Broadcast

Broadcast - Rundsendung an alle Empfänger

Beschreibung

Broadcast

In Rechnernetzen eine Nachricht, bei der Datenpakete von einem Punkt aus an alle Teilnehmer eines Nachrichtennetzes übertragen werden

In der Vermittlungstechnik ist ein Broadcast eine spezielle Form der Mehrpunktverbindung

Ein Broadcast-Paket erreicht alle Teilnehmer eines lokalen Netzes

ohne dass sie explizit als Empfänger angegeben sind

Daraus folgt, dass Broadcasts sich auf das eigene Netzsegment beschränken sollten, und nicht von Routern weitergeleitet werden

Soll eine Information an eine Gruppe von ausgewählten Teilnehmern gesendet werden, verwendet man stattdessen ein Multicast-Verfahren

Jeder Empfänger eines Broadcasts entscheidet selbst, ob er im Falle seiner Zuständigkeit die erhaltene Nachricht entweder verarbeitet oder andernfalls stillschweigend verwirft

Broadcasts gibt es auf verschiedenen Schichten des OSI-Referenzmodells

Allen gemein ist, dass Broadcasts von einer höheren Schicht an die unteren Schichten entsprechend angepasst werden müssen
So wird etwa ein IPv4-Broadcast als Ethernet-Broadcast an die MAC-Adresse FF:FF:FF:FF:FF:FF gesendet
Ist das unterliegende Netz nicht broadcastfähig, zum Beispiel weil es – wie unter anderem das Internet – aus einer Menge von Punkt-zu-Punkt-Verbindungen besteht, kann die Nachricht stattdessen mittels eines Flooding-Algorithmus gesendet werden

Anwendungen

Adressierung unbekannter Empfänger

Ein Broadcast wird in einem Computernetz unter anderem verwendet, wenn die IP-Adresse des Empfängers der Nachricht noch unbekannt ist
Diese Technik kommt gemäß OSI-Modell in der Vermittlungsschicht zum Einsatz
Beispiele hierfür sind ARP, DHCP und Wake On LAN
Netzwerkfähige Computerspiele verwenden Broadcasts, um eine Liste aller offenen Spiele im lokalen Netz zu finden, an denen der Nutzer teilnehmen kann
Das Kommunikationsprotokoll SMB sucht per Broadcast Datei- und Druckerfreigaben im lokalen Netz

IP-Broadcast

Broadcasts in IPv4 werden über eine Gruppenadresse realisiert

Formen von IP-Broadcasts

Verschiedene Formen von IP-Broadcasts

Limited Broadcast

Ziel ist die IP-Adresse 255.255.255.255

Dieses Ziel liegt immer im eigenen lokalen Netz und wird direkt in einen Ethernet-Broadcast umgesetzt
Ein limited broadcast wird von einem Router nicht weitergeleitet

Directed Broadcast

Ziel sind Teilnehmer eines bestimmten Netzes

Die Adresse wird durch die Kombination aus Zielnetz und dem Setzen aller Hostbits auf 1 angegeben
Die Adresse für einen directed broadcast in das Netz 192.168.0.0 mit der Netzmaske 255.255.255.0 lautet somit: 192.168.0.255 (CIDR-Notation: 192.168.0.255/24)
Ein directed broadcast wird von einem Router weitergeleitet, falls Quell- und Zielnetz unterschiedlich sind, und wird erst im Zielnetz in einen Ethernet-Broadcast umgesetzt
Falls Quell- und Zielnetz identisch sind, entspricht dies einem limited broadcast
Oft wird dieser Spezialfall auch als local broadcast bezeichnet
Ein directed broadcast kann weiter differenziert betrachtet werden
Der Broadcast kann als subnet-directed broadcast, als all-subnets-directed broadcast oder als net-directed broadcast auftreten
Ein subnet-directed broadcast hat als Ziel ein festgelegtes Subnetz
Ein all-subnets-directed broadcast ist ein Broadcast in allen Subnetzen eines Netzes, und ein net-directed broadcast wird in einem klassifizierten Netz, das nicht in Subnetze aufgeteilt ist, verteilt (zum Beispiel Broadcast an die Adresse 10.255.255.255 wird in einem Klasse A IP-Netz verteilt)

Sicherheit

Wegen Sicherheitsproblemen mit DoS-Angriffen wurde das voreingestellte Verhalten von Routern in RFC 2644 für directed broadcasts geändert

Router sollten directed broadcasts nicht weiterleiten

IPv6 unterstützt keine Broadcasts mehr, es werden stattdessen Multicasts verwendet

Broadcast-Sturm

Broadcast-Sturm - starker Anstieg des Broadcast/Multicast-Verkehrs in einem Rechnernetz

Broadcast-Stürme können schnell zum Ausfall eines Netzwerks führen

Große Netzwerksegmente

Viel Teilnehmer
Große Broadcast-Domänen
kann sich
durch verschiedene Ursachen
bei einem Broadcast-Sturm
die Antwortzeit des Netzwerks
durch einen Schneeballeffekt
dramatisch erhöhen

Abgrenzung

Routing-Schleifen

Router, die auf Layer 3 des OSI-Modells arbeiten, leiten jedoch keine Layer-2-Broadcasts weiter, wie es Switches tun

Unzutreffende Annahme

Router leiten keine Layer-3-Broadcasts weiter

Es gibt Routing-Protokolle, die Broadcasts zu anderen Netzwerken weiterleiten

Fehleinschätzung

Nur können Router eine Broadcast-Domäne begrenzen und damit Broadcast-Stürme eingrenzen

