5 Grundlagen Netzwerk - Zielinski.fh-aachen.de - FH Aachen

Stephan Zielinski
Dipl.Ing Elektrotechnik
5 Grundlagen Netzwerk
5.1 Netzwerk
Netzwerktechnik Aachen, den 15.05.03
Horbacher Str. 116c
52072 Aachen
Tel.: 0241 / 174173
zielinski@fh-aachen.de
zielinski.isdrin.de
Die Verbindung einzelner, räumlich getrennter Computer zu einem Rechnerverbund mittels
entsprechender Datenübertragungsmedien, gegebenenfalls unter Einbeziehung entsprechender
Steuereinheiten und peripheren Geräten, wie z.B. einem Drucker, wird als Netzwerk bezeichnet.
Bei den sogenannten lokalen Netzen, die meist in Firmen eingesetzt werden, können so nur
einmal vorhandene Ressourcen im Soft- wie im Hardwarebereich gemeinsam genutzt werden.
Auch der Austausch jedweder Art von Informationen und Daten mit anderen Mitarbeitern des
Unternehmens, wird durch die gemeinsame Nutzung des Netzes und eines einheitlichen
Datenbestandes einfacher und zeitsparender. Ein nicht zu unterschätzender Effekt dabei ist, dass
auf diese Weise je nach Größe des Unternehmens eine erhebliche Menge an Disketten, Bänder
und so weiter eingespart werden können.
Ein Netzwerk kann, wenn es richtig installiert und eingesetzt wird, die Produktivität des
Unternehmens und die Effektivität des Handelns einzelner Mitarbeiter steigern. Dies bei
gleichzeitiger Kostensenkung aufgrund gemeinsam genutzter Ressourcen, eingesparter
Arbeitsmittel und schnellerem Austausch und Abgleich von Informationen.
Je nachdem, ob das Netz nur einer geschlossenen Teilnehmergruppe vorbehalten oder für alle
zugänglich ist, unterscheidet man geschlossene oder offene Netze.
Weitere Unterscheidungsmerkmale sind unter anderem:
• ihre Architektur
• ihre räumliche Ausdehnung
• die Art der Vernetzung und das verwendete Übertragungsmedium
• die Betriebsart
• das Zugriffsverfahren und
• das verwendete Protokoll
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5.2 Netzwerk-Abgrenzung
Netzwerktechnik Dipl.-Ing. Stephan Zielinski
Die räumliche Ausdehnung von Netzwerken ist ein wichtiges Unterscheidungskriterium. Generell
gibt es vier Varianten,
Global Area Network (GAN)
das sich über nationale Grenzen hinweg ausdehnt und zur Übertragung der Daten neben den
herkömmlichen erdgebundenen Medien auch Satellitenverbindungen und Überseekabel in
Anspruch nimmt und dessen bekanntester Vertreter das Internet ist;
Wide Area Network (WAN)
das sich innerhalb nationaler Grenzen ausdehnt und über tausende Kilometer gehen kann,
beispielsweise das Telefonnetz der Telekom usw.;
Metropolitan Area Network (MAN)
das wie der Name schon sagt, sich innerhalb der Grenzen eines Stadtbezirks bewegt und
zunehmend an Bedeutung gewinnt;
Local Area Network (LAN)
das häufig auch als Inhouse Netz bezeichnet wird und sich auf ein oder mehrere Gebäude, jedoch
maximal auf eine private Grundstücksfläche beschränkt
5.3 Benötigte Netzwerkkomponenten
Um eine Kommunikation zwischen einzelnen Komponenten zu gewährleisten, benötigen wir immer
einige Basisgeräte und Funktionen.
1) Die Netzwerkkarte
2) Das physikalische Medium, über das unser Daten von A nach B übertragen werden.
(Netzwerkverkabelung)
3) Geräte zur Datenverteilung und Datenflussteuerung
5.3.1 Die Netzwerkkarte
Die Netzwerkkarte wurde in Computergrundlagen (Kap. 1) schon besprochen.
5.3.2 Netzwerkverkabelung
Die physikalische Verbindung mehrerer PCs wird mit den verschiedensten Übertragungsmedien
durchgeführt, vom einfach verdrillten Kupfer- bis zum Glasfaserkabel finden die
unterschiedlichsten Verkabelungsarten Verwendung. Man kann sagen, es gibt so viele
verschiedene Möglichkeiten Computer zu verbinden, wie es physikalische Möglichkeiten gibt.
