Grundlagen der Netzwerktechnik: Modi, Typen, Elemente und Topologien

Kommunikationsmodi

• Simplex-Modus: Nur der Sender strahlt Informationen an den Empfänger. Die Kommunikation erfolgt nur in eine Richtung.
• Halb-Duplex-Modus: Sender und Empfänger können Informationen übertragen, jedoch nicht gleichzeitig.
• Vollduplex-Modus (Full-Duplex): Die Kommunikation kann gleichzeitig in beide Richtungen erfolgen.

Arten von Kommunikationsnetzwerken

Nach Art der Übertragung

• Peer-to-Peer-Netzwerke: Zwei Geräte sind über eine direkte Verbindung (Link) miteinander verbunden.
• Multipoint-Netzwerke: Mehrere Geräte teilen sich dieselbe Verbindung (Link).

Nach Verfügbarkeit/Eigentum

• Private und öffentliche Netze.

Nach geografischer Reichweite

• Local Area Networks (LANs): Beschränken sich in der Regel auf einen begrenzten Raum, oft auf ein einziges Gebäude.
• Metropolitan Area Networks (MAN): Umfassen ganze Städte und Gemeinden oder verbinden verschiedene öffentliche oder private Einrichtungen.
• Wide Area Networks (WAN): Erstrecken sich über den metropolitanen Bereich hinaus. Die Verbindungen werden über ein Kommunikationsnetzwerk im großen Maßstab hergestellt.

Wichtige Elemente in einem Netzwerk

• Netzwerkkarten: Ermöglichen einem Computer den Zugriff auf ein Netzwerk. Jede Karte besitzt eine MAC-Adresse, die sie innerhalb eines Netzwerks identifiziert. Ein Computer in einem Netzwerk wird als Knoten bezeichnet.
• Repeater: Erhöht die Reichweite einer physischen Verbindung. Wird verwendet, um zwei Bereiche gleicher Technologie zu verbinden.
• Hub (oder Verteiler): Funktioniert als Repeater, ermöglicht aber die Zusammenschaltung mehrerer Knoten. Er empfängt Datenpakete von einem Ethernet-Port und wiederholt sie an alle übrigen Ports.
• Bridge (oder Brücke): Verbindet Netzwerksegmente. Sie leitet Frames zwischen verschiedenen Netzen basierend auf der MAC-Adresse weiter. Sie empfängt ein Paket von einem ihrer Ports und sendet es ausschließlich an den Ziel-Port.
• Switch (oder Schalter): Ermöglicht die Verbindung zwischen verschiedenen Netzwerksegmenten. Bietet höhere Geschwindigkeiten und ist effizienter als ein Hub.

Netzwerktopologien

Ring-Topologie

Die Geräte sind in einem geschlossenen Kreis durch ein gemeinsames Signalkabel verbunden. Das Signal zirkuliert in einer Richtung um den Kreis.

Bewertungsfaktoren der Ring-Topologie

• Anwendung: Nützlich, wenn die Netzwerkkapazität bei Bedarf ziemlich oder sehr hoher Geschwindigkeit über kurze Distanzen bis zu einer kleinen Anzahl von Knoten bereitgestellt werden soll.
• Komplexität: Der physische Teil ist oft schwierig.
• Antwortzeit: Bei sehr hohen Zugriffszahlen bleibt die Antwort relativ stabil, aber die durchschnittliche Wartezeit ist ziemlich hoch.
• Schwachstelle: Der Ausfall einer Station oder des Kanals kann das gesamte System lahmlegen. Eine sofortige Reparatur ist nicht immer möglich.

Vorteile der Ring-Topologie

• Die Übertragungskapazitäten sind gleichmäßig aufgeteilt.
• Das Netzwerk ist nicht von einem zentralen Knoten abhängig, was die Übermittlung von Nachrichten maximal vereinfacht.
• Es ist einfach, eine Nachricht an alle Knoten zu senden.
• Die Zugriffszeit ist akzeptabel.
• Die Fehlerquote beim Senden von Daten ist sehr klein.
• Es können hohe Übertragungsgeschwindigkeiten erzielt werden.

Nachteile der Ring-Topologie

• Die Zuverlässigkeit des Netzes hängt von den Repeatern ab.
• Die Installation ist recht kompliziert.

Stern-Topologie

Das Netzwerk ist an einem einzigen Punkt zentralisiert, in der Regel einem Hub oder Switch. Der Ausfall eines Knotens hat keinen Einfluss auf den Rest des Netzes, es sei denn, der zentrale Knoten fällt aus.

Bewertungsfaktoren der Stern-Topologie

• Anwendung: Bessere Möglichkeiten zur Integration von Sprach- und Datendiensten.
• Komplexität: Die Konfiguration kann ziemlich kompliziert sein. Jede Station kann wiederum als Knoten für die anderen fungieren.
• Antwortzeit: Sie ist gut genug für eine moderate Belastung des Systems. Die Leistung des Hubs beeinflusst die Antwortzeit stark.
• Gefährdung: Wenn der zentrale Knoten ausfällt, stoppt die gesamte Netzwerkaktivität. Der Ausfall einer einzelnen Station hat keine Auswirkungen auf den Betrieb des Systems.
• Expansion: Sie ist sehr beschränkt.

Vorteile der Stern-Topologie

• Ideal, wenn viele Knoten miteinander verbunden werden müssen.
• Es können einfache Terminals verbunden werden.
• Knoten können unterschiedliche Übertragungsgeschwindigkeiten haben.
• Es können verschiedene Übertragungsarten verwendet werden.
• Ein hohes Maß an Sicherheit kann gewährleistet werden.
• Die Fehlersuche ist einfach.

Nachteile der Stern-Topologie

• Sie ist anfällig für Störungen im zentralen Knoten.
• Die Anschaffungskosten sind hoch.
• Die Installation der Leitungen ist teuer.
• Die Last, die der zentrale Knoten (Hub/Server) tragen muss, führt dazu, dass die Übertragungsgeschwindigkeiten geringer sind als bei anderen Topologien.

Bus-Topologie

Alle Geräte sind an einem Kabel angeschlossen, das nicht geschlossen ist. Wenn der Draht an einem Punkt durchtrennt wird, fällt das gesamte Netzwerk aus.

Bewertungsfaktoren der Bus-Topologie

• Anwendung: Verwendung in kleinen Netzwerken mit wenig Verkehr.
• Komplexität: Sie sind relativ einfach.
• Antwortzeit: Durch die Erhöhung der Last verschlechtert sich die Antwortzeit rapide.
• Schwachstelle: Der Ausfall einer Station hat keine Auswirkungen auf das Netzwerk.
• Expansion: Sie ist sehr einfach.

Vorteile der Bus-Topologie

• Das Übertragungsmedium ist völlig passiv.
• Es ist leicht, neue Geräte anzuschließen.
• Die gesamte Übertragungskapazität kann zur Verfügung stehen.
• Einfach zu installieren.

Nachteile der Bus-Topologie

• Die Schnittstelle zum Übertragungsmedium muss mit intelligenten Geräten realisiert werden.
• Manchmal stören sich die Nachrichten gegenseitig (Kollisionen).
• Das System verteilt Ressourcen gerecht.
• Die Länge des Übertragungsmediums überschreitet in der Regel nicht 2 km bei wenigen Knoten.