Auch Switches mit VLANs oder Layer-3-Funktionalitäten

Broadcast werden nicht mit Broadcasts beantwortet

Allerdings kann ein Broadcast dazu genutzt werden, herauszufinden, wie auf einen empfangenen Broadcast geantwortet werden kann
In redundanten Topologien kann ein solcher zweiter Broadcast dasjenige Netzwerkinterface erreichen, welches den initialen Broadcast gesendet hat

Ursachen

Redundante Verkabelung mit zwei oder mehr Uplinks zwischen Switches

In einem solchen Fall werden Broadcasts und Multicasts auf alle Ports weitergeleitet, mit Ausnahme des Ports, von dem der Datenverkehr kam
Dadurch wird eine Schleife erzeugt, ein Switching Loop, und die Switches leiten die Broadcasts des jeweils anderen Switches weiter

Denial-of-Service-Angriff

Darüber hinaus kann ein Broadcast-Sturm z. B. auch durch Denial-of-Service-Angriffe (wie den Smurf-Angriff oder den Fraggle-Angriff) oder durch eine fehlerhafte Netzwerkkarte ausgelöst werden

Maßnahmen

Option	Beschreibung
Schleifen zwischen Switches verwalten	Spanning Tree Protocol Shortest Path Bridging
In Metropol-Netzwerken	Ethernet Automatic Protection Switching (EAPS)
Filterung von Broadcasts durch Layer-3-Geräte	Router
Physikalische Segmentierung	einer Broadcast-Domäne durch Router oder Layer-3-Switches
Logische Segmentierung	einer Broadcast-Domäne durch VLANs
Router und Firewalls	können so konfiguriert werden, dass sie bösartige oder überdurchschnittlich viele Broadcasts erkennen und blockieren

Sicherheit

In den ersten Ethernetimplementierungen wurde die gesamte Kommunikation über einen gemeinsamen Bus, der in Form eines Koaxialkabels realisiert war, abgewickelt

An diesen wurden alle Arbeitsstationen abhängig vom Kabeltyp entweder per T-Stück oder „Invasivstecker“ (auch Vampirklemme, Vampirabzweige oder Vampire Tap genannt) angeschlossen
Jede Information, die von einem Computer gesendet wurde, wurde auch von allen empfangen
Die über Ethernet verbundenen Geräte müssen ständig Informationen ausfiltern, die nicht für sie bestimmt sind

Diese Tatsache kann genutzt werden, um Broadcast- (Rundruf-Nachrichten) an alle angeschlossenen Systeme zu senden

Bei TCP/IP beispielsweise verwendet das ARP einen derartigen Mechanismus für die Auflösung der Schicht-2-Adressen
Diese Tatsache ist auch ein Sicherheitsproblem von Ethernet, da ein Teilnehmer mit bösen Absichten den gesamten Datenverkehr auf der Leitung mitprotokollieren kann
Eine mögliche Abhilfe ist der Einsatz von Kryptografie (Kryptografie) auf höheren Protokollebenen
Die Vertraulichkeit der Verkehrsbeziehungen (wer tauscht mit wem in welchem Umfang wann Daten aus?) ist aber so nicht zu schützen

Der Einsatz von (Repeater) Hubs zur Bildung von Multi-Segment-Ethernet-Netzen ändert hier nichts, weil alle Datenpakete in alle Segmente repliziert werden

In moderneren Ethernetnetzen wurden zur Aufteilung der Kollisions-Domänen zunächst Bridges, heute Switches eingesetzt

Durch diese wird ein Ethernet in Segmente zerlegt, in denen jeweils nur eine Untermenge an Endgeräten zu finden ist
Werden ausschließlich Switches verwendet, so kann netzweit im Full-Duplex-Modus kommuniziert werden, das ermöglicht das gleichzeitige Senden und Empfangen für jedes Endgerät. Über Switches werden Datenpakete in der Regel direkt vom Sender zum Empfänger befördert – unbeteiligten Teilnehmern wird das Paket nicht zugestellt
Broadcast- (deutsch: Rundruf-) und Multicast-Nachrichten hingegen werden an alle angeschlossenen Systeme gesendet

Das erschwert das Ausspionieren und Mithören, der Sicherheitsmangel wird durch die Einrichtung einer „geswitchten“ Umgebung allerdings nur verringert und nicht behoben

Zusätzlich zu den Broadcast-Meldungen werden auch die jeweils ersten Pakete nach einer Sendepause – dann, wenn der Switch die Ziel-MAC-Adresse (noch) nicht kennt – an alle angeschlossenen Systeme gesendet
Dieser Zustand kann auch böswillig durch MAC-Flooding herbeigeführt werden
Pakete können auch böswillig durch MAC-Spoofing umgeleitet werden

Die Sicherheit des Betriebs im Sinne der störungsfreien Verfügbarkeit von Daten und Diensten beruht auf dem Wohlverhalten aller angeschlossenen Systeme

Beabsichtigter oder versehentlicher Missbrauch muss in einer Ethernetumgebung durch Analyse des Datenverkehrs aufgedeckt werden (LAN-Analyse)
Switches stellen vielfach statistische Angaben und Meldungen bereit, die Störungen frühzeitig erkennbar werden lassen bzw. Anlass geben zu einer detaillierteren Analyse

Anhang

Dokumentation

RFC

RFC	Titel
826	Ethernet Address Resolution Protocol
1812	Requirements for IP Version 4 Routers
2644	Changing the Default for Directed Broadcasts in Routers
826	Ethernet Address Resolution Protocol

Man-Pages

Info-Pages

Siehe auch

Links

Weblinks

https://de.wikipedia.org/wiki/Broadcast