Token Ring -Bridging und Switching

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Token Ring -Bridging und Switching

• Prof. Dr. W. Riggert

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Inhalt

• Das Tutorial ist in zwei Abschnitte gegliedert.
• Abschnitt 1 gibt einen Überblick über die
  Verbindung mehrerer Ringe durch Bridges,
  Abschnitt 2 veranschaulicht das Token
  Ring-Switching Verfahren.
• Andere Tutorials behandeln die Grundlagen sowie
  Frameformate, Priorisierung und Adressierung.

Bridging Token Ring Switching
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Bridge

• Eine Bridge verbindet zwei oder mehrere
  physikalische Token Ringe oder Ethernet-Segmente
  durch
• einen Port pro Ring
• die Erstellung einer any-to-any
  Kommunikations-beziehung

Bridge
LAN A
LAN B
Physikalische Sicht im Falle des Token Ring
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Bridge - logische Sicht

• Bridges verknüpfen zwei Netzwerke auf der Schicht
  2 und damit auf der MAC-Ebene des
  OSI-Referenzmodells, so daß sie in der Lage sind,
  physikalische Adressen zu interpretieren. Eine
  Bridge empfängt von dem Ring, mit denen sie wie
  eine normale Station verbunden ist, die
  Datenpakete nach dem Store-and-Forward-Prinzip,
  d.h liest sie vollständig ein und analysiert sie
  hinsichtlich Absender- und Empfängeradresse.

LAN
Logische Sicht im Falle des Token Rings
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Ethernet Bridges

• In Ethernet Netzwerken dienen Bridges drei
  möglichen Funktionen
• Erweiterung des Netzsegmentes über die vier
  Repeater-Grenze hinaus
• Verbindung mehrere Segmente
• Verkehrstrennung, d.h. Begrenzung des
  Ethernet-Verkehrs auf die einzelnen Segmente

Segment 1
R
R
R
R
Segment 2
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Token Ring-Bridge

• Token Ring Netzwerke verhalten sich toleranter
  gegenüber Netzlast als Ethernet, so daß nicht die
  gleiche Dringlichkeit hinsichtlich der
  Verkehrsteilung (Mikrosegmentierung) besteht.
• Ringe auf STP-Basis können 260 Knoten besitzen,
  bevor die Signalqualität unzureichend wird.

Max. 260 Knoten für STP 72 Knoten für UTP
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Switching/Bridging-Verfahren
Die Switch-Entscheidung basiert auf dem nächsten
HOP im RIF-Feld
Source-Route Bridging
Frames ohne RIF-Feld werden transparent
übertragen, für Frames mit RIF-Feld gilt das
Source Route-Verfahren
Source-Route Transparent Bridging
Source-Route Translational Bridging
Source-Route Frames werden gemäß der Transparent
Bridges konvertiert
Alle Ports besitzen die gleiche Ringnummer.
Switches lernen die MAC-Adressen der
angeschlossenen Stationen und Source-Routing
Information für Stationen hinter Source-Route
Bridges
Source-Route Switching
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Source Routing - Grundfragen

• Dem Source Routing Prozess liegen vier Fragen
  zugrunde
• Auf welcher Grundlage fällt eine Bridge ihre
  Weiterleitentscheidung ?
• Wie erkennen Endstationen den Weg zum Ziel ?
• Welche Parameter bestimmen das Source Routing ?
• Wie arbeiten Bridges und Router zusammen ?

Sender
Empfänger
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Source Route Bridging

• Source Route Bridging wurde von IBM für Token
  Ring-LANs entworfen. Wie der Name ausdrückt,
  wird die vollständige Routing-Information von der
  Quelle zum Ziel in allen LAN-Rahmen gehalten.
  Bridges verwalten in diesem Konzept also keine
  Adresstabellen für die Wegewahl.

Bridge 3
Station Y



Bridge 1
Bridge 4




Bridge 2


Station X
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Weiterleitentscheidung

• Voraussetzung für das Source Routing-Verfahren
  ist die Möglichkeit, Frames daraufhin zu
  markieren, ob sie als Ziel eine Station inner-
  oder außerhalb des Ringes haben.
• Ideal wäre hierzu die Verwendung eines Bits, das
  Teil des Token Ring Frames ist und sich stets an
  der gleichen Position befindet

Gleicher Ring
Anderer Ring
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Source Route Indicator

• Die im Source Routing verwendete Methode zur
  Unterscheidung in ringeigene und -fremde Frames
  ist das Source Route Indicator Bit als
  höherwertigstes Bit des SA-Feldes, das
  üblicherweise eine Unterscheidung zwischen
  Unicast- und Multicast-Adresse trifft.

DA
SA
RIF
Header
LLC
DATEN
Trailer
SRI-Bit
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Gleicher Ring

• Um herauszufinden, ob sich die Zielstation auf
  dem gleichen Ring befindet, wird der erste Rahmen
  einer Nachricht mit SRI-Bit ungesetzt verschickt.
  
