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| Dieses Themenblatt erklärt was Netzwerke sind, wie sie funktionieren und in welchen Topologien sie betrieben werden. Ebenfalls werden die gängigsten Netzwerkprotokolle erläutert. |
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Der Begriff "Netzwerk" bezeichnet im Allgemeinen eine Gruppe von untereinander verbundenen Objekten oder Personen. Es ermöglicht Elemente zwischen den Mitgliedern des Netzwerks gemäß genau festgelegter Regeln (Protokollen) auszutauschen.
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In der Informatik bezeichnet Netzwerk eine Gruppe von untereinander mittels physikalischer Leitungen (Kabel, Lichtwellenleiter etc.) oder Hertzschen Wellen zum Zweck des Austauschs numerischer Daten verbundenen Geräten.
Wenn die Verbindung eine physikalische Verbindung ist (Kabel, Lichtwellenleiter etc.), so spricht man von einem Festnetz. Wenn die Verbindung über Hertzsche Wellen erfolgt, so spricht man von einem drahtlosen Netz.
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die gemeinsame Nutzung von Daten und Anwendungen |
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die gemeinsame Nutzung von Peripheriegeräten (Drucker, Brenner etc.) |
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die Kommunikation zwischen verschiedenen Personen (Nachrichtenübertragung, Online-Diskussionen etc.) |
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die Arbeit in einer gemeinsamen Datenbank |
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eine Kostensenkung durch die gemeinsame Nutzung von Daten und Ressourcen |
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die Standardisierung der Anwendungen |
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die Erleichterung des Datenzugriffs |
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Anzahl der Elemente, aus denen das Netzwerk besteht |
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Geografische Verteilung |
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Verwendete Datenübertragungstechnik (das Protokoll) |
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(Die Datenübertragungstechnologie (Protokolle) werden in Kapitel 5 im Detail behandelt.).
Im Allgemeinen lassen sich Netzwerke in drei Kategorien einteilen:
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Anzahl der Elemente, aus denen das Netzwerk besteht: Geräte einer einzigen Gesellschaft. |
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Geographische Verteilung: Die zusammengeschlossenen Geräte sind über einen beschränkten geographischen Perimeter verteilt. |
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Verwendete Datenübertragungstechnik : Ethernet, Token Ring, FDDI, usw. |
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Anzahl der Elemente, aus denen das Netzwerk besteht: Zusammenschluss mehrerer LANs |
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Geographische Verteilung: geographisch naheliegende LANs
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Verwendete Datenübertragungstechnik : FDDI, ATM, SDH, etc... |
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Anzahl der Elemente, aus denen das Netzwerk besteht : ein WAN verbindet mehrere LANs oder MANs. |
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Geographische Verteilung : sehr groß. Internet ist ein WAN |
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Verwendete Datenübertragungstechnik : SDH, SONET, WDM, usw...
(Diese Technologien werden in Kapitel 5 erläutert). |
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| Das Aufkommen neuer Übertragungstechniken und die Notwendigkeit, verschiedene Rechenzentren miteinander zu verbinden, haben zur Errichtung von MANs geführt, die dieselben Verbindungstechniken wie die LANs nutzen. Diese Netzwerke werden als CAN (Campus Area Network) - Campus-Netze bezeichnet. MANs oder WANs werden häufig auch als "Backbone" (Rückgrat) bezeichnet. |
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Die Topologie oder physikalische Architektur eines Netzwerks legt die physikalische Anordnung der Netzknoten fest, die das Netzwerk bilden.
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| Heutzutage weisen die meisten Netzwerke eine Sterntopologie auf. |
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Ein Protokoll legt die Datenübertragungstechnik in einem Netzwerk fest.
5.1.1 Ethernet
Prinzip
Alle Geräte nutzen ein und dasselbe Kommunikationsmedium und sind berechtigt, jederzeit und ohne Zuweisung von Prioritäten zu den Geräten Daten über das Netzwerk zu senden. Bei einer Kollision zwischen den von verschiedenen Geräten gesendeten Daten müssen alle Geräte die Daten erneut senden.
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Die Datenübertragung muss zwei Prinzipien befolgen:
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Die Daten müssen erforderlichenfalls in Pakete unterteilt werden. Diese Pakete haben eine minimale Größe von 64 Bytes und eine maximale Größe von 1518 Bytes. |
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Zwischen zwei Übertragungen muss eine vorgegebene Wartezeit eingehalten werden. |
Ethernet ist ein äußerst flexibles Protokoll, das verschiedenste Übertragungsgeschwindigkeiten ermöglicht:
> 10 Mbps (Megabit pro Sekunde)
> 100 Mbps, wird als „Fast Ethernet“ bezeichnet
> 1000 Mbps (1Gbps), wird als „Gigabit Ethernet“ bezeichnet
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Überprüfungs- und Korrekturmechanismen
Ethernet verfügt nur über einen Überprüfungsmechanismus: CSMA/CD "Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect" - Ein Mehrfachzugriffsprotokoll mit Überwachung des Netzwerks und Kollisionserkennung. Dieses Protokoll ist jedoch nicht perfekt, da abhängig von der Übertragungsgeschwindigkeit und/oder vom verwendeten Kabeltyp eine maximale Verkabelungslänge berücksichtigt werden muss.