Dabei beschränkt sich die Wahl der Übertragungsmedien nicht nur auf greifbare Kabel, vielmehr
werden verstärkt auch körperlose Medien wie Infrarotlicht, Radiosignale und Satellitenfunk
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eingesetzt. Grundsätzlich muss man sich darüber im klaren sein, dass die Verkabelung eine
entscheidende Rolle spielt, was die Leistungs- und Erweiterungsmöglichkeiten des
einzurichtenden Netzes betrifft. Auch unter Kosten- Nutzengesichtspunkten ist die Wahl des
Übertragungsmediums nicht unerheblich für die späteren Gesamtkosten des Netzes.
In der Praxis ist es so, dass man hinsichtlich der Wahl des zu verwendenden
Übertragungsmediums nicht frei ist, vielmehr wird es in hohem Maße vom eingesetzten
Netzwerktyp bestimmt. Grundsätzlich unterscheidet man alle in Frage kommenden
Übertragungsmedien nach folgenden Kriterien:
• Übertragungsgeschwindigkeit, angegeben in Bit/s,
• Abschirmung, die Qualität der Abschirmung ist maßgeblich für die Anfälligkeit des Kabels
auf äußere Störsignale, wie sie z.B. durch elektrische Apparaturen oder Röntgengeräte
hervorgerufen werden,
• Dämpfung, unter ihr ist die Abschwächung der Signalstärke im Kabel zu verstehen, sie ist
mithin das Maß für die maximale Kabellänge und sollte so gering wie möglich sein. Die
Maßeinheit ist db/km,
Kosten, gerade bei großen stockwerk- oder sogar gebäudeübergreifenden Netzwerken, bei denen
oft mehrere hundert Kilometer Kabel gelegt werden, ist der Preis des Kabels pro Meter ein nicht zu
unterschätzender Kostenfaktor. Ein Maß für den Preis/m ist dabei die Güte des verwendeten
Kabels hinsichtlich seiner physikalischen Eigenschaften.
Wichtige heute verwendete Übertragungsmedien bzw. Kabelarten sind:
• Twisted Pair Kabel
• Koaxialkabel
• IBM-Token-Ring-Kabel
• Glasfaserkabel
• Richtfunk
• WLAN
Weiter Informationen zu Netzwerkverkabelung folgen.
5.3.3 Geräte zur Datenflusssteuerung
Ein Netzwerk kann man gut mit dem Straßenverkehr vergleichen. Im Straßenverkehr bewegen
sich Menschen mit Autos von einer Stadt zur anderen. In einem Datennetz geschieht dies mit
Daten, die von einem PC zu einem anderen PC übertragen werden.
Je größer der Verkehr oder das Verkehrsnetz wird, um so mehr Verkehrsregeln und
Verkehrssteuerungen, wie zum Beispiel Ampeln, müssen eingesetzt werden. Bei einem Datennetz
ist es ähnlich, hier werden zur Ermöglichung und Steuerung des Datenfußes folgende Geräte
verwendet:: Leitungen, Repeater, Hubs, Bridges, Switche, Router.
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5.4 Netzwerk Bandbreite /Durchsatz
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5.4.1 Durchsatz
Nehmen wir einmal an, dass Sie gerade ein brandneues Kabelmodem installiert haben, Ihr Laden
um die Ecke eine ISDN-Leitung bekommen hat oder Ihre Schule mit einem 10-Megabit-Ethernet
LAN ausgerüstet wurde. Es dauert aber eine halbe Ewigkeit, um den Film, den Sie sich ansehen
bzw. die Web-Seite oder die Software, die Sie herunterladen möchten, zu empfangen. Und Sie
haben geglaubt, dass Sie die in der Werbung versprochene Bandbreite auch wirklich nutzen
können? Wir müssen dazu einen anderen wichtigen Begriff einführen, den Sie hätten beachten
sollen, den Durchsatz.
