IT-Netzwerktechnik: Protokolle, OSI-Modell und Hardware

Grundlagen der Netzwerktechnik und Protokolle

Struktur des IP-Datagramms

Die Datagramm-Struktur umfasst folgende Felder: Version, Header-Länge, Service-Typen (ToS), Gesamtlänge, Identifizierung, Flags (Fahnen), Fragmente der Zusammensetzung, Lebensdauer (TTL), Protokolle, Verifizierung der Prüfsumme des Headers sowie die Quell- und Ziel-IP-Adressen der gesendeten Daten.

Das OSI-Referenzmodell

Schicht 6: Präsentationsschicht (Presentation Layer)

Die OSI-Schicht 6 ist verantwortlich für die Darstellung von Daten, damit der Empfängerknoten diese verstehen kann. Die Präsentationsschicht erhält Informationen der Anwendungsschicht und erfüllt ihre Funktion vor dem Senden der Daten an die Sitzungsschicht.

Schicht 5: Sitzungsschicht (Session Layer)

Die OSI-Schicht 5 minimiert Fehler, die während der Übertragung von Informationen auftreten können, indem sie Sitzungen einrichtet und verwaltet. Sie steuert das Verhältnis der Informationen innerhalb der Leitungen, insbesondere die Richtung, in die sie reisen, und entscheidet, wie die Kommunikation funktioniert.

Schicht 7: Anwendungsschicht (Application Layer)

Die Anwendungsschicht tritt in Aktion, wenn Programme mit netzwerkbezogenen Anwendungen interagieren. Sie synchronisiert Anwendungen, identifiziert Kommunikationspartner, stellt die Verfügbarkeit der beteiligten Elemente sicher und kontrolliert insbesondere die Datenintegrität.

Netzwerkprotokolle und Dienste

• ICANN: Garantiert, dass Internet-Adressen weltweit einzigartig sind; sie ist die höchste Instanz für registrierte Unternehmen.
• UDP-Protokoll: Arbeitet auf der Transportschicht verbindungslos. Es ist schneller, da das Netz nicht überlastet wird, bietet jedoch keine Fehlererkennung, Korrektur oder Flusssteuerung.
• TCP-Protokoll: Ein verbindungsorientierter Dienst, der eine Vollduplex-Datenübertragung bietet sowie Fehler in der Übertragung erkennt und korrigiert.
• ARP-Protokoll: Dient der Adressauflösung und wird verwendet, um IP-Adressen in Hardware-Adressen (MAC) umzuwandeln.
• DHCP: Wird benutzt, um Knoten dynamische IP-Adressen zuzuweisen.
• HTTP: Das Hyper Text Transfer Protocol wird für den Zugriff auf Webseiten verwendet.
• NetBIOS: Ein Anwendungsprogramm, das von Ethernet- und Token-Ring-Netzwerken verwendet wird und auf jedem unterstützten Protokoll unabhängig laufen kann.

Adressierung und IP-Konfiguration

Eine IP-Adresse ist in jedem Datagramm enthalten und gibt die Adresse des Zielknotens an. Diese Adresse wird dem Knoten im Moment der Verbindung zugewiesen.

• IPv4 vs. IPv6: IPv4 ist 32 Bit lang, in 4 Gruppen von 8 Bit unterteilt und wird dezimal ausgedrückt. IPv6 ist die Lösung für das Weiterleitungsproblem und ist 320 Bit lang (funktionell optimiert).
• Besondere IP-Bereiche: Die 0 steht für das Netzwerk selbst, die 127 ist die Adresse für das Feedback (Loopback) und die 255 bezieht sich auf alle Computer im Netzwerk (Broadcast).
• Dynamische IP-Adressvergabe: Ein DHCP-Server vergibt einem Knoten temporär eine neue IP-Adresse.
• Verbindungsorientierter Service: Tritt auf, wenn eine Verbindung zwischen dem Quell- und Empfängerknoten besteht; die Datenübertragung muss bis zum Abschluss fortgesetzt werden.

Hardware und strukturierte Verkabelung

• RJ45-Buchse: Anschluss für Twisted-Pair-Kabel.
• Strukturierte Verkabelung: Beschreibt, wie Drähte in einem lokalen Netzwerk innerhalb eines Gebäudes platziert werden.
• RJ45-Montage: Verfahren zur Montage eines Jack RJ45 als Surface-Mount (Aufputzmontage).
• Patch-Panel: Ein Verbindungsgerät, durch das die horizontale Verkabelung an andere Netzwerkgeräte angeschlossen werden kann.
• MDF (Main Distribution Frame): Ein Raum, in dem Server, Hubs, Router und die Anbindung von Geräten untergebracht sind.
• Backbone-Verkabelung: Die vertikale Verkabelung verbindet die verschiedenen Verteilerschränke, die in der horizontalen Verkabelung verwendet werden.
• TDR: Ein Messgerät für Netzwerksignale (Intensität und Datenfluss).
• Patella: Dient der Identifizierung von Anfang und Ende eines Kabels.

Routing-Verfahren und Protokolle

Das dynamische Routing erfolgt durch eine zufällige IP-Vergabe und automatisierte Pfadwahl.

• RIP (Routing Information Protocol): Ein populäres internes Routing-Protokoll für TCP/IP. Es existieren drei Versionen: RIPv1 und v2 für IPv4 sowie RIPng für IPv6 (Distance-Vector-Protokoll).
• OSPF: Bietet für TCP/IP eine dynamische Selektion basierend auf dem aktuellen Netzwerkstatus und unterstützt hierarchische Topologien.
• IGRP: Ein von Cisco entwickeltes Distance-Vector-Protokoll. Der Router sendet regelmäßig eine Kopie seiner Routing-Tabelle.
• EIGRP: Eine Technologie, die Routen effizienter berechnet, indem sie den DUAL-Algorithmus nutzt.

Weitere IT-Konzepte

Aspekte der Netzwerkkapazität: Diese können vom Benutzer nicht bestimmt werden und hängen von der Anzahl der Knoten, dem Abstand der Knoten sowie den eingesetzten Anwendungen und Programmen ab. UDP-basierte Anwendungen sind beispielsweise Video- und Audio-Streaming.

API-Protokoll: Stellt Dienste bereit, die es Programmierern erlauben, Netzwerkanwendungen zu entwickeln, ohne sich um Low-Level-Details kümmern zu müssen.

Datenkapselung: Die Nachricht durchläuft die OSI-Schichten, wobei Informationen (Header/Trailer) hinzugefügt werden, was den Versand als Rahmen oder Datagramm erleichtert.

Zeichenkodierung: ASCII (Standard-Code für Informationsaustausch) mit erweiterten Werten von 128 bis 255; EBCDIC (Extended Binary Coded Decimal Interchange Code) mit 8 Bit; UNICODE (weltweiter Standard-Zeichensatz) mit 4 Bit.