Netzwerkgrundlagen: Topologien, Protokolle und Systeme

Definitionen

Definition: Computerprozess

Ein Computerprozess ist ein laufender Prozess, der für die Ausführung bestimmter, zuvor definierter Funktionen verantwortlich ist.

Definition: Wandler (Transducer)

Ein Wandler ist ein Gerät, das für die Umwandlung der Signalart verantwortlich ist.

Kommunikation und Übertragung

Übertragung vs. Kommunikation

Die *Übertragung* ist für den Transport von Signalen zuständig, die ein telematisches Phänomen erzeugen. Die *Kommunikation* hingegen betrifft den Transport von Informationen.

Absender, Empfänger und Kanal

• Emittent (Absender): Das Kommunikationselement, das für die Bereitstellung von Informationen verantwortlich ist.
• Empfänger: Das Kommunikationselement, das die Informationen vom Emittenten erhält.
• Kanal: Das Übertragungsmedium.

Warum ist Modulation notwendig?

Modulation ist aus folgenden spezifischen Gründen notwendig:

• Einfachheit der Strahlung
• Reduzierung von Rauschen und Störungen
• Zuteilung von Frequenzen
• Technische Einschränkungen der Geräte

Netzwerkgrundlagen

Definition: LAN (Local Area Network)

Ein LAN ist eine Gruppe von Hard- und Software-Elementen, die eine Verbindung zwischen Geräten in einem privaten, noch eingeschränkten Bereich herstellt.

Was bedeutet eine hochgradig zuverlässige Übertragung?

Eine hochgradig zuverlässige Übertragung bedeutet, dass die Fehlerrate sehr niedrig ist.

Merkmale vernetzter und verteilter Systeme

• Netzwerk: Mehrere Computer sind über Datennetze verbunden, ohne ihre eigene Identität zu verlieren.
• Verteiltes System: Die Existenz mehrerer Computer im Netzwerk ist für den Benutzer völlig transparent.

Netzwerkarchitektur und Protokolle

Aufgabe eines Kommunikationsprotokolls

Die Aufgabe eines Kommunikationsprotokolls ist es, bestimmte Aspekte der Kommunikation zu regeln.

Aufgaben der Schichten in einer hierarchischen Struktur

In einer mehrschichtigen hierarchischen Struktur muss jede Schicht der unteren Ebene Dienste zur Verfügung stellen und der oberen Ebene Ergebnisse liefern.

Definition: Schnittstelle zwischen Schichten

Schnittstellen zwischen Schichten definieren die Normen für die Zusammenschaltung zwischen den Schichten. Sie umfassen die Dienste und Operationen, die eine untere Schicht einer höheren Schicht zur Verfügung stellt.

Skizze einer mehrschichtigen Netzwerk-Architektur

Schicht N _______Protokoll_________ Schicht N
Schicht N-1 ______Protokoll ________ Schicht N-1
...
Schicht 1 ________Protokoll_________ Schicht 1

Vielseitigkeit eines geschichteten Netzwerk-Designs

Die Vielseitigkeit eines geschichteten Netzwerk-Designs liegt in der Reduzierung der Design-Komplexität und der Möglichkeit, Änderungen oder technologische Neuerungen in einzelnen Schichten vorzunehmen, ohne die gesamte Architektur zu beeinträchtigen.

Definition: SAP (Service Access Point)

Ein SAP (Service Access Point) ist ein Zugangspunkt, durch den eine Schicht Zugriff auf Dienste erhält und Informationen austauschen kann. Es ist vergleichbar mit einer Adresse oder einem Eingangspunkt, der in der Regel durch Zahlen identifiziert wird.

Arten von Diensten, die von einer Schicht angeboten werden

• Art der Kommunikation:
  • Verbindungsorientiert
  • Verbindungslos
• Bestätigungsmethode:
  • Bestätigt (zuverlässig)
  • Unbestätigt (nicht zuverlässig)

Definition: Kommunikationsprotokoll

Ein Kommunikationsprotokoll ist ein gut organisiertes Regelwerk, das die Kommunikation zwischen Teilnehmern definiert und dessen Aufgabe es ist, bestimmte Aspekte dieser Regelung festzulegen.

Definition: Offenes System

Ein offenes System besteht aus einem oder mehreren Computern, die als autonome Einheit Informationen verarbeiten können. Es wird auch als ein System definiert, das die Verbindung mit anderen Systemen gemäß bestimmten Regeln ermöglicht.

Rolle der Sicherungsschicht (Link Layer)

Die Rolle der Sicherungsschicht (Link Layer) ist es, eine fehlerfreie Kommunikation zwischen Computern im selben Netzwerk zu gewährleisten. Sie organisiert die Bits in Rahmen und übergibt diese an die physikalische Schicht zur Übertragung über das Übertragungsmedium an den Empfänger.

Konzept des Framings (Rahmenbildung)

Framing (Rahmenbildung) ist die Technik, Bits von der LLC-Unterschicht (Schicht 2) zu gruppieren, sodass die Bits als zusammenhängende Muster an die physikalische Schicht zur Übertragung geliefert werden können.

Netzwerktopologien

Was ist Netzwerktopologie?

Netzwerktopologie beschreibt die Art und Weise, wie die verschiedenen Knoten oder Benutzer in einem Netzwerk miteinander verbunden sind.

Einfluss der Topologiewahl auf das Netzwerk

Die Auswahl einer Netzwerktopologie wird maßgeblich von den gewünschten Kosten und der erforderlichen Sicherheit für jeden Benutzer beeinflusst.

Grundlegende Netzwerktopologien

Die grundlegenden Netzwerktopologien sind:

• Maschen-Topologie
• Bus-Topologie
• Ring-Topologie
• Hybrid-Topologie

Vorteile der Bus-Topologie

Die Bus-Topologie bietet folgende Vorteile:

• Einfache Hinzufügung neuer Knoten.
• Benötigt weniger Verkabelung als andere Topologien.

Funktionen des zentralen Knotens in einer Stern-Topologie

Der zentrale Knoten einer Stern-Topologie bietet folgende Funktionen:

• Verteilung
• Datenverarbeitung
• Steuerung

Nachteile der Stern-Topologie

Die Stern-Topologie hat folgende Nachteile:

• Sie benötigt viel Verkabelung.
• Fällt der zentrale Knoten aus, funktioniert das gesamte Netzwerk nicht mehr.

MAU (Multiple Access Unit) in Ring-Topologien

Eine MAU (Multiple Access Unit) enthält einen internen Ring. Das Netzwerk erscheint sternförmig (aufgrund seiner Vorteile), funktioniert aber wie ein Ring. Wenn die MAU die Abschaltung eines Knotens erkennt, leitet sie den Datenverkehr um und unterbricht den Ring nicht.

Detaillierte Beschreibung der Netzwerktopologien

• Ring-Topologie: Alle Knoten sind physisch in einem Ring verbunden, wodurch eine geordnete Beziehung zwischen ihnen entsteht.
• Bus-Topologie: Die Netzwerkknoten sind in einer einzigen Linie angeordnet, wobei die Übertragung über den physischen Speicherort aller angeschlossenen Computer erfolgt.
• Stern-Topologie: Die Stationen sind über einen besonders privilegierten Knoten, den sogenannten Stern-Hub, miteinander verbunden. Dieser Hub nimmt die zentrale Position im Netzwerk ein und bildet mit den restlichen Stationen eine Sternform.