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Switches und Funktion (wird noch geändert)

 
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BeitragVerfasst am: Di Dez 20, 2005 1:16 pm    Titel: Switches und Funktion (wird noch geändert) Antworten mit Zitat

Diese Anleitung ist als Hilfestellung gedacht und nicht als Bestseller zu verstehen.
Hilfestellung für das Einrichten von managbaren Swichtes

Switching
Der Mechanismus, der in einem Switch verwendet wird nennt sich Switching. In diesem Vorgang wird das eingehende Ethernet-Frame analysiert und in Abhängigkeit der Ziel-MAC-Adresse an einen oder mehrere Ausgangs-Ports weitergeleitet.
Die Verarbeitungszeit eines Switches wird als Latenz bezeichnet. Die Dauer hängt vom verwendeten Switching-Verfahren ab.Unterschieden wird Cut-Through, Store-and-Forward, Adaptive-Cut-Through und FragmentFree-Cut-Through.
Neben der reinen Verarbeitungsgeschwindigkeit des Switching-Verfahrens ist auch die Leistungsfähigkeit der Backplane für die Latenz der Ethernet-Frames verantwortlich. Wird ein Switch verwendet, der für alle Ports in Summe nicht genug Bandbreite zu Verfügung hat, müssen die Frames oft zwischengespeichert werden.
Die Übertragungsleistung wird in Frames pro Sekunde bzw. Packets per Second (PPS) angegeben. Kann ein Switch alle Ports ständig mit der höchsten Datenrate bedienen, wird von non-blocking oder auch von der Wire-Speed-Fähigkeit gesprochen.


Cut-Through
Der Switch analysiert bereits die Ethernet-Frames, bevor sie vollständig eingetroffen sind. Hat er die Ziel-Adresse identifiziert wird das Frame schon am Ziel-Port ausgegeben. Die Latenz, die Verzögerungszeit zwischen Empfangen und Weiterleiten eines Frames ist äußerst gering.
Das Cut-Through-Verfahren verzichtet auf die vollständige Analyse der Frames, wobei fehlerhafte oder beschädigte Frames unerkannt bleiben und ungehindert weitergeleitet werden. Obwohl dieses Verfahren sehr schnell ist, kann es auch zu einer Belastung des Netzwerkes führen, weil defekte Ethernet-Frames nochmals übertragen weden müssen.


Store-and-Forward
Der Switch nimmt stets das gesamte Frame in Empfang und speichert es in einem Puffer zwischen. Erst danach wird das Frame analysiert. Dazu wird geprüft, ob das Frame die richtige Struktur (nach IEEE 802.1d) hat Außerdem wird die Richtigkeit der CRC-Prüfsumme (nach IEEE 802.3) getestet. Erst danach wird die Ziel-MAC-Adresse ausgelesen und überprüft. Befindet sich die Adresse in der MAC-Tabelle wird das Frame an den gespeicherten Port ausgegeben. Wenn die Adresse sich nicht in der MAC-Tabelle befindet wird das Frame an allen Ports weitergeleitet (Broadcast).
Grundsätzlich benötigt das Store-and-Forward-Verfahren mehr Zeit bis ein Frame weitergeleitet ist. Die genaue Analyse eines Frames reduziert jedoch die Netzbelastung durch fehlerhafte Frames. Bei unterschiedlich schnellen Netzwerk-Stationen werden die Frames durch die Zwischenspeicherung vermittelt.

Longshine Switches arbeiten im Store-and-Forward Prinzip

Die Switches von Longshine können über zwei Arten administriert werden. Einmal über z.B. Telnet oder ein Hyperterminal und der Seriellen Schnittstelle und einmal über den Browser. Ich gehe hier nur auf den Browser ein. Zur Administration sollte der Internet Explorer genommen werden. Java muss installiert sein in der Version 1.3

Hier klicken zum Download Java Client 1.3 1,3 MB

default IP = 192.168.1.1
User = admin
Pass = admin

Beim eingeben von http://192.168.1.1 sollte der Startbildschirm dann so aussehen. Im ersten Bild sehen wir ein LCS-GFS9326. Da es verschiedene Web-Interfaces gibt versuche ich nur an Hand grober Unterschieden beide Varianten abzubilden.

