Single-Area and Multiarea OSPF

Um OSPF effizienter und skalierbarer zu machen, unterstützt OSPF hierarchisches Routing unter Verwendung von Arealen. Ein OSPF-Bereich ist eine Gruppe von Routern, die in ihren LSDBs die gleichen Link-state-Informationen gemeinsam nutzen. OSPF kann auf eine der beiden folgenden Arten implementiert werden:

• Single-Area OSPF - Alle Router befinden sich in einem Bereich, dabei besteht die beste Option darin, die Verwendung von Areal 0.
• Multi-Area OSPF - OSPF wird unter Verwendung mehrerer Bereiche in hierarchischer Weise implementiert. Alle Bereiche müssen mit dem Backbone-Areal (Bereich 0) verbunden sein. Router, die die Bereiche miteinander verbinden, werden als Area Border Routers (ABRs) bezeichnet.

Der Hauptfokus dieses Moduls liegt auf Single-Area OSPFv2.

Multiarea OSPF

Mit Multiarea OSPF kann eine große Routing-Domäne in kleinere Bereiche unterteilt werden, um hierarchisches Routing zu unterstützen. Das Routing erfolgt nach wie vor zwischen den Bereichen (Interarea-Routing), während viele der prozessorintensiven Routingoperationen, wie z.B. die Neuberechnung der Datenbank, in einem Bereich verbleiben.

Jedes Mal, wenn ein Router beispielsweise neue Informationen über eine Topologieänderung innerhalb des Bereichs erhält (einschließlich Hinzufügen, Löschen oder Ändern einer Verbindung), muss der Router den SPF-Algorithmus erneut ausführen, einen neuen SPF-Baum erstellen und die Routing-Tabelle aktualisieren. Der SPF-Algorithmus ist CPU-intensiv, und die für die Berechnung benötigte Zeit hängt von der Größe des Bereichs ab. 

Die Router in anderen Arealen erhalten Aktualisierungen in Bezug auf Topologieänderungen, aber diese Router aktualisieren nur die Routing-Tabelle, nicht aber den SPF-Algorithmus erneut.

Zu viele Router in einem Bereich würden die LSDBs sehr groß machen und die Belastung der CPU erhöhen. Daher wird durch die Anordnung von Routern in Bereichen eine potenziell große Datenbank effektiv in kleinere und besser verwaltbare Datenbanken partitioniert.

Die hierarchisch-topologischen Gestaltungsmöglichkeiten mit Multiarea-OSPF können folgende Vorteile offerieren:

• Kleinere Routing-Tabellen - Die Tabellen sind kleiner, weil es weniger Einträge in den Routing-Tabellen gibt. Dies liegt daran, dass Netzwerkadressen zwischen Bereichen konzentriert werden können. Die Routenverdichtung ist standardmäßig nicht aktiviert.
• Reduzierter Overhead bei der Aktualisierung des Link-Status - Durch den Entwurf von OSPF mit mehreren Bereichen mit kleineren Bereichen werden die Verarbeitungs- und Speicheranforderungen minimiert.
• Reduzierte Frequenz von SPF-Berechnungen - Multiarea OSPF lokalisieren die Auswirkungen einer Topologieänderung innerhalb eines Bereichs. Beispielsweise werden die Auswirkungen von Routing-Updates minimiert, da die LSA-Überflutung an der Gebietsgrenze aufhört.

Dies würde konrekt bedeuten, wenn man sich 3 Bereiche vorstellt, einmal mit Areal 1, Areal 0 und Areal 69. welcher ein ABR für den Router zwischen Areal 0 sowie 69 ist, dass eine Topolgoieänderung in Areal 69 alle Router darin veranlassen würde, den SPF-Algorithmus erneut auszuführen, einen neuen SPF-Baum zu erstellen und ihre IP-Routing-Tabellen zu aktualisieren. Der ABR, R2, wie oben geannt und in der Tabelle aufgeführt, würde eine LSA an die Router im Bereich 0 senden, die schließlich an alle Router in der OSPF-Routing-Domäne überflutet würde. Diese Art von LSA führt nicht dazu, dass Router in anderen Bereichen den SPF-Algorithmus erneut ausführen. Sie müssen nur ihre LSDB- und Routing-Tabelle aktualisieren.

