verfahren versenden Router die Routinginformation periodisch, so dass nach einer kurzen Anlaufzeit jeder Router die kürzesten Wege zu allen Zielen erfasst hat. Das Ergebnis des verteilten Routings ist prinzipiell dasselbe, wie im Falle des Dijkstra Algorithmus, nur dass die Router zusätzlich in der Lage sind, sich dynamisch an Veränderungen der Topologie oder der Auslastung des Netzwerks anzupassen, da sie periodisch neue Routinginformation austauschen. Fällt eine Netzwerkverbindung aus, erhält ein Router von denjenigen Routern, die nur über diese Verbindung erreichbar waren, keine weiteren Updates. Existiert eine Ausweichroute, kann der Router mit Hilfe der Routinginformation der übrigen Router seine Routingtabelle trotzdem anpassen und die ausgefallene Netzhardware umgehen.

Das als Distanzvektor Routing bezeichnete Verfahren ist ein dezentrales Routingverfahren, das iterativ und asynchron abläuft. Jeder Router hält dabei eine Tabelle (Vektor) vor, die neben dem für ein bestimmtes Ziel jeweils zu wählenden Anschluss zusätzlich noch dessen Distanz beinhaltet. Diese Tabellen werden stets aktuell gehalten durch Austausch von Routinginformation mit den benachbarten Routern. Das Distanzvektor Routingverfahren wird oftmals auch als Bellman-Ford-Algorithmus oder als Ford-Fulkerson-Algorithmus bezeichnet nach den Wissenschaftlern Richard Bellman (1920–1984) und Lester Ford (*1927) bzw. Delbert Ray Fulkerson (1924–1976), die dieses Verfahren entwickelt haben. Das Distanzvektor Routing war das erste Routingverfahren, das 1967 entwickelt wurde und später im ARPA- NET zum Einsatz kam. Es wurde im Internet als Routing Information Protocol (RIP) in RFC 1058 (RIPv2 in RFC 2453) standardisiert. Ebenso kam es in frühen Versionen der DECnet und Novell IPX Netzwerk-Software zum Einsatz. AppleTalk und Cisco-Router verwenden eine verbesserte Version des Distanzvektor Routingverfahrens.

Baumtopologie

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Baumtopologien sind hierarchisch organisiert und besitzen einen Wurzelknoten auf der obersten Hierarchieebene, der mit mehreren Rechnern auf der zweiten Hierarchieebene verbunden sein kann, die selbst ebenfalls wieder mit weiteren Rechnern verbunden sein können. Verbindungen zweier benachbarter Rechner werden auch in der Baumtopologie über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen realisiert. Technisch gesehen kann man eine Baum-Topologie als Netzwerktopologie verstehen, bei der mehrere Sterntopologien hierarchisch miteinander vernetzt werden. Ähnlich wie bei der Sterntopologie hat der Ausfall eines Endknotens keinen Einfluss auf die Funktionsbereitschaft des Gesamtnetzwerks. Fällt jedoch einer der Verteilerknoten einer höheren Hierarchieebene aus, wird dadurch der gesamte Teilbaum unterhalb des ausgefallenen Knotens unerreichbar. Mit wachsender Zahl an Hierarchieebenen wächst auch die Distanz, die bei der Kommunikation zwischen zwei Endknoten in entfernten Teilbäumen des Netzwerks überbrückt werden muss, was zu hohen Latenzzeiten führen kann.

In einem vermaschten Netzwerk (Mesh Topologie) ist jeder Rechner mit einem oder mehreren anderen Rechnern über eine Punkt-zu-Punkt-Verbindung vernetzt. Wenn jeder Rechner mit jedem anderen Rechner im Netzwerk direkt verbundenist, spricht man von einem vollständig vermaschten Netzwerk. Bei Ausfall eines Rechners oder einer Leitung bietet das vermaschte Netzwerk meist die Möglichkeit durch Umleiten (Routing) der Daten weiter zu kommunizieren. Vermaschte Netzwerke, insbesondere vollständig vermaschte Netzwerke erfordern einen hohen Verkabelungsaufwand.

Ausgehend von den beschriebenen allgemeinen Eigenschaften der unterschiedlichen Netzwerktopologien soll nun konkret und im Detail zunächst auf die in der Praxis wichtigsten kabelgebundenen LAN-Technologien eingegangen werden. Den kabelungebundenen LAN-Technologien ist dann das Folgekapitel gewidmet.