Die IP, das Gateway sowie Passwort können gleich hier geändert werden. VORSICHIG mit dem Passwort ändern. Bitte auf jeden Fall notieren. Die Switches haben kein Hardware Reset zum zurücksetzen. Passwortlänge sollte 6 Zeichen haben und nach Möglickeit keine Sonderzeichen ( Interpretation des Browsers kann Datenschrott übermitteln )





Hier das Startmenue vom LCS-GS9316 Farblich sieht man hier gleich welche Ports belegt sind.



Wenn man auf die grün dargestellten Ports klickt bekommt man wie im folgendem Bild den Status übermittelt



Rechts oben gibt es dann zwei Buttom. Einen Buttom zum reseten ( DEFAILT ). Also Werkeinstellung abzurufen....



und einem zum Speichern von Änderungen ( REBOOT ).



Unter Ports sieht man wieder welche Ports mit welcher Geschwindigkeit verbunden sind. Dann können hier die Geschwindigkeit geändert werden. Das macht Sinn wenn Switches verschiedener Hersteller zum Einsatz kommen. Eventuell macht das NWAY ( Geschwindigkeitsaushandlung ) Probleme. Kommt es dann nicht zu einer Einigung ( Datenübertragung )stellt man die Geschwindikkeit z.B. auf 1000Mbps fest ein.

Funktionen im Überlastungsfall
Müssen in einem geswitchten Netzwerk sehr viele Datenpakete auf einem einzigen Port weitergeleitet werden, passiert es sehr schnell, dass die Eingangspuffer der anderen Ports volllaufen und sich das Verwerfen von Frames nicht mehr vermeiden lässt. Für die Protokolle auf den höheren Schichten, wie z. B. TCP/IP ist das äußerst ungünstig, weil sich durch den Paketverlust dei Übertragungsleistung des Übertragungssystems verschlechtert. TCP/IP ist dann gezwungen durch geeignete Maßnahmen, z. B. Paketverkleinerung, die Übertragungsqualität zu verbessern. Zu Lasten der Übertragungsleistung. Denn kleinere Pakete bedeuten einen größeren Anteil von Steuerungsdaten gegenüber dem reinen Nutzdaten.



Flow-Control
Um den Worst-Case-Fall zu vermeiden steht im Standard IEEE 802.3x das Flow-Control zu Verfügung. Dieses Verfahren funktioniert grundsätzlich nur im Vollduplexmodus von Fast-Ethernet und Gigabit-Ethernet. Flow-Control kommt zum Einsatz, wenn ein Puffer vor dem Überlaufen steht. Der Switch schickt dann dem angeschlossenen Gerät ein Pause-Frame. Dieses ist ein spezielles MAC-Control-Frame, welches als Multicast an die Adresse 00-00-C2-00-B3-11 verschickt wird. Im Length/Typ-Feld des Frames steht der Wert 88-08.




Beim LCS-GFS9326 kommt noch das abschalten der Administration über das Web-Interface hinzu und das einschränken der Bandbreite.

Das stellen des "ADMIN" von "ENABLE" auf "DISABLE" bedeutet das der Port komplett weggeschaltet wird.

Um die Bandbreite einzugrenzen kann hier aus einer Liste die gewünschte Geschwindigkeitsbegrenzung eingestellt werden. (Deaktiviert/128K/256K/512K/1M/2M/4M/8Mbps) Operationsmodus Hier kann der Geschwindigkeitsmodus des Ports ausgewählt.

Wenn zum Beispiel ein Router mit einer 1500 ter Leitung im Einsatz ist liegt es nahe hier 2 MB zu reservieren. Das entlasstet die Backplan des Switchwes. Im überigen ist die Backplane aller Longshine Switches die Anzahl der Port X 2 zu nehmen.

