Ein Netzwerkverbund besteht aus mehreren voneinander unabhängigen Netzwerken, die miteinander verbunden sind und Ressourcen gemeinsam nutzen. Die einzelne Netzwerke können unterschiedliche Typen sein. Das Element, das die unabhängigen Netzwerke miteinander verbindet, muß gegebenfalls bestimmen, ob Pakete im lokalen Netzwerk bleiben oder in entfernte Netzwerke weitergeleitet werden.

Repeater

Repeater arbeiten auf der Bitübertragungsschicht des OSI-Modells. Jeder Medientyp kann Daten  über eine maximale Entfernung zuverlässig übertragen. Die Aufgabe eines Repeaters besteht darin, das Datensignal zu regenerieren und durch die maximale Entfernung zu erweitern.

Eigenschaften von Repeatern

Die Eigenschaften von Repeatern sind:

• Repeater regenerieren ein Signal, das an einem Port ankommt, und leiten es über die anderen Ports des Repeaters wieder weiter.

• Sie wirken in erster Linie auf der Bitübertragungsschicht des OSI-Modells.

• Sie filtern die Signale nicht, und sie übersetzen die Signale nicht, sondern wiederhohlen (regenerieren) sie lediglich, und leiten den gesamten Netzwerkverkehr (auch Fehler) in alle Richtungen weiter.

• Repeater benötigen vom Datenrahmen keinerlei Adress-informationen, da sie lediglich Datenbits wiederhohlen. Das bedeutet, daß ein Repeater auch Daten wiederhohlt, die fehlerhaft sind. Ein Repeater wiederhohlt sogar einen Broadcast-Storm, der von einer defekten Netzwerkkarte erzeugt worden ist.

• Sie sind kostengünstig.

• Sie sind einfach.

• Sie können zwar Netzwerke mit unterschiedlichen Datenrahmen (wie ein Token-Ring-Netzwerk und ein Ethernet-Netzwerk) nicht miteinander verbinden, einige Repeater können jedoch Segmente mit ähnlichen Datentypen, aber unterschiedicher Verkabelung miteinander verbinden.

Alle Netzwerke sind in Ihrer Größe beschränkt. Der wichtigste Grund für diese Beschränkung ist die Signallaufzeit. In einem Netzwerk muß ein Signal innerhalb einer vernünftigen Zeit übertragen werden. Die Zeit, die ein Signal benötigt, um den im Netzwerk am weitesten entfernten Punkt zu erreichen und wieder zum Ausgangspunkt zurückzugelangen, wird als Signallaufzeit bezeichnet.Wenn diese maximale Signallaufzeit überschritten wird, ohne daß ein Signal ankommt, wird ein Netzwerkfehler angenommen. Auf der Grundlage der maximalen zulässigen Signallaufzeit kann die maximal zulässige Kabellänge für das Netzwerk berechnet werden. Repeater erlauben zwar eine längere Signalstrecke, die maximale Signallaufzeit setzt die maximale Größe des Netzwerks dennoch Grenzen.

Die meisten Anbieter von Repeatern bezeichnen diese als HUBs. Wenn sie über Hubs gefragt werden, dann vergessen sie nicht, daß es sich dabei um Repeater handelt

Brücke

Brücken arbeiten auf der Sicherungsschicht des OSI-Modells.Brücken können die maximale Größe eines Netzwerks erweitern. Das Netzwerk mit Brücken in Bild 2.4.3 sieht dem  Netzwerk mit einem Repeater sehr ähnlich. Die Brücke ist jedoch ein wesentlich flexibleres Element. Brücken wirken auf der MAC-Teilschicht der OSI-Sicherungsschicht.

Ein Repeater leitet sämtliche Signale, die bei ihm ankommen, weiter. Eine Brücke arbeitet selektiv und leitet nur die Signale weiter, die für einen Computer im anderen Netzwerksegment bestimmt sind. Eine Brücke kann diese Entscheidung treffen, da jedes Gerät im Netzwerk durch eine eindeutige Adresse definiert ist. Jedes Paket, das übertragen wird, enthält die Adresse des Geräts, für das es bestimmt ist.

Und so funktioniert das Ganze:

1. Die Brücke empfängt jedes Paket in LAN A und LAN B.

2. Die Brücke erfährt von den Paketen, welche Geräteadressen sich in LAN A und welche sich in LAN B befinden. Die Brücke erstellt dann eine Tabelle mit diesen Aufgaben.

3. Pakete im LAN A, die an Geräte an LAN A adressiert sind, ebenso wie Pakete in LAN B, die an Geräte in LAN B adressiert sind, werden aussortiert. Diese Pakete können ohne Hilfe der Brücke übertragen werden.

4. Pakete in LAN A, die an Geräte in LAN B adressiert sind, werden an LAN B rückübertragen. Entsprechend werden die für LAN A bestimmte Pakete in LAN B an LAN A rückübertragen.

