Grundlagen der Netzwerktechnik: Protokolle und Verkabelung

IEEE 802.1 Standard und MAC-Adressen

Der Standard IEEE 802.1 besagt, dass jeder Netzwerkadapter (NIC) eine 48-Bit-physikalische Adresse (MAC-Adresse) in einem ROM gespeichert hat. Somit erhält jeder Computer, der mit dem Netzwerk verbunden ist, eine eindeutige ID.

Netzwerkverkabelung

Twisted-Pair-Kabel (EIA 568B)

Der EIA 568B-Standard definiert die Kategorien von Twisted-Pair-Kabeln:

• Kategorie 5 (Cat 5)

  Diese Kategorie ist heute weit verbreitet. Sie besteht aus 4 Adernpaaren: 2 Paare für die Datenübertragung und 2 Paare, die entweder ungenutzt bleiben oder für andere Zwecke eingesetzt werden können. Sie kann für 100BASE-T-Netzwerke (100 Mbps) verwendet werden. Der Widerstand des Kabels beträgt 100 Ohm.

• Kategorie 5e, 6 und 7 (Cat 5e, Cat 6, Cat 7)

  Diese werden für Netzwerke mit 1000BASE-T Ethernet (Gigabit) und höher verwendet. Sie ermöglichen auch die Übertragung von Audio- und Videodaten.

Crossover-Kabel

Dient dazu, Sende- und Empfangssignale korrekt zwischen ähnlichen Geräten zu verbinden.

Für Ethernet (10/100 Mbps) wird die folgende Pin-Verbindung am RJ-45-Stecker verwendet:

• Pin 1 (Ende A) verbindet sich mit Pin 3 (Ende B).
• Pin 2 (Ende A) verbindet sich mit Pin 6 (Ende B).

Crossover-Kabel werden verwendet, um folgende Geräte direkt zu verbinden:

• Switch zu Switch
• Hub zu Hub
• Router zu Router
• PC zu PC

CSMA/CD Protokoll

CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection) ist ein Zugriffsverfahren, das hauptsächlich in älteren Ethernet-Netzwerken verwendet wird.

Funktionsweise

1. Jeder Host „hört“ auf das Medium (Carrier Sense).
2. Wenn das Medium frei ist, sendet der Host seine Informationen (Datenrahmen).
3. Die Informationen werden über das Kabel gesendet, und alle Geräte empfangen sie. Nur das Gerät mit der passenden Zieladresse verarbeitet den Rahmen.

Kollision

Wenn zwei Geräte gleichzeitig versuchen, Daten zu senden, tritt eine Kollision auf. Dies wird von den Hosts erkannt, während sie senden (Collision Detection).

• Das Gerät, das die Kollision erkennt, sendet ein Stausignal (JAM-Signal).
• Alle Geräte erfahren von der Kollision.
• Es wird ein Back-off-Algorithmus (Verzögerungsalgorithmus) gestartet.
• Das Gerät wartet eine zufällige Zeitspanne, bevor es versucht, die Daten erneut zu senden.
• Bei wiederholten Kollisionen wird die zufällige Wartezeit erhöht, bis ein Maximum erreicht ist (typischerweise nach 15 Versuchen).

Das CSMA/CD-Protokoll wird derzeit nur noch in Halb-Duplex-Systemen eingesetzt.

Wichtige Netzwerkprotokolle

Internet Protocol (IP)

Das IP-Protokoll dient dem Transport von Datenpaketen über verbundene Netzwerke (Inter-Netzwerke). Es ist die grundlegende Protokollbasis für die Datenübertragung im Internet.

Transmission Control Protocol (TCP)

TCP ist dafür verantwortlich, die ankommenden Informationspakete zu sammeln und in der richtigen Reihenfolge zusammenzusetzen (verbindungsorientiert und zuverlässig).

User Datagram Protocol (UDP)

UDP ermöglicht die Übertragung von Nachrichten, ohne dass eine Verbindung aufgebaut werden muss (verbindungslos). Es bietet keine Garantie für die Zustellung. Es wird in Übertragungen verwendet, bei denen keine sichere Übertragung erforderlich ist (z. B. Streaming).

Address Resolution Protocol (ARP)

ARP ergänzt TCP/IP und wird verwendet, um die physikalische Adresse (MAC) zu einer bekannten IP-Adresse aufzulösen.

IP-Adressklassen

• Klasse A (Sehr große Netzwerke)

  Erstes Byte: 1–126.

• Klasse B (Mittlere Netzwerke)

  Erstes Byte: 128–191.

• Klasse C (Kleine Netzwerke)

  Erstes Byte: 192–223.

TCP/IP-Diagnose-Tools

• ping [IP-Adresse oder Hostname]

  Wird verwendet, um die Konnektivität zwischen zwei Hosts zu diagnostizieren. Standardmäßig werden vier Pakete gesendet. Der Empfänger, falls er existiert und verbunden ist, sendet die Pakete zurück (Echo-Dienstprogramm).

• ARP-Cache

  Speichert lokal die Korrespondenz zwischen IP-Adressen und physikalischen (MAC-) Adressen. Wird normalerweise mit dem Befehl arp -a angezeigt.

• ipconfig /all

  Zeigt detaillierte Informationen über die IP-Konfiguration auf dem lokalen Computer an.