• Verbindungsausfall betrifft nur den lokalen Bereich (Bereich 69)
• Der ABR isoliert die Überflutung von spezifischem LSA im Gebiet 69.
• Router in den Bereichen 0 und 1 müssen den SPF-Algorithmus nicht ausführen.

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High Availability - Hohe Verfügbarkeit

Der englische Begriff "Five Nines" definiert eine Verfügbarkeit von 99,999 Prozent. Dies besagt, dass die Systeme und Services in 99,999 Prozent der Zeit zur Verfügung stehen. Die angedachten und unangedachten Standzeiten betragen dann zusammen weniger als 5,26 Minuten pro Jahr. Die Tabelle in der unten aufgeführten Abbildung stellt einen Vergleich der Ausfallzeit für differierende Verfügbarkeitsprozentsätze dar. 

Der Begriff "Hochverfügbarkeit" nimmt Bezug auf Systeme oder Komponenten, die für eine Vorgabe bezüglich Zeit unterbrechungsfrei laufen. So schaffen Sie gute Voraussetzungen für Hochverfügbarkeit:

• Exterminieren Sie Single Points of Failure

• Dimensionieren Sie das Design auf hohe Zuverlässigkeit 

• Ausfälle müssen sofort identifiziert werden können

Nachdem Standard der Hohen Verfügbarkeit der Five Nines kann es zu einem Kostenanstieg kommen und ist mitunter ressourcenaufwendig, da die höheren Kosten auf den Kauf von obendrein zu beschaffender Hardware wie Server und Komponenten einen Rückschluss ziehen lassen. Sofern eine Organisation Komponenten hinzufügt, ist das Resulatat ein Zuwachs der Konfigurationskomplexität. Fatalerweise erhöht die Konfigurationskomplexität die Risikofaktoren, da je mehr Reibungspunkte involviert sind, desto höher ist die Wahrscheinlichkeit von Komponentenausfällen.

Peripherie, die einen Bedarf an Hochverfügbarkeit haben

Für manche Branchen amortiesiert sich Hochverfügbarkeit finanziell nicht, da sie mit hohen Kosten assoziert ist. In bestimmten Peripherien ist eine Verfügbarkeit von 99,999 Prozent jedoch unentbehrlich.

• Die Finanzbranche benötigt hohe Verfügbarkeit, um unterbrechungsfreien Handel, Compliance und Kundenvertrauen sicherzustellen. 

• Im Gesundheitswesen sind viele Einrichtungen auf Hochverfügbarkeit angewiesen, weil sie Patienten rund um die Uhr versorgen müssen.

• Im Bereich der öffentlichen Sicherheit gibt es Behörden, die mit ihren Sicherheitsmaßnahmen und -services eine Gemeinde, eine Region oder ein ganzes Land abdecken. 

• Der Einzelhandel ist auf effiziente Lieferketten und die zuverlässige Auslieferung von Produkten an Kunden angewiesen. Unterbrechungen können verheerende Folgen für ein Unternehmen haben. Dies gilt besonders in Zeiten hoher Nachfrage, zum Beispiel rund um Feiertage.

• Die Öffentlichkeit erwartet, dass die Nachrichtenmedienbranche Informationen über Ereignisse direkt nach deren Eintritt verbreitet. Nachrichten werden rund um die Uhr verbreitet.

Gefährdungen für die Verfügbarkeit

Adressen

Wie Sie schon aus einigen Artikeln herausgelesen haben, ist es notwendig, Nachrichten in einem Netzwerk zu segmentieren. Aber diese segmentierten Nachrichten werden nirgendwo hingehen, wenn sie nicht richtig adressiert werden. Dieses Thema gibt einen Überblick über die Netzwerkadressen. Sie werden auch die Möglichkeit haben, das Wireshark-Tool zu benutzen, das Ihnen hilft, den Netzwerkverkehr zu "sehen".

Die Vermittlungs- und Sicherungsschichten sind für die Lieferung der Daten vom Quellgerät zum Zielgerät verantwortlich. Hierzu enthalten die Protokolle auf beiden Schichten eine Quell- und eine Zieladresse, aber ihre Adressen haben unterschiedliche Zwecke:

• Quell- und Zieladressen der Vermittlungsschicht - Verantwortlich für die Zustellung des IP-Pakets von der ursprünglichen Quelle zum endgültigen Ziel, das sich im selben Netzwerk oder in einem entfernten Netzwerk befinden kann.