• Antwortet eine Station, verläuft der
  Kommunikationsprozess in lokal üblicher Form. Im
  IP-Umfeld entspricht dieses Verfahren einem
  ARP-Broadcast.
• Eine Bridge ignoriert den Rahmen, da das SRI-Bit
  ungesetzt ist.

Empfänger
Sender
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Unterschiedliche Ringe

• In diesem Fall sendet die Quellstation zwar einen
  Rahmen aus, dieser erreicht sein Ziel aber nicht,
  da die Bridge ihn als lokal ignoriert.
• Als Antwort darauf sendet die Quellstation
  Explorer-Frames aus, die bei gesetztem SRI-Bit
  die Bridge passieren und den Empfänger auf der
  anderen Seite der Bridge erreichen.
• Der Empfänger antwortet mit Explorer
  Response-Frames, so dass beide Stationen einen
  Weg zwischen sich entdeckt haben, den sie in
  einem lokalen Cache speichern

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Bridge- und Ringnummer

• Das Source Route-Verfahren vergibt Ring- und
  Bridgenummern zur Beschreibung eines Weges durch
  ein Token Ring-Netz.
• Die Ringnummer ist eine 12-Bit Zahl, die
  innerhalb der Broadcastdomäne eindeutig sein muß.
• Die Bridgenummer besteht aus vier Bits.
• Beide Nummern müssen manuell vergeben werden, so
  daß die Integration von Bridges nicht Plug and
  Play erfolgen kann.

Sender
Ringnummer
Bridge- nummer
Ringnummer
Empfänger
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Routing Information Feld 1
LLC HDR
Token Ring Frame
DA
SA
DATEN
Trailer
RIF
Header
Routing Information Feld
Das RIF -Feld enthält die Wegeinformation. Es
besteht aus einem 2-Byte Route Control Feld und
bis zu acht 2-Byte Route Descriptoren
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Routing Information Feld 2
LLC HDR
Token Ring Frame
DA
SA
DATEN
Trailer
RIF
Header
2 Bytes
Maximal 8 Bridges (Total18 Bytes)
Routing Information Feld
Control Header
001
002
003
B
A
C
Ring
Ring
Ring
Bridge
Bridge
Bridge
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Route Control Feld

• Das Längenfeld gibt die Anzahl Bytes des
  variablen RIF-Feldes an, so daß die Netzkarte die
  Zahl der vorhandenen RD-Einträge berechnen kann.
• Das Richtungsbit zeigt an, ob sich der Frame vom
  Sender zum Empfänger oder auf dem umgekehrten Weg
  befindet.
• Das Feld größter Frame wird zur Aushandlung der
  MTU benutzt.

Typ - 3 Bits Länge - 5 Bits Richtung - 1
Bit Größter Frame - 3 Bits reserviert - 4 Bits
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Source Routing Process

• Jede Brücke bekommt eine Brücken- und Ringnummer
• Jeder Ring muß eine eindeutige 3-stellige
  hexadezimale Ring Nummer (RN) haben
• Jede Brücke muß eine eindeutige 1-stellige
  hexadezimale Bridge Nummer (BN) haben
• Die Kombination RN-BN-RN muß in einem Netzwerk
  eindeutig sein, so daß 2164096 zulässige Werte
  entstehen.
• Das RIF-Feld beinhaltet 2 Bytes für das
  Kontrollfeld und 2 Bytes für die Ring- und
  Brückennummern pro Brücke
• Frames sind grundsätzlich an eine Station im Ring
  gerichtet.
• Die letzte Brückennummer ist immer Null.
• Der max. Hop Count , d.h. die Anzahl zulässiger
  Brücken, beträgt 7.

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Source Routing Ablauf
Zwischen X und Y existieren redundante Wege
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Wegbestimmung

• Wenn die Explorer-Frames die Bridge passieren,
  verändern sie ihre Größe, da die erste Bridge das
  RCF-Feld im RIF setzt und anschließend jede
  weitere Bridge die entsprechenden RD-Felder
  ergänzt.
• Die erste Bridge füllt dabei zwei RD-Felder aus,
  da sie die Kombination von Inputring-Bridge und
  Outputring-Bridge beschreiben muß.

Sender
Explorer-Frames
Empfänger
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Maximale RD-Felder

• Da insgesamt 8 RD-Einträge zulässig sind, die
  erste Bridge aber zwei Einträge vornimmt,
  verbleiben im Maximum sieben Bridges, die nach
  IEEE 802.5d passiert werden dürfen.
• Empfängt eine Bridge einen Rahmen mit bereits
  acht Einträgen, verwirft sie ihn.

