Rechnernetze
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Das Modell

Für die Beschreibung eines Rechnernetzes verwenden wir im folgenden ein Modell, bei dem die einzelnen Rechner (sowohl Endsysteme als auch Vermittlungssysteme) als Knoten und Verbindungen zwischen Rechnern als Kanten eines Graphen dargestellt werden. Zusätzlich kann den Kanten des Graphen eine Gewichtung (Metrik) zugeordnet werden, welche z.B. die Übertragungsgeschwindigkeit oder die Kosten bei der Verwendung der Verbindung repräsentiert; als Optimierungsziel bei der Wegewahl wird in diesem Fall das Minimum der Summe der Kantengewichte auf einem bestimmten Pfad verwendet. Besitzen die Kanten kein Gewicht, so wird gleiches Gewicht (in der Regel 1) angenommen und die Anzahl der Kanten auf einem Weg zum Empfänger als Optimierungsziel verwendet.

RNALSGRAPH.WMF (5262 Byte)

Ein Knotenrechner besteht in diesem Modell aus mindestens einem Prozessor, sowie ein- und ausgehenden Warteschlangen (queue) - auch Puffer (buffer) genannt - in denen Pakete beim Eintreffen in einem Knoten vor ihrer Verarbeitung und vor dem Absenden gespeichert werden. In praktisch eingesetzten Router-Systemen mit groß Übertragungsleistung werden hierfür in der Regel eigene E/A-Prozessoren vorgesehen, die den zentralen Prozessor bei der Behandlung der jeweiligen Ein- und Ausgangsleitung unterstützen.

Dadurch kann der zentrale Prozessor ausschließlich für die eigentliche Vermittlungsarbeit eingesetzt werden, was ein solches System sehr viel effizienter macht. Bei sehr schneller Übertragungstechnik, z.B. SONET oder ATM, werden für die Vermittlung ausschließlich spezielle Hardware-Schaltungen verwendet, da hier auf jeder Leitung Pakete mit einer Rate von über 150 MBit/sec eintreffen können. Solche großen Datenraten lassen sich nicht mehr mit üblichen Prozessoren bearbeiten.

KNOTENRECHNER.WMF (7872 Byte)

Dieses Modell kann insofern als klassisch bezeichnet werden, als bei früheren Übertragungstechniken in der Regel die Übertragungsleitungen den Verkehrsengpass darstellten. Heutige moderne Systeme verwenden meist Lichtwellenleiter oder andere sehr schnelle und zuverlässige Medien, so dass sich der Verkehrsengpass in die Knotenrechner verlagert. Das Optimierungsziel ändert sich also dahingehend, dass die nahezu unbegrenzte Übertragungskapazität auf den Übertragungsleitungen durch beschränkte Verarbeitungsleistung in der Knoten erbracht werden muss, deren Anzahl daher zu minimieren ist. Wir betrachten hier beide Fragestellungen, so weit sinnvoll.