Schichtenmodell

Sterntopologie

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Sterntopologie Bei der Sterntopologie handelt es sich um die älteste Form der Verkabelung zum Aufbau von Netzwerken. Um einen zentralen Punkt, den Hub (=[engl.] Nabe), angeordnet, sind die einzelnen Rechner hier sternförmig miteinander vernetzt. Rechner und Hub sind dabei jeweils über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen miteinander verbunden. Klassische Großrechnersysteme sind oft nach diesem Schema verkabelt: Der Mainframe als Host im Zentrum und die daran angeschlossenen I/O-Systeme in der Peripherie. Der zentrale Hub besitzt dabei die Verantwortung für die gesamte Kommunikation im Netzwerk und steuert den Verkehr: Sobald einer der angeschlossenen Rechner einem anderen eine Nachricht senden will, wird diese zum Hub im Zentrum gesendet. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, die Kommunikation im Stern zu koordinieren: Zum Einen können alle angeschlossenen Rechner ihre Anforderung an den Hub in der Mitte senden und auf seine Antwort warten. Sowohl die Anforderung als auch die Antwort werden über den Hub weitergeleitet. Damit keine Anforderungen verlorengehen, muss der Hub mit genügend großem Zwischenspeicher ausgerüstet sein und über eine hohe Schaltkapazität verfügen. Zum Anderen können auch Polling-Verfahren zum Einsatz kommen, bei denen der zentrale Rechner die angeschlossenen Computer einen nach dem anderen abfragt, ob dieser eine Nachricht weiterzuleiten hat. Trifft der Hub dabei auf einen Rechner, der gerade senden will, so wird dieser umgehend bedient. Auch hier muss eine Schiedsrichterroutine darüber entscheiden, für wie lange der sendende Rechner den Hub in Anspruch nehmen darf, damit die anderen angeschlossenen Rechner ebenfalls fair bedient werden und nicht unnötig lange auf eine Übertragung warten müssen.

  • Der Hub unterliegt in einem sternförmigen Netz einer hohen Belastung. Fällt er aus, so ist das gesamte Netzwerk lahmgelegt. Daher wird der zentrale Hub in der Praxis oft redundant ausgelegt. Daneben besteht ein weiterer Nachteil der Sterntopologie darin, dass der Verkabelungsaufwand relativ hoch ist, da von jedem der angeschlossenen Rechner ein Kabel zum Hub und wieder zurück verlegt werden muss.
  • Allerdings – und das ist ein großer Vorteil der Sterntopologie – ist diese Struktur relativ störungsunanfällig bei Ausfall eines der angeschlossenen Computer bzw. bei einem Kabelbruch zwischen einem Netzwerkteilnehmer und dem Hub. Zudem ist die Sterntopologie leicht erweiterbar.

Ein wichtiges Beispiel für die Sterntopologie ist ATM (Asynchronous Transfer Mode).

Schichtenmodell

Ethernet

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Prof. Dr. Christoph Meinel

Ethernet ist mittlerweile zum wichtigsten Technologievertreter im LAN-Segment des (kabelgebundenen) Netzwerkmarktes geworden. Obwohl in den 1980er und zu Beginn der 1990er Jahre eine große Herausforderung durch andere LAN-Technologien, wie z.B. Token Ring, FDDI oder ATM bestand, gelang es keiner dieser Technologien, Ethernet die Marktführerschaft streitig zu machen, die es seit seiner Einführung Ende der 1970er Jahre inne hatte. Es mag viele Gründe dafür geben, warum sich Ethernet auf so breiter Front durchgesetzt hat. So war Ethernet historisch die erste, im großen Maßstab eingesetzte LAN Technologie. Dank seines langen praktischen Einsatzes konnten Netzwerkadministratoren eine sehr große Vertrautheit mit der Technologie und all ihren Eigenheiten entwickeln und standen später aufkommenden neuen LAN-Technologien eher skeptisch gegenüber. Desweiteren sind Token Ring und ATM wesentlich komplexer in der Infrastruktur und Verwaltung und auch kostspieliger im Vergleich zu Ethernet, was Netzwerkadministratoren zusätzlich daran hinderte, die Ethernet-Technologie aufzugeben. Ein Grund, warum die alternativen LAN-Technologien zunächst trotzdem attraktiv erschienen, lag zum Teil in ihren höheren Bandbreiten begründet. Allerdings gelang es der Ethernet-Technologie immer wieder, aufzuschließen und die Konkurrenten auch in Hinblick auf die Bandbreite einzuholen oder gar zu überholen. Aufgrund der großen Verbreitung von Ethernet ist die notwendige Hardware-Ausstattung entsprechend preiswert. Das günstige Kostenverhältnis ist auch auf das Ethernet-eigene Multiple- Access Protokoll zurückzuführen, das vollständig dezentral gesteuert abläuft und ein einfaches Design der Hardwarekomponenten ermöglicht.