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Bridge - Beispiel 1
Sender

• Alle Bridges besitzen die gleiche
  Identifikations- nummer 1.
• Der Explorer-Frame vom Sender zum Empfänger setzt
  im zweiten Anlauf das SRI-Bit und besitzt zwei
  RD-Einträge
• RD 1 100, 1
• RD 2 103,0

Bridge 1
Ring 100
Ring 101
Bridge 1
Bridge 1
Ring 103
Ring 102
Bridge 1
Empfänger
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Bridge - Beispiel 2

• In diesem Beispiel ist der Empfänger Teilnehmer
  des Ringes 101. Der RD-Eintrag lautet demzufolge
  RD 100, 1, 101, 0
• Auch die umgekehrte Richtung wäre zulässig RD
  101, 1, 100, 0
• Trotz vier Bridges mit gleicher Nummer zeigen die
  Beispiele, daß sich alle RD-Einträge unterscheiden

Empfänger
Sender
Bridge 1
Ring 100
Ring 101
Bridge 1
Bridge 1
Ring 103
Ring 102
Bridge 1
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Bridge - Beispiel 3

• Jede weitere zu passierende Bridge erzeugt nur
  einen weiteren Eintrag im RD-Feld.
• Die Empfängerstation kann in diesem Beispiel über
  zwei alternative Wege erreicht werden.
• Folgende RD-Einträge sind möglich
• RD 103, 1, 100, 1, 101, 0
• RD 103, 1, 102, 1, 101, 0

Empfänger
Bridge 1
Ring 100
Ring 101
Bridge 1
Bridge 1
Ring 103
Ring 102
Bridge 1
Sender
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Bridge - Beispiel 4
Empfänger

• Die Empfängerstation sendet daraufhin soviele
  Antworten aus wie sie Anfragen erhält. Dazu
  ändert der Empfänger das Richtungsbit im RCF des
  RIF-Feldes, was die Bridges veranlaßt, die
  RD-Einträge in umgekehrter Richtung zu
  interpretieren.

Bridge 1
Ring 100
Ring 101
Bridge 1
Bridge 1
Ring 103
Ring 102
Bridge 1
Sender
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Bridge - Beispiel 5
Empfänger

• Der Sender erhält für jeden Explorer-Frame eine
  Antwort. Dabei nimmt er an, daß die erste
  Rückantwort den besten Weg darstellt und trägt
  ihn in den Cache ein. Dieser Eintrag bleibt
  solange erhalten, bis er eine bestimmte
  Altersgrenze überschritten hat oder der Rechner
  ausgeschaltet wird.

Bridge 1
Ring 100
Ring 101
Bridge 1
Bridge 1
Ring 103
Ring 102
Bridge 1
Sender
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Parallele Bridges 1
Empfänger

• Verbinden mehrere Bridges die gleichen Ringe
  stimmen die Einträge in den ausgesendeten
  Explorer-Frames überein.
• Das Beispiel zeigt folgende RD-Einträge
• RD 100, 1, 101, 0 für beide Wege.

Ring 101
Ring 100
Sender
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Parallele Bridges 2

• Der Empfänger erhält zwei Explorer-Frames, die er
  entsprechend modifiziert zurücksendet und als Weg
  in den Cache einträgt.
• Jede nachfolgende Sendung wird allerdings vom
  Sender dupliziert, so daß der Empfänger die
  gleiche Nachricht doppelt erhält.
• Neben einer Verdopplung der Netzlast besteht auch
  die Gefahr, daß die Software die Übertragung als
  fehlerhaft abbricht

Empfänger
Ring 101
Ring 100
Sender
29
Parallele Bridges 3
Empfänger

• Die Lösung des Problems besteht darin, beiden
  Bridges unterschiedliche Nummern zuzuweisen.
• Der Eintrag in das RIF-Feld lautet dann
• RD 100, 1, 101, 0
• RD 100, 2, 101, 0

Ring 101
Bridge 1
Bridge 2
Ring 100
Sender
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Explorer-Frames (Bridges)

• Zur Erkundung eines Weges von einer Quell- zu
  einer Zielstation werden Explorer-Frames an alle
  erreichbaren Ringe geleitet.
• Jeder Ring erhält 2(N-1) Explorer-Frames mit n
  Anzahl der Ringe
• Beispiel Vier parallele Ringe 2(4-1) 6
  Explorer-Frames

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Explorer-Frames (Switches)

• Der Einsatz von Switches anstelle von Bridges
  reduziert die Anzahl der Explorer-Frames.
• Ihre Anzahl entspricht nur noch der Anzahl
  erreichbarer Switches.

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Source Route Switching
RIF

• Alle Ports besitzen die gleiche Ringnummer. Dies
  erlaubt eine Mikroseg- mentierung ohne erneute
  Vergabe von Ringnummern.
• Switches lernen die MAC-Adressen der
  angeschlossenen Stationen in der gleichen Art wie
  Transparent Bridges.
• Switches lernen Source Routing Information über
  die Stationen auf der anderen Seite der Bridge

Source Route Switch
001
002
001
Source-RouteBridge
001
33
Ring vs. Switch
1
2
3
4
001
001
001
001
B
C
D
A
Ring unter Einbindung eines Switches
Ursprungsring