Medienzugriffsverfahren, Netzwerkgeräte und DNS erklärt

Medienzugriffsverfahren (MAC)

Medienzugriffsverfahren (Media Access Control, MAC) verwalten den Zugriff der Terminals auf das Übertragungsmedium (TX), einschließlich der Steuerung des Sendens und Empfangens von Informationen. Es gibt zwei Haupttypen:

• Statisch: Die Kanalkapazität wird dauerhaft fest unter den Nutzern aufgeteilt.
• Dynamisch: Der Zugriff auf den Kanal wird den Benutzern bedarfsgerecht (auf Nachfrage) gewährt.

ALOHA-Protokolle

ALOHA: Ein in den 1970er Jahren für Funknetzwerke entwickeltes MAC-Verfahren. Die Stationen kommunizieren mit einem zentralen Knoten auf der Frequenz f1. Der zentrale Knoten empfängt jedes Paket und leitet es auf der Frequenz f2 an die Zielstation weiter.

• Wenn mehr als eine Station gleichzeitig ein Paket sendet, tritt eine Kollision auf (Paketverlust).
• Um zu überprüfen, ob das Paket erfolgreich übertragen wurde, wartet die Station eine feste Zeitspanne auf eine Bestätigung (ACK) vom zentralen Knoten.
• ALOHA-Eigenschaft: Sehr geringer Durchsatz bei einer sehr hohen Kollisionswahrscheinlichkeit.

Slotted ALOHA (ALOHA S.): Eine Weiterentwicklung von ALOHA, bei der die Stationen synchronisiert sind. Die Zeit wird in Zeitschlitze (Slots) unterteilt, und Stationen dürfen eine Übertragung (TX) nur zu Beginn eines Zeitschlitzes starten.

• Die Übertragungszeit (TX) eines Rahmens entspricht genau einem Zeitschlitz.
• Kollisionen treten nun nur noch vollständig auf (der gesamte Rahmen kollidiert), partielle Kollisionen sind ausgeschlossen.

CSMA-Verfahren

CSMA (Carrier Sense Multiple Access): Wenn ein Sender Daten übertragen möchte, "hört" er zuerst das Medium ab. Ist der Kanal frei, sendet er; ist er belegt, wartet er, bis er frei wird, und startet dann die Übertragung. Es gibt verschiedene CSMA-Typen:

• 1-persistentes CSMA: Ist der Kanal besetzt, überwacht die Station diesen kontinuierlich und sendet sofort, sobald der Kanal frei wird.
• Nicht-persistentes CSMA: Die Station überwacht den Kanal nicht ständig. Bei Belegung wartet sie eine zufällige Zeitspanne, bevor sie den Kanal erneut abhört.
• p-persistentes CSMA: Ist der Kanal frei, sendet die Station mit einer Wahrscheinlichkeit p. Mit der Gegenwahrscheinlichkeit 1-p wartet sie einen Zeitschlitz, bevor sie den Kanal erneut prüft.

CSMA/CD (Collision Detection)

CSMA/CD: Bei diesem Verfahren wird der Kanal auch während des Sendens von Frames aktiv überwacht. Wird eine Kollision erkannt, bricht das Terminal die Übertragung sofort ab. Dadurch wird der Kanal schneller wieder freigegeben, da der Rest des kollidierten Rahmens ohnehin nicht erfolgreich am Ziel ankommen würde. Anschließend wartet das Terminal eine zufällige Zeitspanne, bevor es einen erneuten Sendeversuch startet.

Statische Kanalaufteilung

• Time Division Multiplexing (TDM): Jedem Terminal wird ein festes Zeitfenster zugewiesen, in dem es Informationen übertragen darf. Die Nutzer senden nacheinander in ihren jeweils vorgegebenen Zeiten.
• Frequency Division Multiplexing (FDM): Aufteilung der Bandbreite (BW) des Kanals in verschiedene Frequenzbereiche, die den Benutzern fest zugewiesen werden. Jeder Benutzer überträgt kontinuierlich, jedoch nur innerhalb seines zugewiesenen Frequenzbereichs.

