Subnetzwerk und Half- oder Full- Duplex

Bereits seit Mitte der 80 Jahre finden sich umfangreiche lokale Netzwerke, die sich aufgrund des technologischen Fortschritts stetig verändern. Eine wichtige Charakteristik moderner Netzwerke ist das Vorhandensein von immer leistungsfähigeren Endgeräten und die Zunahme an Client-Server-Applikationen. Hierdurch wird jedoch auch die Last, die auf einem Netzwerk liegt, erhöht. Als dann noch das Ethernet auf den Markt bekam, wurden innerhalb eines Systems Datenrate zur Verfügung gestellt, die in ihrer Kapazität für die Übertragungen nicht einmal benötigt wurden. Hinzu kamen immer mehr Erweiterungen, die sich auf die unterschiedlichsten Bereiche stützen, sodass sich auch die Anforderungen an die vorhandene Bandbreite erhöht. Hiervon sind zusätzlich noch der Durchsatz und die Verzögerungszeit betroffen. Damit diese Richtlinien überhaupt noch erfüllt werden können, wurden zwei verschiedene Lösungsansätze zur Abdeckung der Bandbreite in LANs realisiert:

  1. Eine wesentlich schnelle LAN-Technologie muss installiert werden
  2. Der Datenverkehr soll in mehrere kleine LAN-Segmente gegliedert werden

Definition eines Subnetzes und die Subnetzmaske

Wenn von einem Subnetzwerk die Rede ist, dann wird damit das Teilnetz innerhalb des Internetprotokolls angesehen, kurz IP. Es fasst dabei mittels der Subnetzmaske mehrere aufeinanderfolgende IP-Adressen zusammen, die sich an einer binären Grenze unter einem gemeinsamen Vorderteil befinden. Dies wird auch als Präfix bezeichnet.

Die Subnetzmaske ist wiederum eine Maske, die sich aus Bits zusammensetzt und innerhalb des Netzwerkprotokolls die Beschreibung der IP-Netze übernimmt. Somit zählt zur Hauptaufgabe der Netzmaske die Feststellung der genauen Anzahl von Bits am Anfang einer aufgezeigten Adresse. Kommt es zur Verbindung mit der IP-Adresse eines Geräts, so legt die Subnetzmaske fest, welche IP das entsprechende Gerät innerhalb des Netzwerkes sucht und über welchen Router eine Verbindung zu anderen Netzen aufgebaut werden soll. Somit erfolgt durch diese Maske eine Trennung der IP-Adresse in zwei Teile:

  • Netzwerkteil, der auch als Netzpräfix angesehen wird
  • Geräteteil

Der Netzwerkteil muss hierbei für alle Geräte des zugehörigen Netzwerkes gleich sein, wobei der Geräteteil unterschiedlich sein darf. Hierdurch wird die Konfiguration aller Netzmasken, die sich in einem gemeinsamen IP-Netz befinden, gewährleistet.

Der Ansatz des Einsatzes von Subnetzwerken

Traditionell gesehen hat sich besonders der Lösungsvorschlag der LAN-Segmente etabliert, da dies zur Verbesserung der Performancesituation im Netzwerk führen kann. Durch die simple Reduzierung der Benutzer, die in einem Subnetzwerk vorkommen, können die Zeiten, die zum Senden einer Antwort benötigt werden erheblich herabgesenkt werden. Darüber hinaus lassen sich auch die Minimierung von Ausfallsituationen und der begrenzte Zugriff der Benutzer auf diverse Serverapplikationen realisieren. Dieser Unterteilung lässt sich soweit ausbreiten, bis pro Segment jeweils nur noch ein einzelner Rechner angeschlossen ist. Sobald dieser Zustand vorliegt, erhält ein Rechner die gesamte Performance des entsprechenden Subnetzes. Auf einem anderen Wege kann anstelle eines Repeaters auch ein Switch treten, sodass jedes Datenkabel, welches an dem Switch-Port angeschlossen ist, wie ein separates Segment anzusehen ist. Die Trennung oder Kopplung der jeweiligen Segmente erfolgt unter Verwendung dieses Ansatzes dann auf dem Layer 2. 

Der Half- oder Full-Duplex

Seitdem die Möglichkeit einer Twisted-Pair-Verkabelung eingeführt wurde, liegen die Kanäle für „Send“ und „Receive“ bei der Datenübertragung stets voneinander getrennt vor. Durch diesen Zustand ist es machbar, mögliche Kollisionen auf dem Übertragungsmedium zu vermeiden, sodass ein Netzwerk vor Störungen und Zeitausfällen geschützt ist. Liegt das Half-Duplex vor, können Daten ungleichzeitig auf einem Kanal in beiden Richtungen fließen. Beim Full-Duplex lassen sich die Daten gleichzeitig in beide Richtungen übertragen. Kommt es jedoch zum Anschluss der Kabel über eine Repeaterkarte und somit zu einer auf einen Punkt konzentrierten Verbindung, so muss die Verknüpfung der Kabel über die Ebene 1, demnach die Repeater-Funktion, realisiert werden.

Werden die Kabel nun auf dieser physikalischen Schicht, die sich am ISO/OSI-Referenzmodell orientiert, verbunden, so empfangen alle angeschlossenen Endgeräte die über die Sendeleitung übermittelten Daten auf der jeweiligen Empfangsleitung. Dies hat zwangsläufig zur Folge, dass trotz der Twisted-Pair-Verkabelung Kollisionen auftreten, sodass die Gesamtheit der an das Kabel angeschlossenen Repeater eine gemeinsame Kollisionsdomäne ergibt.
Vermeidung von Kollisionen.

Wird in einem Netzwerk an die Stelle eines Hubs ein Switch gesetzt und zusätzlich pro Segment nur eine Arbeitsstation betrieben, so gibt es pro Segment auch tatsächlich nur eine angeschlossene Station. Die Empfangsleitungen und Sendeleitungen können dann entsprechend des Full-Duplex gleichzeitig benutzt werden. Bisher wurde ein Zugriffsverfahren verwendet, welches stets nur einer einzelnen Station das Recht zum Versenden einer Nachricht erteilte. Dies ist durch den Einsatz des Duplex-Verfahrens nicht mehr erforderlich, da alle Stationen des Netzwerks gleichzeitig senden dürfen. Darüber hinaus entfällt auch die Beschränkung der Längen durch die Slot-Time, da die Ausdehnung nun lediglich durch die Möglichkeiten des Layer 1 definiert wird, wie z.B.

  • Dämpfung
  • Nebensprechen
  • Bandbreiten-LängenProdukt

Durch den Verzicht auf das herkömmliche Zugriffsverfahren wird bei bestehender Leistung die doppelte Übertragungskapazität erreicht. Dies steht im Gegensatz zum Halb-Duplex, wo weiterhin stets nur einer Station ein Senderecht erteilt wird und somit auch pro Segment zu einer bestimmten Zeit nur eine Station zugeordnet ist.