Grundlagen der Computernetzwerke: Technik und Protokolle

Was ist ein Computernetzwerk?

Ein Computernetzwerk besteht aus einer Reihe von Rechnern und anderen Geräten, die über physikalische Verfahren oder Kabel miteinander verbunden sind, mit dem Ziel, Ressourcen gemeinsam zu nutzen. Man unterscheidet zwischen Client-Server-Netzwerken und Peer-to-Peer-Netzwerken.

Wichtige Netzwerkbegriffe

• LAN (Local Area Network): Lokales Netzwerk.
• WAN (Wide Area Network): Weitverkehrsnetzwerk.
• NIC (Network Interface Card): Netzwerkkarte.

Ein LAN kann in verschiedenen Strukturen aufgebaut sein, beispielsweise als Baum- oder Stern-Topologie.

Elektronische Netzwerkgeräte

• Hub: Empfängt ein Datenpaket über einen Port und leitet es an alle anderen Ports weiter, nicht nur an den Zielcomputer.
• Switch: Speichert die MAC-Adressen aller angeschlossenen Geräte, um Daten gezielt an den richtigen Port zu senden.
• Router: Verbindet verschiedene Netzwerke miteinander und leitet Datenpakete zwischen ihnen weiter.

Übertragungsmedien

• Strukturierte Verkabelung: Die Hardware oder die Mittel, mit denen Informationen zwischen Geräten, Hubs oder Switches übertragen werden.
• Glasfaser (Fiber Optik): Besteht aus dünnen, durchsichtigen Glasfasern, die Datenpakete als Lichtstrahlen eines Lasers übertragen.

Protokolle und Adressierung

• TCP/IP: Besteht aus den Protokollen TCP (Transmission Control Protocol) und IP (Internet Protocol), die für die Steuerung der Kommunikation zwischen vernetzten Rechnern verantwortlich sind.
• IP-Adresse: Eine eindeutige Kennung für jeden Computer, um Absender und Empfänger jedes Datenpakets zu identifizieren.

Drahtlose Kommunikation

Infrarot-Licht ist für das menschliche Auge unsichtbar, kann aber zur Kommunikation genutzt werden. Es gibt drei Übertragungsarten:

• Punkt-zu-Punkt: Direkte Sichtverbindung zwischen Sender und Empfänger.
• Quasidiffus: Reflexion über eine Wand oder Oberfläche.
• Diffus: Keine direkte Sichtverbindung erforderlich.

Wi-Fi (Wireless Fidelity) ist der Standard für drahtlose LANs (WLAN). WPA (Wi-Fi Protected Access) wurde entwickelt, um die Sicherheit von WEP zu verbessern und eine Benutzerauthentifizierung zu ermöglichen. Das Bluetooth-Core-System besteht aus einem Sender, einem Basisband und Kontrollprotokollen. Zudem gibt es verschiedene USB-Anschlüsse: Micro-USB, Mini-USB, Typ A und Typ B.

Netzwerkarchitekturen im Vergleich

Peer-to-Peer-Netzwerk

Vorteile:

• Einfache Installation und Konfiguration.
• Geringe Implementierungskosten.
• Ausfall eines Geräts beeinträchtigt nur dessen eigene Ressourcen.
• Oft geringeres Verkehrsaufkommen im Netz.

Nachteile:

• Für eine kleine Anzahl von Computern konzipiert.
• Schwierig zu verwalten und zu steuern.
• Zugriffsberechtigungen müssen auf jedem Computer einzeln gesetzt werden.
• Geringe Netzwerksicherheit.

Client-Server-Netzwerk

Vorteile:

• Schnelle Reaktionszeiten bei Ressourcenanfragen.
• Zentrale Verwaltung von Berechtigungen und Ressourcen.
• Hohe Sicherheit durch Benutzerauthentifizierung und Zugriffskontrolle.

Nachteile:

• Höhere Kosten durch leistungsstarke Hardware.
• Abhängigkeit vom Server.
• Hohe Netzwerklast auf dem Server durch zentrale Anfragen.

Freie Software

Samba ist eine Implementierung von Microsoft-Netzwerkprotokollen, die unter UNIX-basierten Betriebssystemen wie Linux und macOS läuft.