Grundlagen der Netzwerktechnik: Übertragung & Komponenten

Grundlagen der Datenübertragung

Synchronisation und Übertragungsmodi

• Sync Block: Definiert eine Reihe von Sonderzeichen, die Blöcke trennen, wobei die nachfolgende Nachricht ein spezielles Zeichen tragen muss.

Übertragung nach Leitungstyp

• Serielle Übertragung: Alle Daten werden sequenziell über eine einzige Leitung übertragen.
• Parallele Übertragung: Eine Gruppe von Bits wird gleichzeitig übertragen, ein Bit pro Leitung des Kanals.

Übertragung nach Richtung (Simplex, Halbduplex, Duplex)

• Unidirektional (Simplex): Die Rollen von Sender und Empfänger sind klar definiert; die Übertragung erfolgt nur in eine Richtung.
• Halbduplex: Die Kommunikation ist bidirektional, aber nicht gleichzeitig. Es wird ein einziger physischer und logischer Kanal genutzt.
• Duplex (Vollduplex): Die Kommunikation ist bidirektional und gleichzeitig. Es gibt einen physikalischen Kanal und zwei logische Kanäle.

Modulation und Signalqualität

Modulation

Modulation: Änderung der Trägerwelle, um deren Eigenschaften besser an das Übertragungsmedium anzupassen und die Nachricht zu übertragen.

Vorteile der Modulation

• Erleichtert die Ausbreitung (Fortpflanzung).
• Reguliert die Frequenzen.
• Reduziert die Größe der Antenne.
• Optimiert die Bandbreite.
• Vermeidet Interferenzen zwischen den Kanälen.
• Schützt vor Rauschen (Noise).
• Definiert die Qualität der übermittelten Informationen.

Übertragungsprobleme

• Dämpfung (Attenuation): Abschwächung des Signals durch elektrischen Widerstand.
• Verzerrung (Distortion): Signalverformung, die normalerweise dadurch entsteht, dass sich der Kanal bei jeder Frequenz anders verhält.
• Interferenz: Addition eines bekannten und unerwünschten Signals zum übertragenen Signal.
• Rauschen (Noise): Summe mehrerer Störungen unbekannter und möglicherweise zufälliger Natur.

Grundlegende Netzwerkkomponenten

Interconnection Basics: Adapter, Kabel und Zusammenschaltung

Modem

Ein Gerät, das es einem Computer ermöglicht, Informationen über das RTC (öffentliches Telefonnetz), das analog überträgt, zu senden und zu empfangen. Modems können intern oder extern sein. Es gibt viele Standards, die sich in zwei Typen unterteilen: jene für die Kommunikation zwischen Computer und Modem und jene für die Kommunikation zwischen zwei Modems über eine Telefonleitung.

Netzwerkkarte (NIC)

Die Netzwerkkarte (auch Netzwerkadapter genannt) fungiert als Vermittler zwischen dem Computer und dem Kommunikationsnetzwerk. Auf ihr sind die Kommunikationsprotokolle der physischen Schicht, der Sicherungsschicht (Data Link) und der Netzwerkschicht gespeichert. Die Kommunikation mit dem Computer erfolgt über Erweiterungssteckplätze.

Die Schritte zur Übertragung sind:

1. Bestimmung der Systemeigenschaften.
2. Umwandlung des parallelen Bitstroms in eine serielle Nummer.
3. Änderung des seriellen Bitstroms in ein geeignetes elektrisches Signal.

Teile einer Netzwerkkarte

• Hauptprozessor: Führt Kommunikationsaufgaben durch.
• Anschluss Bus: Verbindungslinie zwischen der Netzwerkkarte und dem Computer-Bus.
• BIOS ROM Socket: Zum Einfügen einer ROM-Speicherkarte.
• Transceiver: Ermöglicht den Zugriff auf das Netzwerk-Übertragungsmedium. Er ist verantwortlich für die Erkennung des Trägersignals und möglicher Kollisionen.
• Wake-On-LAN-Anschluss: Verbindung über ein Kabel zwischen Karte und Mainboard, die den Remote-Start des Computers ermöglicht.
• Statusanzeigen.