Bei wirklich alten Brücken mußte der Netzwerkadministrator die Adresstabellen noch manuell konfigurieren. Moderne Brücken werden als lernfähige Brücke bezeichnet. Sie aktualisieren ihre Adresstabellen automatisch, wenn Geräte im Netzwerk zu- bzw. abgeschaltet werden.

Brücken haben zwei Hauptaufgaben:

1. Stark genutzte Netzwerke in kleinere Segmente unterteilen: Wenn das Netzwrek so entwickelt wurde, daß die meisten Pakete übertragen werden können, ohne eine Brücke zu passieren, kann der Verkehr in den einzelnen Netzwerksegmenten reduziert werden. Wenn die Buchhaltungs- und Verkaufsabteilungen beispielsweise das lokale Netz überlasten, können Sie das Netzwerk so aufteilen, daß die Buchhaltungsabteilung auf einem Segment ist, und die Verkaufsabteilung auf einem anderen. Nur wenn die beiden Abteilungen Pakete austauschen müssen, passieren Pakete die Brücke zwischen den Segementen.

2. Die physische Größe eines Netzwerks erweitern: Die einzelnen Segmente (bestehend aus dem Kabel und Repeatern) sind immer noch auf eine maximale Größe begrenzt. Mit Hilfe von Brücken können Netzwerkentwickler die Abstände zwischen Segmenten strecken und die Gesamtgröße des Netzwerks erweitern.

Switches

Eine relativ neue Entwicklung in diesem Bereich sind die Switches. Switches arbeiten auf der Sicherungsschicht des OSI-Modells. Ein Switch nimmt dieselben Funktionen wie eine lernfähige Brücke wahr, jedoch in der Regel mit deutlich mehr Ports und mit höheren Übertragungsraten.

Switches halten Broadcast-Pakete nicht zurück. Switches werden in erster Linie dazu verwendet, die Netzwerkleistung durch Reduzierung der Konkurrenz zu verbessern. Ein Switch filtert den Verkehr heraus, der nicht für eine Station an einem gegebenen Port bestimmt ist, so daß an der Station ein geringeres Verkehrsaufkommen herrscht und dadurch die Leistung dieser Station erhöht wird.

In der Netzwerkindustrie ist es inzwischen üblich, Repeater (häufig als Hubs bezeichnet) durch Switches zu ersetzen, um die Leistungsfähigkeit des Netzwerks zu verbessern, ohne Änderungen an den Computern vornehmen zu müssen.

Router

Router arbeiten auf der Vermittlunsschicht des OSI-Modells. Da jedem Netzwerk in einem Netzwerkverbund eine Adresse zugewiesen ist, kann jedes Netzwerk als logische Einheit betrachtet werden, d.h. jedes Netzwerk funktioniert unabhängig von den anderen Netzwerken im Verbund. Kopplungselemente im Netzwerkverbund, wie Router, nutzen Netzwerkadressinformationen zur effizienten Übermittlung von Nachrichten.Die Verwendung von Netzwerkadressinformationen für die Übermittlung von Nachrichten wird als Routing bezeichnet. Die Eigenschaft, die Kopplungselemente in Netzwerkverbunden (Router und Brouter) gemein haben, ist die, daß beide Geräde im Routing-Verfahren arbeiten.

Router gliedern das große Netzwerk in logische Netzwerksegmente (siehe Bild ).Jedem Netzwerksegment wird eine Adresse zugewiesen, so daß jedes Paket sowohl mit einer Zielnetzwerk- und als auch mit einer Zielgeräteadresse ausgestattet ist.

Router sind intelligenter als Brücken. Router erstellen nicht nur Tabellen mit Netzwerkadressen, sondern sie bestimmen auch mit Hilfe von Algorithmen den effektivsten Pfad, um ein Paket an ein bestimmtes Netzwerk zu schicken. Auch dann, wenn ein bestimmtes Netzwerksegment nicht direkt an den Router angeschlossen ist, kennt der Router den besten Weg, um ein Paket an ein Gerät in diesem Netzwerk zu schicken.

Im Bild stellt Router B einen Pfad von Router A alternativen Pfad zur Verfügung. Router können mit dieser Situation umgehen, da sie untereinander Routing-Informationen austauschen, um sicherzustellen, daß keine Paket-Loops bestehen. Wenn Router A ausfällt, stellt der Weg Router B einen Sicherungspfad dar.

Router können verwendet werden, um ähnlich wie Brücken große, stark genutzte LANs in kleinere Segmente zu unterteilen. Router können jedoch auch unterschiedliche Netzwerktypen miteinander verbinden. Das Netzwerk in Bild 2.4.4 besteht aus Ethernet-Segmenten mit einem Token-Ring-Segment. Für solche Netzwerke eignen sich Router am besten.