• Quell- und Zieladressen der Sicherungsschicht - Verantwortlich für die Zustellung des Datenübertragungsrahmens von einer Netzwerkkarte (NIC) zu einer anderen NIC im selben Netzwerk.

Hierbei erfüllen die verschiedenen Layer - Schichten 1-7 - diverse Aufgaben, bzw. Modalitäten: 

• Layer 1, Physical (Bitübertragungsschicht):

           Zeit- und Synchronisationsbits

• Layer 2, Data Link (Sicherungsschicht):

           Physische Ziel- und Quelladressen

• Layer 3, Network (Vermittlungsschicht):

           Logische Ziel- und Quell-Netzwerkadressen      

• Layer 4, Transport (Transportschicht): 

           Ziel- und Quell-Prozessnummer (Ports)

• Obere Schichten Layer 5-7:

           Verschlüsselte Anwendungsschicht

Schicht 3 Logische Adresse

Eine IP-Adresse ist die logische Adresse der Vermittlungsschicht oder Schicht 3, Layer 3, die verwendet wird, um das IP-Paket von der ursprünglichen Quelle zum endgültigen Ziel zu liefern.

Das IP-Paket enthält zwei IP-Adressen:

• Quell-IP-Adresse - Die IP-Adresse des sendenden Geräts, die die ursprüngliche Quelle des Pakets ist.
• Ziel-IP-Adresse - Die IP-Adresse des empfangenden Geräts, die das endgültige Ziel des Pakets ist.

Die IP-Adressen geben die ursprüngliche Quell-IP-Adresse und die endgültige Ziel-IP-Adresse an. Dies gilt unabhängig davon, ob sich Quelle und Ziel im selben IP-Netzwerk oder in unterschiedlichen IP-Netzwerken befinden.

Eine IP-Adresse besteht aus zwei Teilen:

• Netzwerkteil (IPv4) oder Präfix (IPv6) - Der ganz linke Teil der Adresse, der das Netzwerk angibt, in dem die IP-Adresse ein Mitglied ist. Alle Geräte im gleichen Netzwerk haben den gleichen Netzwerkteil der Adresse.
• Host-Teil (IPv4) oder Interface-ID (IPv6) - Der verbleibende Teil der Adresse, der ein bestimmtes Gerät im Netzwerk identifiziert. Dieser Teil ist für jedes Gerät oder jede Schnittstelle im Netzwerk eindeutig.

Somit wird die Subnetzmaske (IPv4) oder Präfix-Länge (IPv6) verwendet, um den Netzwerkteil einer IP-Adresse vom Host-Teil zu identifizieren.

Geräte im selben Netzwerk
In diesem Beispiel haben wir fiktiv einen Client-Computer, PC1, der mit einem FTP-Server im selben IP-Netzwerk kommuniziert.

• Quell-IPv4-Adresse - Die IPv4-Adresse des sendenden Geräts, des Client-Computers PC1: 192.168.1.3.
• Ziel-IPv4-Adresse - Die IPv4-Adresse des empfangenden Geräts, des FTP-Servers: 192.168.1.8.

Hierbei gilt es zu beachten, dass sich der Netzwerkteil sowohl der Quell-IPv4-Adresse als auch der Ziel-IPv4-Adresse im selben Netzwerk befindet.

Hierbei ist wichtig, dass der Netzwerkteil der IPv4-Quelladresse und der Netzwerkteil der IPv4-Zieladresse identisch sind und sich Quelle und Ziel im selben Netzwerk befinden.

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Wir wissen wie wichtig die Verbindung von einem Client zum Server bei Software-Anwendungen ist, deshalb haben wir uns hierauf spezialisiert.

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Standards der physikalischen Schicht

In Bezug auf die Bitübertragungsschicht - ergo Layer 1 (Physical) haben Sie schon einiges gehört und gelernt, wie der Platz dieser Schicht in einem Netzwerk konstituiert ist. 

