Netzwerk-Grundlagen: Fasern, Repeater, Verzögerungen & Tools

Kapitel 11: Netzwerk-Grundlagen und Datenübertragung

20. Faserarten und ihre Reichweiten ohne Repeater

Es gibt drei Haupttypen von Fasern, die unterschiedliche Entfernungen abdecken können:

• Multimode-Stufenindexfaser: Bis zu 2000 m bei 100 Mbit/s.
• Multimode-Gradientenindexfaser: Bis zu 3000 m bei 100 Mbit/s.
• Singlemode-Faser: Bis zu 80 km.

21. Was sind Repeater und Hubs?

Ein Repeater ist ein Gerät, das elektrische Signale verstärkt und wiederholt, um deren Reichweite zu erhöhen. Ein Hub verteilt das verstärkte Signal an alle seine Ports. Beide Geräte verstärken sowohl das Nutzsignal als auch das Rauschen im Netzwerk.

22. Netzwerkkarten: Funktion und Zweck

Netzwerkkarten (auch Netzwerkadapter oder Netzwerkschnittstellenkarten genannt) sind Hardwarekomponenten, die die physische Verbindung von Geräten zu einem Netzwerk herstellen. Ihr Hauptzweck ist die Ermöglichung der Datenkommunikation zwischen Computern und anderen Netzwerkgeräten.

23. Internetzugang: Einwahlmodem (Dial-up)

Der Internetzugang über ein Einwahlmodem (Dial-up) bietet eine maximale Geschwindigkeit von bis zu 56 Kbit/s. Bei dieser Art des Zugangs ist keine gleichzeitige Nutzung von Daten- und Sprachkommunikation über dieselbe Telefonleitung möglich.

24. Internetzugang: Kabelmodem

Der Internetzugang über ein Kabelmodem nutzt das bestehende Kabelfernsehnetz. Ein einzelner TV-Kanal kann dabei mehrere Breitbandkanäle übertragen. Der Kanal, der vom Kabelmodem genutzt wird, wird typischerweise von mehreren Benutzern in einem bestimmten Bereich geteilt.

25. Ursachen für Paketverlust in Datennetzen

Paketverluste können unter verschiedenen Umständen auftreten:

• Wenn der Warteschlangenpuffer eines Netzwerkgeräts nicht alle ankommenden Pakete aufnehmen kann (Pufferüberlauf).
• Wenn Pakete das Ziel nicht innerhalb einer bestimmten Zeitspanne erreichen (Time-Out).
• Wenn Pakete mit fehlerhaften Bits ankommen und daher verworfen werden müssen.

26. Warum entstehen Verzögerungen und Verluste im Datennetz?

Verzögerungen und Verluste in einem Datennetz entstehen hauptsächlich durch:

• Netzwerküberlastung (Stau), bei der eine große Anzahl von Paketen auf die Übertragung warten muss.
• Störungen im Übertragungsmedium, die zum Verlust oder zur Beschädigung von Paketen führen können.

27. Vier Ursachen für Paketverzögerungen im Paketnetz

Die vier Hauptursachen für Verzögerungen bei der Paketübertragung in einem Paketvermittlungsnetz sind:

• Verarbeitungsverzögerung (Processing Delay): Die Zeit, die ein Netzwerkknoten (z.B. Router) benötigt, um ein ankommendes Paket zu verarbeiten, z.B. Header-Prüfung und Weiterleitungsentscheidung.
• Warteschlangenverzögerung (Queuing Delay): Die Zeit, die ein Paket im Puffer eines Übertragungsgeräts warten muss, bevor es zur Übertragung an die nächste Verbindung bereit ist. Diese Verzögerung hängt stark von der Netzwerkauslastung ab.
• Übertragungsverzögerung (Transmission Delay): Die Zeit, die benötigt wird, um alle Bits eines Pakets auf die Übertragungsleitung zu senden. Sie wird durch die Paketgröße und die Bandbreite der Verbindung bestimmt.
• Ausbreitungsverzögerung (Propagation Delay): Die Zeit, die das Signal benötigt, um sich durch das physische Übertragungsmedium (z.B. Kabel, Glasfaser) vom Sender zum Empfänger zu bewegen. Sie hängt von der Entfernung und der Ausbreitungsgeschwindigkeit im Medium ab.

28. Berechnung der Verarbeitungsverzögerung

Die Verarbeitungsverzögerung wird typischerweise als das Verhältnis der Paketgröße zur Verarbeitungsgeschwindigkeit des Knotens berechnet.

29. Berechnung der Übertragungsverzögerung

Die Übertragungsverzögerung wird berechnet als: Paketgröße (L) / Bandbreite (R).

30. Berechnung der Signallaufzeit (Propagationsverzögerung)

Die Signallaufzeit (Ausbreitungsverzögerung) wird berechnet als: Länge der Verbindung (d) / Ausbreitungsgeschwindigkeit (z.B. ca. 200.000 km/s in Glasfaser).

31. Berechnung der Gesamtverzögerung im Kommunikationsnetz

Die Gesamtverzögerung in einem Kommunikationsnetzwerk ist die Summe der einzelnen Verzögerungskomponenten: Verarbeitungsverzögerung + Warteschlangenverzögerung + Übertragungsverzögerung + Ausbreitungsverzögerung.

32. Einfluss auf die Warteschlangenverzögerung

Der Einfluss von Bandbreite (R), Paketgröße (L) und der durchschnittlichen Ankunftsrate (a) auf die Warteschlangenverzögerung lässt sich wie folgt beschreiben:

• Wenn das Produkt L * a / R nahe Null ist, ist die Warteschlangenverzögerung gering.
• Wenn L * a / R kleiner als 1 ist, ist die Verzögerung moderat.
• Wenn L * a / R größer oder gleich 1 ist, bedeutet dies, dass mehr Bits ankommen, als die Verbindungskapazität verarbeiten kann, und die durchschnittliche Verzögerung steigt exponentiell an.

33. Tools zur Messung der Paketverzögerung im Internet

Die beiden gängigsten Tools zur Messung der Paketverzögerung im Internet sind Ping und Traceroute.

34. Funktionaler Unterschied: Ping vs. Traceroute

Ping misst hauptsächlich die Round Trip Time (RTT) zwischen einem Quell- und einem Zielhost, um die Erreichbarkeit und grundlegende Verzögerung zu überprüfen. Traceroute hingegen ermittelt den vollständigen Pfad, den Pakete von der Quelle zum Ziel nehmen, und zeigt die Verzögerungen an jedem einzelnen Router (Hop) auf diesem Pfad an.

35. Ping und Traceroute: Gleiche Funktion? Ersetzbar?

Obwohl beide Tools zur Netzwerkanalyse dienen, haben sie nicht exakt die gleiche Funktion. Traceroute bietet eine wesentlich detailliertere Analyse des Netzwerkpfads als Ping, da es Informationen über jeden Zwischenknoten liefert. Man kann Traceroute nicht vollständig durch Ping ersetzen, da Ping keine Informationen über die einzelnen Hops liefert. Eine Ersetzung von Traceroute durch Ping würde zu einem erheblichen Verlust an Detailtiefe bei der Netzwerkanalyse führen.