Beispiel: Der LCS-SW2402 = 24 X 200 Mbps + 2 X 2000 Mbps = 8800 Mbps



IEEE 802.1q / VLAN - Virtual Local Area Network

VLANs sind virtuelle lokale Netze die in IEEE 802.1q standardisiert sind und auf der Schicht 3 des OSI-Schichtenmodells arbeiten. VLANs werden mit Switches realisiert, die auf der Schicht 3 arbeiten, also die Vorteile von Switching und Routing vereinen. Es gilt die Regel: Verbleibt der Netzwerkverkehr innerhalb eines VLANs wird geswitchet andernfalls wird in ein anderes VLAN geroutet.
Der Standard IEEE 802.1q sieht eine Veränderung von VLAN-Ethernet-Frames vor. Insgesamt wird ein Frame um 4 Byte verlängert und zusätzliche Informationen in den Header gepackt, die den Datenaustausch innerhalb des VLANs regeln (Tagging). Die Veränderung wird von den Treibern des Netzwerk-Adapters vorgenommen und von netzübergreifenden VLAN-Switches ausgewertet.


Warum werden VLANs eingerichtet?
Die meisten modernen Ethernet-Netze basieren auf der Stern-Topologie und werden mit Switches realisiert. Diese Switches bilden an jedem ihrer Ports eine Kollisionsdomäne, indem sie den Datenverkehr nur an den Port weiterleiten an dem sich die Ziel-MAC-Adresse befindet. Innerhalb einer Kollisionsdomäne befindet sich dann in der Regel eine einzelne Station, ein weiterer Switch oder ein Router in ein anderes Netz. Die Einrichtung von Kollisionsdomänen reduziert den Datenverlust, verursacht durch Kollisionen bei der Datenübertragung. Dieses wiederum reduziert den allgemeinen Netzwerkverkehr, der duch wiederholte Übertragungen verursacht wird.
Neben Kollisionsdomänen gibt es auch Broadcastdomänen. Diese beziehen sich auf die Schicht 3 des OSI-Schichtenmodells und werden mit Subnetzen realisiert. Subnetze entstehen durch die Adressierung mit IP-Adressen und Subnetzmasken, die manuell oder von einem DHCP-Server an die Netzwerkstationen vergeben werden. Alle Stationen, die innerhalb eines Subnetzes liegen und nicht durch ein Gerät der Schicht 3 des OSI-Schichtenmodells getrennt sind, liegen innerhalb einer Broadcastdomäne. Von einem Subnetz in ein anderes Subnetz muss ein Datenpaket den Weg über einen Router gehen. Router arbeiten auf der Schicht 3 des OSI-Schichtenmodells. Mit Ihnen werden Kollisionsdomänen und Broadcastdomänen geschaffen. Broadcasts entstehen immer dann, wenn es für ein Datenpaket keinen bestimmten Empfänger gibt oder dessen Standort im Netz nicht bekannt ist. Switches leiten in so einem Fall dieses Datenpaket an alle Ports weiter. Router verhindern die Weiterleitung von Broadcasts in ein anderes Subnetz.


Wie wird ein VLAN aufgebaut?
Router verhindern wirkungsvoll Broadcasts. Viele Router in einem lokalen Netz haben jedoch den Nachteil, dass sie sehr viel Netzwerkverkehr untereinander verursachen. Protokolle, die die Routing-Tabellen zwischen den Routern untereinander austauschen sorgen für viel Netzwerkverkehr und unnötige Fehlerquellen. Eine Lösung auf Basis von Switches hat Geschwindigkeitsvorteile gegenüber dem reinen IP-Routing. Deshalb werden Layer-3-Switches eingesetzt, die wie Router verschiedene Subnetze schaffen. Die Switches werden so koniguriert, dass ihre Ports nicht nur die MAC-Adresse kennen, sondern auf ein bestimmtes Subnetz, manchmal sogar auf eine bestimmte IP-Adresse konfiguriert sind. Dies führt zur Auflösung von physikalischen Strukturen, die durch den klassischen Switch gegeben sind. Größere Netze werden so schnell unübersichtlich und schwer zu administrieren.