Netzwerk-Kopplungsgeräte

Diese Geräte dienen dazu, Segmente oder weitere Stationen zu einem LAN hinzuzufügen. Es gibt zwei Haupttypen:

• Hub (Verteiler): Leitet einen empfangenen Frame automatisch an alle anderen Ports weiter (2 Typen: Bus- und Stern-Topologie).
• Bridge (Brücke): Beim Empfang eines Rahmens an einem ihrer Ports analysiert sie diesen und lernt die MAC-Adresse des Absenders, um sie der entsprechenden Station zuzuordnen.

Fehlererkennungsverfahren

Paritätsprüfung

• Zeichenparität (Parity-Bit): Dem Datenwort (String) wird beim Senden ein zusätzliches Bit hinzugefügt. Die Parität kann gerade (par) oder ungerade (impar) sein. Fehler in einem String können nur erkannt werden, wenn die Anzahl der fehlerhaften Bits ungerade ist.
• Blockparität: Hierbei wird ein Paritätsbit für die vertikale Position der Bits jedes Zeichens hinzugefügt. Es muss die Anzahl der Zeichen definiert werden, für die die Blockparität berechnet wird.

Polynomcodierung und CRC

Polynomcodierung: Verwendet mathematische Polynome, um Redundanzbits zu erzeugen und festzustellen, ob Bitfehler vorliegen.

CRC (Cyclic Redundancy Check): Es werden mathematische Operationen mit Polynomen durchgeführt, um die Prüfsumme (FCS - Frame Check Sequence) zu ermitteln, die an die Datenbits angehängt wird. Zur Berechnung der FCS und zur späteren Fehlerprüfung beim Empfang (RX) wird ein Generatorpolynom G(x) benötigt, auf das sich Sender (TX) und Empfänger (RX) vorab einigen müssen.

Das Domain Name System (DNS)

Das Domain Name System (DNS) ist für die Übersetzung von Domainnamen in IP-Adressen verantwortlich. Es ermöglicht das Auflösen der IP-Adresse eines Rechners anhand seines Namens.

Funktionsweise des DNS

Das System besteht aus einem hierarchisch organisierten Netzwerk von Servern, die ausschließlich für diese Namensauflösung zuständig sind. Das System muss drei Anforderungen erfüllen:

• Transparenz: Der Vorgang läuft für den Benutzer unsichtbar (transparent) im Hintergrund ab.
• Skalierbarkeit: Es muss in der Lage sein, alle Internetanfragen zu bewältigen und mit dem Wachstum des Internets mitzuwachsen.
• Zuverlässigkeit: Das System darf nicht ausfallen und muss stets korrekte Antworten liefern.

Arten von DNS-Servern

DNS-Server sind hierarchisch organisiert und erfüllen folgende Funktionen: Pflege einer Datenbank mit Domainnamen und IP-Adressen sowie die Beantwortung von Client-Anfragen in ihrer Zone.

• Root-Nameserver (DNS-Server BOOT): Sie stehen an der Spitze der Hierarchie. Es gibt weltweit 14 dieser Server-Verteiler. Sie enthalten in ihrer Datenbank alle Daten zu den Domain-Namen.
• Primäre DNS-Server (Master): Sie enthalten autoritative Informationen über eine bestimmte Zone oder TLD.
• Sekundäre DNS-Server (Slave): Sie verwalten und spiegeln die Informationen in einem kleineren geografischen Bereich zur Ausfallsicherheit.
• Caching-only-Server: Diese enthalten anfangs keine eigenen Zonendaten. Wenn Clients Anfragen stellen, leitet der Server diese in der Hierarchie weiter, speichert die Antworten im Cache und beschleunigt so zukünftige Abfragen.

Top-Level-Domains (TLD)

Die wichtigsten zwei Arten von Top-Level-Domains sind:

• Länderspezifische TLDs (ccTLD): z. B. .es, .dk, .br ...
• Generische TLDs (gTLD): z. B. .com, .org, .net ...