Rechnernetze und verteilte Systeme

im Rahmen des BMBF-Verbundprojektes SIMBA — „Schlüsselkonzepte der Informatik in multimedialen Bausteinen unter besonderer Berücksichtigung der spezifischen Lerninteressen von Frauen”

Hinweise für Lehrende - Routing

Das Thema dieses Kapitels ist die Frage, wie ein Paket von einem Sender zu einem Empfänger gelangt. Verantwortlich hierfür ist die Vermittlungsschicht, die mit Hilfe von Routing-Algorithmen die Berechnung der Pfade durchführt. Im Falle von virtuellen Leitungen muss die Routenberechnung nur einmal durchgeführt werden, da alle Pakete den gleichen Weg einschlagen. In Datagramm-Netzwerken, einschließlich IP-Netzwerken, ist Routing für jedes Paket relevant, da die Pakete unterschiedliche Wege nehmen können. In beiden Fällen braucht ein Router die Zieladresse des Paketes um in seiner Weiterleitungstabelle nachzusehen welcher Ausgangs-Port der geeignete ist. Diesen Vorgang nennt man Weiterleitung. Routing ist der Prozess, bei dem die Weiterleitungstabellen erstellt werden. Es ist wichtig, diese beiden Begriffe zu unterscheiden. In dieser Flash-Animation werden die zwei vorherrschenden Klassen von Routing-Algorithmen behandelt: Link-State-Routing und Distanzvektor-Routing.

Zu beiden Algorithmen gibt es jeweils eine Animation, in der gezeigt, wird wie die Algorithmen funktionieren und der Ablauf schrittweise grafisch dargestellt wird (siehe Abbildungen 1 und 2).

Abbildung 1: Visualisierungsdurchlauf zum Distanzvektor-Routing

Abbildung 2: Visualisierungsdurchlauf zum Link-State-Routing

In der Animation kann schrittweise vor und zurück gesprungen werden. Sie lässt sich so der individuellen Lerngeschwindigkeit eines jeden Benutzer anpassen. Des Weiteren ist es so möglich, einzelne Stellen gezielt anzuspringen, wenn die Materialien nicht in einem einzelnen Durchgang erschöpfend behandelt werden sollen.

Neben den Animationen enthält jedes Thema auch einen Übungsmodus. Im Falle des Distanzvektor-Algorithmus sind die Weiterleitungstabellen von zwei Routern vorgegeben. Der Lernende soll daraus die Topologie des Netzwerkes entwickeln. Die Verbindungsleitungen werden erstellt, indem man mit der Maus auf einen Router klickt und mit gedrückter Maustaste den Zeiger auf einen anderen Router zieht.

Abbildung 3: Übung zum Distanzvektor-Routing

Hat man nun eine Netztopologie erstellt, kann diese durch Klicken auf den „Auswerten-Button“ überprüft werden. Dem Übenden wird mitgeteilt, ob die Topologie stimmt oder nicht. Durch den Button „falsche Löschen“ werden alle Verbindungen gelöscht, die nicht richtig sind. Mit „Zurück“ kann man jeweils die letzte Verbindung löschen und mit „Reset“ löscht man alles und kann von vorne beginnen.

Routing ist ein Verfahren, dessen Anwendungen und Nutzen jeder Benutzer von Netzwerken kennt. Die Simulationen und Visualisierungen zweier wichtiger Verfahren bieten hier nun Möglichkeiten, die sonst nur durch den realen Aufbau von Versuchsnetzwerken, einer teuren und zeitspieligen Angelegenkeit, zu leisten wäre. Die Übungskomponente dieses Objektes bietet dazu die passenden Möglichkeiten, um sich in Lernphasen produktiv mit den Verfahren zu beschäftigen, und anhand von Tabellen Paketrouten aufzustellen und überprüfen zu lassen.

In den Visualisierungdurchläufen wird die Erklärung der Kalküle mit einer schematischen Visualisierung verknüpft. Hier können die einzelnen Schritte des Algorithmusses zusätzlich zur formalen Beschreibung in einer grafischen Form in schematischen Netzen vereinfacht betrachtet werden. Gerade vielen Lernenden fällt es beim ersten Mal schwer, sich komplexere Algorithmen einzuprägen oder diese nachvollziehen zu können. Werden an den entsprechenden Stellen gezielt Visualisierungen o. ä. eingesetzt, können Studierende bei bekannten Problemstellen unterstützt werden.

Neben diesen beiden Routing-Algorithmen kann sich der Lernende einen Überblick über die Anordnung und Aufgaben der Internet-Protokollschichten verschaffen. Das Szenario ist so aufgebaut, dass man eine Figur durch das Schichtenmodell lenken muss. Dieses ist aus fünf Fluren, die jeweils eine Schicht repräsentieren, aufgebaut. In jedem Flur gibt es eine „Sachbearbeiterin“ an einem Schreibtisch. Tritt man an diese von vorne heran, bekommt man, mittels einer Textbox, die nötigen Informationen zu der jeweiligen Schicht. Die Textbox verschwindet wieder, wenn man mit „OK“ bestätigt. Gleichzeitig öffnet sich die Tür zur nächsten Schicht und man kann die nächste „Sachbearbeiterin“ aufsuchen. Klickt man auf den Rucksack der Figur, kann man sich die gesammelten Dokumente noch einmal anschauen. Durch einen Klick auf einen der Knöpfe der Tasche wird der Rucksack wieder ausgeblendet. Die Figur selber wird mit den Pfeiltasten der Tastatur gesteuert.

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