Die VLANS Konfiguration wird benutzt um das LAN in mehrere Subnetzgruppen aufzuteilen, um so eine bessere Netzwerkverwaltung zu realisieren. (26 VLAN Gruppen insgesamt) Modus: 1. Disable: Ein- oder Ausschalten der VLAN-Funktion. 2. Port BASE: Gruppieren Sie durch Eingabe der Gruppennummer (z.B. 1) in die Textbox VLAN und durch Selektion der Portnummern (z.B. 1, 2,3,4). Schaltflächen Zufügen: Zufügen des Eintrags in der VLAN Tabelle Löschen: Löschen des gewählten Eintrags Ändern: Ändern des gewählten Eintrags Übernehmen: Übernehmen der Änderungen Um die Webverwaltungsfunktion für eine VLAN Gruppe einzuschalten, muss die Option “VLAN Gruppe Webverwaltung aktivieren” angehakt werden.





IEEE 802.3ad / Link Aggregation
Link Aggregation fast mehrere parallele Verbindungen zu einer logischen Verbindung zusammen. Dieses Verfahren ist auch unter dem Begriff Port Trunking oder Channel Bundling bekannt. Weil die Hersteller unterschiedliche Lösungen entwickelt haben, die zueinander inkompatibel sind, ist der Standard IEEE 802.3ad daraus entstanden.

Im Punkt-zu-Punkt-Betrieb, zwischen zwei Netzwerk-Stationen, egal ob in der Switch-Switch- oder Switch-Server-Konstellation, werden die physikalischen Leitungen zu einer logischen Verbindung zusammengefasst. Dieses Verfahren funktioniert nur bei Vollduplex-Verbindungen mit der selben Übertragungsrate.
Auf diese Weise lässt sich zwischen zwei Stationen mit einfachen Mitteln die Bandbreite und somit die Datenrate vervielfachen. Für Link Aggregation wurde in die MAC-Schicht ein Link Aggregation Control Layer (LACL) eingefügt, der für die Verteilung des Datenstroms auf die einzelnen Ports sorgt. Der Informationsaustausch zur Steuerung zwischen den verbundenen Stationen wird vom Link Aggregation Control Protocol (LACP) vorgegeben. Die Informationen werden von speziellen Ethernet-Frames transportiert. Entweder nach jeder Veränderung oder im regelmäßigen Austausch.

Das Spanning-Tree-Verfahren ist im Standard IEEE 802.1d für die MAC-Schicht spezifiziert. Es soll das Auftreten von doppelten Frames in einem geswitchten Ethernet-Netzwerk verhindern. Die doppelten Frames entstehen durch zwei oder mehrere parallele Verbindungen zwischen zwei Switches. Frames, die mehrfach beim Empfänger ankommen, können zu einem Fehlverhalten führen.

Spanning-Tree spannt das physikalische Netzwerk zu einem logischen Baum auf, in dem zu jedem Ziel nur ein einziger Weg existiert. Die Switches bzw. Bridges kommunizieren in einem Netzwerk mit Hilfe von BPDUs (Bridge Protocol Data Unit). Diese Konfigurationspakete werden als Multicast-Frames an die MAC-Adresse 00-00-F2-00-3B-11 geschickt. Diese Frames werden alle 2 Sekunden an die nächst tiefer gelegene Station (Bridge oder Switch) übermittelt. Auf diese Weise werden parallele Strecken erkannt und die optimale Strecke ermittelt. Man spricht dann von Prioritäten bzw. Wegkosten, die die Datenrate und Entfernung berücksichtigt. Ports mit nicht bevorzugten Strecken werden dann deaktiviert.Fällt die bevorzugte Strecke aus, bleibt auch das BPDU-Frame aus, was zu einer Reorganisation des Netzwerkes führt. Bei komplizierten Verschachtelungen wird der Baum (Spanning Tree) neu berechnet, was zu einer Verzögerung von bis zu 30 Sekunden oder mehr dauern kann. Erst danach kann auf der redundanten Strecke die Übertragung fortgesetzt werden.

Das Trunking beim GS9316



Hier das Trunking-menue vom GFS9326





















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