Dieses Thema taucht etwas tiefer in die Besonderheiten der physikalischen Schicht ein. Dazu gehören die Komponenten und die Medien, die zum Aufbau eines Netzwerks verwendet werden, sowie die Standards, die erforderlich sind, damit alles zusammen funktioniert.

Die Protokolle und Operationen der oberen OSI-Schichten werden mit Software ausgeführt, die von Software-Ingenieuren und Informatikern entworfen wurde. Die Dienste und Protokolle in der TCP/IP-Suite werden von der Internet Engineering Task Force (IETF) definiert.

Die physikalische Schicht besteht aus elektronischen Schaltkreisen, Medien und Konnektoren, die von Ingenieuren entwickelt wurden. Daher ist es angebracht, dass die Normen für diese Hardware von den entsprechenden Organisationen der Elektro- und Nachrichtentechnik definiert werden.

Es gibt viele verschiedene internationale und nationale Organisationen, behördliche Regierungsorganisationen und private Unternehmen, die an der Festlegung und Aufrechterhaltung von Standards für die physikalische Schicht beteiligt sind. Beispielsweise werden die Standards für die Hardware der physischen Schicht, die Medien, die Kodierung und die Signalisierung durch diese Normungsorganisationen definiert und geregelt:

• International Organization for Standardization (ISO)

            Internationale Organisation für Normung (ISO)

• Telecommunications Industry Association/Electronic Industries Association (TIA/EIA)

            Telekommunikationsindustrie/Elektronikindustrieverband (TIA/EIA)

• International Telecommunication Union (ITU)

            Internationale Fernmeldeunion (ITU)

• American National Standards Institute (ANSI)

           Amerikanisches Nationales Institut für Normung (ANSI)

• Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE)

            Institut für Elektro- und Elektronikingenieure (IEEE)

• National telecommunications regulatory authorities including the Federal Communication Commission (FCC) in the USA and the European Telecommunications Standards Institute (ETSI)

            Nationale Regulierungsbehörden für Telekommunikation einschließlich der Federal Communication Commission (FCC) in den USA und des Europäischen Instituts für

            Telekommunikationsnormen (ETSI)

Darüber hinaus gibt es häufig regionale Verkabelungsnormengruppen wie CSA (Canadian Standards Association), CENELEC (European Committee for Electrotechnical Standardization) und JSA/JIS (Japanese Standards Association), die lokale Spezifikationen entwickeln.

Physikalische Komponenten

Die Standards der physikalischen Schicht beziehen sich auf drei Funktionsbereiche:

• Physikalische Komponenten
• Kodierung
• Signalisierung
• Physikalische Komponenten

Die physischen Komponenten sind die elektronischen Hardware-Geräte, Medien und andere Konnektoren, die die Signale übertragen, die die Bits repräsentieren. Hardwarekomponenten wie NICs, Schnittstellen und Konnektoren, Kabelmaterialien und Kabeldesigns werden alle in Standards spezifiziert, die mit der physikalischen Schicht verbunden sind. 

Kodierung

Codierung oder Zeilencodierung ist eine Methode zur Umwandlung eines Stroms von Datenbits in einen vordefinierten "Code". Codes sind Gruppierungen von Bits, die verwendet werden, um ein vorhersehbares Muster bereitzustellen, das sowohl vom Sender als auch vom Empfänger erkannt werden kann. Mit anderen Worten: Kodierung ist die Methode oder das Muster, das zur Darstellung digitaler Informationen verwendet wird. Dies ähnelt der Art und Weise, wie im Morsealphabet eine Nachricht mit einer Reihe von Punkten und Strichen kodiert wird.

Zum Beispiel stellt die Manchester-Codierung ein 0-Bit durch einen Übergang von hoher zu niedriger Spannung dar, und ein 1-Bit wird als Übergang von niedriger zu hoher Spannung dargestellt.  Der Übergang erfolgt in der Mitte jeder Bitperiode. Diese Art der Kodierung wird im 10-Mbit/s-Ethernet verwendet. Schnellere Datenraten erfordern eine komplexere Kodierung. Die Manchester-Kodierung wird in älteren Ethernet-Standards wie 10BASE-T verwendet. Ethernet 100BASE-TX verwendet 4B/5B-Kodierung und 1000BASE-T verwendet 8B/10B-Kodierung.

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