Umfassende Klassifizierung von Computernetzwerken und Protokollen

Netzwerk-Klassifizierung: Grundlagen und Komponenten

Definition und Kernelemente

Ein Computernetzwerk dient dem Austausch von Informationen und Ressourcen.

Knoten (Node)

Ein Knoten ist ein Schnittpunkt oder die Vereinigung mehrerer Elemente an derselben Stelle. In einem Netzwerk gilt jeder Computer als Knoten.

Verbindungen (Links)

Die Mittel zur Kommunikation zwischen zwei Punkten. Sie übertragen ein digitales Signal mit einer festgelegten nominalen Bitrate.

Zielsetzung von Netzwerken

Das Hauptziel ist der Austausch von Informationen und Ressourcen, insbesondere die gemeinsame Nutzung von Ressourcen. Ein weiteres Ziel ist es, alle Daten und Computerprogramme für jeden Benutzer im Netzwerk auf Anfrage zugänglich zu machen, unabhängig vom Standort der Ressource und des Benutzers. Das bedeutet, dass ein Benutzer, der 1000 km von den Daten entfernt ist, diese nutzen können sollte, als ob sie lokal verfügbar wären.

Klassifizierung nach geografischer Ausdehnung

LAN (Local Area Network)

Die Ausdehnung ist auf ein Gebäude oder einen begrenzten Bereich beschränkt. Es ist die häufigste Form und wird in fast allen Büros und Einrichtungen eingesetzt.

MAN (Metropolitan Area Network)

Erstreckt sich über eine Stadt oder einen größeren städtischen Bereich und verbindet mehrere lokale Netzwerke.

WAN (Wide Area Network)

Leistungsstarke Netzwerke, die Computer in verschiedenen Städten, Ländern oder Kontinenten verbinden. Sie dienen dazu, die LANs eines Unternehmens weltweit zu vernetzen.

Netzwerktopologien

Ring-Topologie

Ein geschlossenes Netzwerk, bei dem die Computer ähnlich wie beim Bus angeordnet sind, jedoch in einem Ring umschlossen, sodass das Kabel kein Ende hat. Informationen werden in einer Richtung durch den Ring gesendet. Jeder Computer prüft, ob er der Empfänger ist; wenn nicht, leitet er die Information an das nächste Gerät weiter, bis sie den Empfänger erreicht.

Bus-Topologie

Teilt sich einen Übertragungskanal, ähnlich einem Bus. Ein einziges Kabel verbindet nacheinander alle Netzwerk-Computer. Die Enden des Busses sind mit einem Terminator abgeschlossen. Die Kabelanschlüsse für die Computer werden oft als BNC bezeichnet.

Stern-Topologie

Alle Computer sind mit einem zentralen Gerät verbunden, das für die Übermittlung der Informationen zuständig ist. Dieses Gerät ist in der Regel ein Switch.

Komponenten eines Netzwerks

Technische Spezifikationen und Standards

Zu den technischen Daten gehören physische Elemente, Abstand, Geschwindigkeit und Protokolle.

Wichtige IEEE-Standards:

• 802.3: Ethernet
• 802.11: WLAN (WiFi)
• 802.5: Token Ring (IBM)
• 802.6: MAN
• 802.15: Bluetooth
• 802.16: WiMax

Übertragungsmedien

Geführte Medien (Kabelgebunden)

• Twisted-Pair-Kabel (UTP und STP): Besteht aus verdrillten Kupferdrähten, um stabile Übertragungseigenschaften zu gewährleisten und elektromagnetische Interferenzen zu vermeiden.
• Koaxialkabel: Verfügt über einen massiven Kupferkern, der von einem Isolator umschlossen ist. Darüber liegt ein Geflecht, das als Abschirmung zum Schutz der übertragenen Daten dient.
• Glasfaserkabel (LWL): Besteht aus Glasfasern, wobei jeder Faden extrem dünn ist. Daten werden durch Lichtimpulse übertragen.

Ungesteuerte Medien (Drahtlos)

• WLAN (WiFi): Ein System zur Datenübertragung über Computernetzwerke mittels Funkwellen.
• Bluetooth: Ein weltweiter Standard für die drahtlose Kommunikation über eine Funkverbindung.
• Infrarot (IR): Ein Übertragungssystem, das auf Lichtstrahlen basiert, die sich im infraroten Spektralbereich bewegen.
• Mikrowelle: Die Informationen reisen durch die Luft, ähnlich der Funktechnologie.

Hardware zur Netzwerkverbindung

• Netzwerkadapter
• Hub, Switch
• Router
• Modem

Definitionen der Interkonnektions-Hardware

Hub

Das Gerät, das die Verkabelung eines Sternnetzwerks zentralisiert und dessen zentraler Knoten ist.

Switch

Hat die gleiche Funktion wie ein Hub, arbeitet jedoch effizienter, da er Daten gezielt weiterleitet.

Router

Ein Software- oder Hardware-Gerät, das Verbundnetze und Netzwerksegmente miteinander verbindet. Es verbindet ganze Netzwerke.

Modem

Ein Gerät, das es entfernten Computern ermöglicht, Daten über Telefonleitungen zu senden und zu empfangen.

Netzwerkprotokolle

Definition von Protokollen

Protokolle sind Kommunikationsregeln, die festlegen, wie Daten im Netzwerk ausgetauscht werden.

Arten von Protokollen

• Kommunikationsprotokolle: Regeln, die die Kommunikation zwischen Computern mit unterschiedlichen „Sprachen“ ermöglichen (z. B. CSMA/CD, TCP/IP).
• Anwendungsprotokolle: Legen fest, wie ein Client und ein Server miteinander interagieren (z. B. HTTP, FTP, SMTP).

Das TCP/IP-Protokoll

Funktionen von TCP (Transmission Control Protocol)

TCP stellt eine verlässliche Verbindung her, über die ein Datenstrom gesendet werden kann.

Funktionen von IP (Internet Protocol)

Die IP-Adresse (öffentlich und privat) ist die eindeutige Kennung im Netz. Sie dient als Hinweis auf den Standort.

IP-Adressklassen und Netzmaske

Es gibt die Klassen A, B und C. Diese unterscheiden sich im Bereich der möglichen Netzwerke und der Anzahl der Hosts pro Netzwerk, was durch die Netzmaske definiert wird.

Routing- und Hilfsprotokolle

• Routing-Tabellen: Der Knoten entscheidet anhand dieser Tabellen, wohin die Informationen weitergeleitet werden sollen.
• NAT-Protokoll (Network Address Translation): Ermöglicht die Zuordnung einer privaten IP-Adresse zu einer öffentlichen IP-Adresse.
• DNS und DHCP: Ermöglichen es Knoten in einem Netzwerk, ihre IP-Einstellungen automatisch zu erhalten.
• Gateways und Proxy-Server: Ein Proxy-Server führt eine Aktion im Namen eines anderen aus. Der häufigste Zweck ist die Bereitstellung des Internetzugangs für alle Computer in einem Unternehmen, selbst wenn nur ein Computer (eine einzige IP-Adresse) angeschlossen ist.