All diesen Verfahren gemeinsam ist der Aufbau der Ethernet-Datenpakete ( ”Rahmen“ ), sowie der verwendete Schiedsrichteralgorithmus – CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detect) – für den konkurrierenden Zugriff auf den Bus. Die Netzwerktopologie hingegen hat sich von einer anfänglichen reinen Bustopologie mit Koaxialkabeln über eine Sterntopologie mit Twisted-Pair-Kabeln und Multiport-Repeatern hin zu einer Sterntopologie mit bidirektionalen, geschalteten Punkt-zu-Punkt-Verbindung verändert. Zu den charakteristischen, grundlegenden Merkmalen des ursprünglichen Ethernet- Standards zählen unter anderem:

  • relativ hohe Datenrate,
  • geringe Verzögerung durch Verzicht auf Speicher und Transportlogik im Netz,
  • Netzdurchmesser bis max. ca. 1 km,
  • Unterstützung mehrerer hundert unabhängiger Rechner im Netz,
  • hohe Zuverlässigkeit, keine zentrale Steuerung,
  • sehr einfache Algorithmen für den Zugriff auf das Kommunikationsmedium und die Adressierung,
  • effiziente Nutzung des gemeinsamen Kommunikationsmediums,
  • faire Zugriffsverteilung auf alle Teilnehmer,
  • hohe Stabilität auch unter Last, • geringe Kosten.

    • Ethernet

Ringtopologie

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In einer Ringtopologie sind alle Rechner ringförmig in einer geschlossenen Schleife angeordnet. Die Form des Ringes bezieht sich dabei allerdings nur auf die logische Anordnung der Rechner und nicht auf deren physische Anordnung. Die Verbindung zweier benachbarter Rechner innerhalb des Rings erfolgt über eine direkte Punktzu-Punkt-Verbindung. Jeder Rechner besitzt im Ring genau einen Vorgänger und einen Nachfolger. Das zu übertragende Datenpaket wird von einem Rechner zu seinem Nachfolger gesendet. Dieser überprüft, ob das Datenpaket für ihn bestimmt ist. Wenn das nicht der Fall ist, gibt er es an seinen Nachfolger weiter, solange bis das Datenpaket beim eigentlichen Empfänger angekommen ist. Da im Ring jeder Rechner die zu übertragende Nachricht erneut versendet und dadurch das empfangene Sendesignal verstärkt, können mit diesem Verfahren auch Entfernungen im Kilometerbereich leicht überbrückt werden.

  • Die Vorteile der Ringtopologie liegen in ihrer einfachen Erweiterbarkeit. Der Verkabelungsaufwand ist minimal, wenn ein neuer Rechner in den bestehenden Ring mit aufgenommen wird. Alle Rechner im Ring arbeiten als Verstärker. Daher können auch große Distanzen im Ring überbrückt werden. Die mit der Nachrichtenübertragung im Ring verbundene Verzögerung ist proportional zur Anzahl der vernetzten Rechner, da eine Nachricht jeden einzelnen angeschlossenen Rechner passieren muss. Im Gegensatz zur Bustopologie können bei der Ringtopologie keine Kollisionen auf dem Übertragungsmedium auftreten. Es kann daher eine deterministisch bestimmbare Übertragungsverzögerung und Übertragungsbandbreite gewährleistet werden.
  • Andererseits kann bereits ein einziger Kabelbruch zwischen zwei benachbarten Rechnern dazu führen, dass der komplette Ring ausfällt, da Datenpakete nicht mehr weitergeleitet werden können – sicher der schwerwiegendste Nachteil der Ringtopologie. Beheben lässt sich dieses Problem durch redundante Verkabelung bzw. Nutzung des Rings in bidirektionaler Richtung. Da in der Ringtopologie die Übertragungsverzögerung proportional zur Anzahl der vernetzten Rechner ist, können hohe Latenzzeiten bei der Kommunikation mit weit entfernten Rechnern auftreten.

Ringtopologien in Reinform existieren in der Praxis aufgrund der beschriebenen Nachteile hinsichtlich der Ausfallsicherheit kaum. In der Praxis eingesetzte Technologien basieren zwar auf den Prinzipien der Ringtopologie, bilden aber in Bezug auf die Verkabelung keinen echten Ring. Wichtigste Beispiele für die Ringtopologie sind IBM Token Ring oder FDDI.

Schichtenmodell