Es gibt zwei Router-Arten:

• Statische Router: Diese Router bestimmen die Pfade nicht dynamisch. Statt dessen müssen Sie eine Routing-Tabelle konfigurieren, in der Sie mögliche Routen für Pakete definieren. Wenn Sie die Netzwerkverbindungen ändern, muß ein Router, der mit statisch konfigurierten Routen arbeiten, manuell konfiguriert werden. Diese vorprogrammierten Router können sich nicht an sich ändernde Netzwerkbedingungen anpassen.

• Dynamische Router: Diese Router können Routen mit Hilfe von Informationen, die sich von anderen Routern über eine Routing-Protokoll bzw. Routing-Algorithmus bekommen, dynamisch bestimmen (und so unter den redunanten Routen den optioanalen Pfad auswählen).

Nachdem der Aufwand für die einzelnen Routen festgelegt ist, können Routen wie folgt, entweder statisch oder dynamisch, auswähen:

• Statische Routenauswahl: Bei diesem Auswahlverfahren werden nur Routen verwendet, die vom Netzwerkadministrator programmiert worden sind.Nur statische Router arbeiten mit diesem Verfahren.

• Dynamische Routenauswahl: Bei diesem Auswahlverfahren werden Informationen über den Aufwand beim Routing für die Auswahl der besten Route für einen bestimmten Pfad herangezogen. Wenn sich Bedingungen im Netzwerk ändern und in den Routing-Tabellen entsprechend wiedergegeben werden, wählt der Router unterschiedliche Pfade aus, so daß immer der Pfad mit dem geringsten Aufwand genutzt wird.

Eigenschaften von Routern:

• Router verbinden unterschiedliche LAN-Typen (unterschiedliche Medienarten) miteinander.

• Sie verbinden unterschiedliche Netzwerke (unterschiedliche Netzwerknummern) miteinander.

• Sie halten Broadcasts in deren Ursprungsnetzwerk und reduzieren dadurch Broadcast-Storms.

• Protokolle, die verwendet werden, um Daten über einen Router zu senden, müssen speziell für die Unterstützung der Routing-Funktionen entwickelt werden, IP, IPX, und AppleTalk sind routingfähige Protokolle, NetBEUI und DLC sind keine routingfähigen Protokolle.

• Router werden in der Regel eingesetzt, um ein LAN mit einem Weitbereichsnetz (WAN) zu verbinden. WANs werden häufig mit mehreren Pfaden entwickelt, und Router stellen sicher, daß die unterschiedlichen Pfade am effektivsten genutzt werden.

• Es gibt zwei Arten : statische Router, dynamische Router.

Brouter

Ein Brouter ist ein Router, der auch als Brücke fungieren kann. Ein Brouter versucht, Pakete aufgrund von Netzwerkprotokollinformationen zu übermitteln. Wenn jedoch ein bestimmtes Protokoll der Vermittlungsschicht nicht unterstützt wird, leidet der Brouter das Paket in der Funktion einer Brücke mit Hilfe der Geräteadressen weiter.

Um zwei Netzwerke, die sowohl ein routingfähiges Protokoll, wie TCP/IP, als auch ein nicht-routing-fähiges Protokoll, wie NetBEUI, verwenden, miteinander zu verbinden, wird ein Brouter benötigt. Damit bekommen Sie die Vorteile eines Routers, während gleichzeitig die vollständige Konnektivität einer Brücke erhalten bleibt.

Nahezu alle dedizierten Hardware-Router (wie beispielsweise die von 3Com, Cisco und Bay Networks) können als Brücken eingesetzt und somit als Brouter betrachtet werden. Die Bezeichnung Brouter wird in der Netzwerkindustrie kaum noch verwendet. In den Prüfungen von Microsoft spielt diese Bezeichnung dennoch eine Rolle, da sie die kombinierte Router-Brücken-Funktionalität zum Ausdruck bringt.

Gateways

Die Bezeichnung Gateway wurde ursprünglich in der Internet-Protokollfamilie für Router verwendet. Heute bezieht sich die Bezeichnung Gateway üblicherweise auf ein System, das auf den obersten Schichten des OSI-Modells agiert und Kommunikationen zwischen unterschiedlichen Protokollsystemen ermöglicht. Ein Gateway ist in der Regel für eine spezielle Umsetzung vorgesehen, und die genaue Funktionsweise des Gateways hängt von den durchzuführenden Protokollumsetzungen ab. Gateways arbeiten im allgemeinen auf der OSI-Anwendungsschicht.

Gateways verbinden unterschiedliche Umgebungen miteinander. Das geschieht, indem die Gateways die Informationen der Protokollschicht vom einkommenden Paket entfernen und durch die für die andere Umgebung erforderliche Paketinformationen ersetzen.

Gateways können als Software, Hardware oder als eine Kombination aus beidem implementiert werden.