Signalverstärkung und Konzentratoren (Hubs)

Signalregenerierung

• Repeater: Wird in der digitalen Übertragung verwendet.
• Verstärker (Amplifier): Wird in der analogen Übertragung verwendet.

Einschränkungen von Kabelsegmenten

Die einzelnen Kabelabschnitte haben immer eine maximale Länge. Das Signal kann nicht eine unendliche Anzahl von Verstärkern durchqueren.

Konzentratoren (Hubs)

Ein Konzentrator zentralisiert die Verbindungen zwischen den einzelnen Stationen in einem Gerät. Er behält Statusanzeigeleuchten bei und verhindert, dass der Ausfall einer Station das gesamte Netzwerk zum Absturz bringt.

Typen von Konzentratoren

• Passiv: Fungiert als einfacher Netzwerk-Hub.
• Aktiv: Kann Signale auch verstärken und regenerieren.

Hubs verfügen über zwei Arten von Verbindungen: eine für Stationen und eine weitere für die Verbindung zu anderen Hubs. Die Topologie ist sternförmig, mit dem Hub in der Mitte.

Klassifizierung nach interner Logik

Konzentratoren werden danach eingestuft, wie sie Verbindungen herstellen und Nachrichten intern verteilen:

• Mit Bus-Logik-Topologie (HUB): Lässt das Netz wie ein Bus-Netzwerk verhalten. Da der Bus als Broadcast-Medium fungiert, können Kollisionen auftreten.
• Mit Ring-Logik-Topologie (MAU): Der Hub sendet das Signal, das über einen Anschluss hereinkommt, an den nächsten weiter. Das Kommunikationsprotokoll sollte überprüfen, ob der Sender übertragen kann, um Kollisionen zu vermeiden.
• VPN-Konzentratoren: Werden verwendet, um virtuelle private Netzwerke (VPNs) zu erstellen, die die Kommunikation von Clients ermöglichen, die mit dem Internet verbunden sind. Dies geschieht über zwei spezielle, parallel angeordnete RI- und RO-Ports.

Drahtlose Netzwerke und Bridges

Drahtlose Komponenten

• Wireless Networking Cards: Dienen als Verbindung zwischen zwei Geräten, die mit dem Netzwerk kommunizieren.
• Access Points (AP): Geräte, die Netzwerkverbindungen zentralisieren.

Aspekte beim Aufbau eines drahtlosen Netzwerks

Es muss sichergestellt werden, dass jeder Access Point über genügend Sendeleistung verfügt, um alle benötigten Computer abzudecken. Dabei ist die Schwierigkeit zu berücksichtigen, dass Geräte Signale von verschiedenen Standorten empfangen und dadurch Störungen verursachen können.

Netzwerk-Interconnection Bridges (Brücken)

Bridges ermöglichen die Verknüpfung von Netzwerken unterschiedlicher Topologien und Protokolle auf der MAC-Ebene (Data Link Layer). Sie nehmen die notwendigen Anpassungen vor, damit ein LAN mit einem anderen Informationen austauschen kann.

Eine Bridge besteht aus zwei verschiedenen Anschlüssen, die mit den entsprechenden Netzwerken gekoppelt sind. Sie verhalten sich wie gewöhnliche Stationen, ohne Privilegien gegenüber dem Rest. Eine Bridge fungiert als Filter im Netzwerk.

Typen von Bridges

Bridges können auf zwei Arten implementiert werden:

• Hardware-Bridge: Ein dediziertes Gerät zum Verbinden von LANs.
• Software-Bridge: Eine Computersoftware, die sich als Bridge verhält. Meistens werden zwei Netzwerkkarten in einem Computer installiert, auf dem ein Programm läuft, das das Bridge-Verhalten bereitstellt.

Bridge-Standards und Eigenschaften

• Standard-Bridges (z. B. 802.x zu 802.y): Werden verwendet, um IEEE 802-Netzwerke zu verbinden.
• Transparenz: Die Installation erfordert keine Änderung an den zu verbindenden Netzwerken. Sie arbeitet im Promiscuous Mode.
• Remote Bridges: Können zwei oder mehr LANs verbinden, die über eine große Distanz getrennt sind. Eine drahtlose Bridge kann als Remote Bridge fungieren, wenn sie über einen RJ45-Anschluss verfügt.