Grundlagen der Computernetzwerke: Typen, Topologien & Standards

Netzwerktypen und ihre Eigenschaften

Local Area Network (LAN)

• Begrenzte geografische Reichweite.
• Höhere Kapazität und Übertragungsgeschwindigkeiten.
• Geringere Fehlerquote.

Wide Area Network (WAN)

• Breites geografisches Gebiet.
• Geringere Kapazität.
• Höhere Fehlerquote.

Weitere Netzwerktypen

• Metropolitan Area Network (MAN)
• Personal Area Network (PAN)
• Wireless Local Area Network (WLAN)

Metropolitan Area Network (MAN)

Begrenzte Gebiete, typischerweise die Größe einer Stadt oder Metropolregion.

Personal Area Network (PAN)

• Netzwerke für den Heimbereich: einfach und klein.
• Können drahtlos oder kabelgebunden sein.
• Geringe Kosten.

Wireless Local Area Network (WLAN)

• Übertragungsmedium: Luft (Funk, Satellit).
• Keine Verkabelung erforderlich.
• Sind tendenziell weniger sicher als kabelgebundene LANs.
• Kann einen Engpass im Netzwerk darstellen.

Funktionen und Kommunikationsmodi im LAN

Multiaccess (Mehrfachzugriff)

• Ermöglicht den Zugriff mehrerer Computer auf ein gemeinsames Informationssystem.
• Ein Computer kann auf verschiedene Standorte zugreifen.

Multipoint-Kommunikation

• Jeder Datenkanal kann mit verschiedenen Hosts verbunden werden.
• Nur eine Kommunikationsleitung wird mit allen Netzwerk-Terminals geteilt.

Netzwerktopologien

Die Topologie beschreibt, wie das Netzwerk verteilt ist, einschließlich der Anordnung der Geräte und der Art der Verkabelung.

Grundlegende Topologie-Arten

• Stern (Star)
• Ring (Ring)
• Bus (Bus)

Weitere Topologie-Arten

• Vermascht (Mesh)
• Baum (Tree)
• Vollständige Zusammenschaltung (Full Mesh)
• Hybrid/Gemischt (Mixed)

Stern-Topologie (Star)

• Der Host-Rechner oder die Geräte sind mit einem zentralen Knoten (Hub oder Switch) verbunden.
• Der Hub/Switch ermöglicht die Kommunikation zwischen Geräten und isoliert Probleme in einzelnen Segmenten.
• Wenn ein Netzwerksegment defekt ist, funktioniert der Rest des Netzes weiter.
• Bietet hohe Sicherheit.

Netzwerkstandards und Regulierung

Standards legen Anforderungen an die Ausrüstung fest. Hersteller können diesen Regeln folgen oder eigene entwickeln. Verbindliche Standards werden oft durch Landesgesetze festgelegt.

Arten von Standards

• De facto: Ein Standard, der aufgrund seiner breiten Akzeptanz auf dem Markt weit verbreitet ist.
• De jure: Ein formal festgelegter Standard (z. B. IEEE-Standard), dessen Regeln Hersteller befolgen müssen, wenn sie ihre Geräte entsprechend konzipieren wollen.

Ring-Topologie (Ring)

• Die Rechner sind ringförmig miteinander verbunden.
• Wenn ein Segment unterbrochen wird, fällt das gesamte Netzwerk aus.
• Es kann zu Staus kommen.

Bus-Topologie (Bus)

• Die Computer sind mit einer linearen Struktur verbunden.
• Ein Bruch in einigen Segmenten führt nicht zwangsläufig zum Ausfall des gesamten Netzwerks.
• Verwendet Multiaccess-Bus-Technologie.
• Es werden Zugriffsrechte für die Stationen festgelegt, um auf Ressourcen zuzugreifen.

Token Ring

• Physische Topologie: Stern.
• Logische Topologie: Funktioniert wie ein Ring.
• Ein Token wandert durch den Ring.
• Wenn ein Gerät Informationen senden möchte, wartet es, bis es das Token erhält, fügt die Informationen hinzu und sendet sie an einen anderen Computer weiter.

Protokolle und Netzwerkarchitektur

Netzwerkprotokoll

Ein Satz organisierter und vereinbarter Regeln, der die Kommunikation zwischen verschiedenen Knoten oder Computern ermöglicht.

Schichtmodelle und Dienste

• Netzwerke sind in strukturierten Schichten organisiert, basierend auf Funktion und angebotenen Diensten.
• Jede Schicht bietet Dienste für die darüber liegende Schicht.
• Die Schnittstellen zwischen den Schichten bestehen aus einer Reihe von Standards, die die Kommunikation regeln.

Netzwerkarchitektur

Eine Gruppe von Schichten und Netzwerkprotokollen, die die Kommunikation zwischen verschiedenen Computern ermöglicht.

Interoperabilität

Zwei Systeme sind interoperabel, wenn sie miteinander arbeiten können, obwohl sie von verschiedenen Anbietern stammen.

Offene Systeme (Open Systems)

Eine Gruppe von Computern, Peripheriegeräten, Streaming Media und zugehöriger Software, die die Kommunikation untereinander ermöglicht.

Vergleich der Topologien: Vor- und Nachteile

Bus-Topologie (Details)

• Verfügt über einen einzigen Kommunikationskanal (Shared Medium).
• Bidirektionale Kommunikation.
• Das Kabel ist durch Terminatoren begrenzt.
• Vorteile: Einfach, wirtschaftlich und schnell zu installieren.
• Nachteile: Stau im Netz möglich. Ein Bruch im Segment setzt das gesamte Netzwerk außer Kraft. Begrenzte Kanallängen. Signalverlust (Dämpfung).

Ring-Topologie (Details)

• Die Knoten sind in einem Ring verbunden.
• Verwendet Token-Passing-Verfahren.
• Nachteile: Weniger schnell als der Bus. Ein Fehler oder Bruch in einem Segment betrifft alle Netzknoten. Begrenzte Kanallängen. Langsame Datenübertragung.
• Vorteile: Einfach zu implementieren und zu erweitern.

Stern-Topologie (Details)

• Die Knoten oder Stationen sind mit einem zentralen Punkt verbunden.
• Vorteile: Wenn ein Knoten oder Segment ausfällt, funktioniert der Rest des Netzwerks weiter. Höhere Sicherheit, vermeidet Verkehrsprobleme oder Abstürze. Wartung ist einfacher und billiger.
• Nachteile: Wenn der zentrale Knoten ausfällt, fällt das gesamte Netzwerk aus. Die Implementierung ist teurer (mehr Kabel, Hubs/Switches).

Wichtige Komponenten eines lokalen Netzwerks (LAN)

• Server: Es können mehrere vorhanden sein.
• Arbeitsplätze/Hosts
• Netzwerkgeräte: Gateways/Router/Hubs/Switches.
• Kabel: Koaxialkabel oder Glasfaser.
• Netzwerk-Anwendungssoftware.
• Netzwerk-Betriebssysteme.
• Anschlüsse: Netzwerkdosen, RJ45-Stecker.
• Protokolle.