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Physikalische Topologien
Ursprünglich war Ethernet aufgeteilt, d.h. es befand sich in einer Bustopologie, was zur Folge hatte, dass alle Nachrichten von allen angeschlossenen Geräten gehört werden konnten und die Bandbreite von allen Geräten genutzt wurde. Seit den 90er Jahren wurde diese Technik weiterentwickelt zum geschalteten Ethernet. Dieses ermöglicht eine Isolation der Datenübertragung, so dass jedem Gerät eine eigene Bandbreite zugewiesen werden kann.
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5.1.2 Token-Ring Prinzip
Das Token-Ring-Protokoll ist eine Zugangstechnologie, die auf dem Prinzip einer Modelleisenbahn beruht. Damit ein Bahnhof (hier ein Computer, Server, Drucker etc.) Daten über das Netz senden kann, muss ein unbeladener "Waggon" im Bahnhof halten. Dieser Waggon wird als "Token" bezeichnet. Wenn ein Gerät über den Token verfügt (sich der Waggon im Bahnhof befindet), kann es für einen gewissen Zeitraum Daten übertragen. Nach Ablauf dieser Zeit wird der Token an das nächste Gerät weitergereicht. Die Übertragungsgeschwindigkeit des Token-Ring-Protokolls beträgt 4 Mbps (Megabit pro Sekunde), lässt sich jedoch auf 16 Mbps steigern (upgraden).
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Überprüfungs- und Korrekturmechanismen
Token-Ring verfügt aufgrund seines speziellen Prinzips (Verwendung des Tokens) über keine Überprüfungs- oder Korrekturmechanismen.
physikalische Topologien
Das Token-Ring-Protokoll dient ausschließlich der Nutzung in einer Ringtopologie. Für die Simulation des Rings ist ein spezielles Gerät, das MAU (Multi-station Access Unit), erforderlich. Das MAU ist also auch für die Übergabe des Tokens von einem Gerät im Netzwerk zum nächsten verantwortlich.
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5.2.1 FDDI - Fiber Distributed Data Interface
Prinzip
Dieses Protokoll ist, wie der Name schon sagt, für eine Nutzung mit Lichtwellenleitern vorgesehen. Das Funktionsprinzip ist mit dem des Token-Ring-Protokolls identisch, aber die Übertragungsgeschwindigkeiten liegen wesentlich höher: 100 Mbps.
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Überprüfungs- und Korrekturmechanismen
FDDI verfügt über einen Mechanismus zur Erkennung und Korrektur von Fehlern. Der Token wird mit sehr hoher Geschwindigkeit zwischen den Geräten weitergereicht, und wenn er nicht innerhalb eines bestimmten Zeitraums am Ziel ankommt, nimmt das System einen Netzwerkfehler an.
Netzwerktopologien
FDDI ist wie Token-Ring für eine Ringtopologie konzipiert. Die Besonderheit von FDDI ist, dass das Netzwerk aus einem Ringpaar besteht, wobei der zweite Ring die Fehlerkorrektur übernimmt.
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5.2.2 ATM - Asynchronous Transfer Mode
Prinzip
ATM ist, wie der Name schon sagt, ein asynchroner Übertragungsmodus. Es handelt sich hierbei um eine ziemlich komplexe Technologie, die im Gegensatz zu anderen Technologien auf der Grundlage eines Leitungs- und Bandbreiten-Reservierungsmechanismus eine simultane Übertragung jeglicher Datenverkehrstypen ermöglicht. Die Daten müssen in Pakete mit einer festen Größe (53 Byte) unterteilt werden.
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Überprüfungs- und Korrekturmechanismen
Die Überprüfungs- und Korrekturmechanismen des ATM-Protokolls sind ziemlich kompliziert, und ihre Beschreibung würde den Rahmen dieser Erläuterungen sprengen.
Netzwerktopologien
ATM ist für Sterntopologien konzipiert.
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5.2.3 Sonstige
Prinzip
Für die Netzwerke des Typs MAN und/oder WAN gibt es eine Vielzahl anderer Protokolle, die im Allgemeinen auf sehr komplexen Technologien beruhen, deren Implementierung äußerst kostspielig ist.
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