Durchsatz bezeichnet normalerweise die tatsächlich gemessene Bandbreite, mit der Sie eine
bestimmte Datei über bestimmte Internetverbindungen zu einer festgesetzten Tageszeit
herunterladen können. Aufgrund verschiedener Ursachen liegt der Durchsatz in vielen Fällen
jedoch unter der maximal möglichen digitalen Bandbreite des eingesetzten Mediums. Zu den
Faktoren, die sich auf den Durchsatz und die Bandbreite auswirken, gehören:
• Netzkopplungselemente
• Typ der übertragenen Daten
• Topologie
• Anzahl der Benutzer
• Der Computer des jeweiligen Benutzers
• Server
• Unterbrechung der Energieversorgung
• Andere Gründe
Beim Einrichten eines Netzwerks sollten Sie die theoretisch mögliche Bandbreite beachten. Die
Geschwindigkeit Ihres Netzwerks wird nie höher sein, als die eingesetzten Medien es zulassen.
Wenn Sie mit einem Netzwerk arbeiten, sollten Sie den Durchsatz ermitteln und entscheiden, ob
dieser Durchsatz für die Benutzer ausreichend ist.
Zu einer der wichtigsten Entscheidungen beim Einrichten eines Netzwerks gehört die, welches
Medium verwendet werden soll. Daraus ergibt sich oft die Frage, welche Bandbreiten für die
Anwendungen erforderlich sind, mit denen die Benutzer arbeiten. In der Grafik sehen Sie eine
einfache Formel, die Ihnen bei dieser Entscheidung hilft. Die Formel lautet "Geschätzte Zeit =
Dateigröße / Bandbreite". Das Ergebnis ist dann die theoretisch kürzestmögliche Zeit für die
Übertragung der Datei. Die früher diskutierten Faktoren, die sich auf die Bandbreite auswirken
können, sind hierbei nicht berücksichtigt. Sie erhalten jedoch eine grobe Vorstellung, wie lange es
dauert, Daten mit einem bestimmten Medium zu übertragen.
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Nachdem Sie sich nun mit den Maßeinheiten für Information und Maßeinheiten für digitale
Bandbreite befasst haben, können Sie versuchen, folgendes Problem zu lösen:
5.4.2 Bandbreite
Warum spielt die Bandbreite eine wichtige Rolle?
1. Zunächst handelt es sich hierbei um eine begrenzte Größe. Unabhängig von dem
eingesetzten Medium ist die Bandbreite, bedingt durch die Naturgesetze, beschränkt.
Beispielsweise ist die Bandbreite bzw. der Durchsatz eines konventionellen Modems
aufgrund der physikalischen Eigenschaften der für Telefonleitungen in Wohnhäusern
verwendeten verdrillten Paarkabel auf 56 Kbit/s beschränkt. Die Bandbreite des
elektromagnetischen Spektrums ist begrenzt, da es nur eine beschränkte Anzahl von
Radio- und Mikrowellenfrequenzen und Frequenzen im infraroten Bereich gibt. Aus diesem
Grund wacht in Deutschland eine eigens dafür eingerichtete Behörde, die
Regulierungsbehörde für Post und Telekommunikation, über die Vergabe von Frequenzen.
Glasfasern bieten fast unbegrenzte Bandbreiten. Derzeit werden immer noch neue
Technologien entwickelt und implementiert, mit denen das Bandbreitenpotential von
Glasfaserverbindungen für Netzwerke voll ausgeschöpft werden kann.
2. Wenn Sie die Bedeutung von Bandbreite verstehen und sich mit ihren physikalischen
Grenzen vertraut machen, können Sie sehr viel Geld sparen. Die Kosten, die die
verschiedenen Internet-Provider für ihre Dienste berechnen, hängen teilweise davon ab,
welche durchschnittliche und welche Spitzenbandbreite Sie benötigen. Von diesem
Standpunkt aus betrachtet bezahlen Sie für die Bandbreite.
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3. Als Netzwerkspezialist müssen Sie sich mit Bandbreite und Durchsatz auskennen. Sie sind
für die Analyse der Netzwerkleistung wesentlich. Auch beim Einrichten eines komplett
neuen Netzwerks spielt die Bandbreite eine sehr wichtige Rolle.
4. Sie müssen im Zusammenhang mit der "Datenautobahn" zwei wesentliche Punkte
beachten: 1. Alle Arten von Daten können als eine lange Folge von Bits gespeichert
werden. 2. Dieses Verfahren ist zwar praktisch, aber keinesfalls revolutionär. Die Tatsache,
dass wir Billionen von Bits in einer Sekunde verfügbar machen können, bedeutet, dass es
nicht mehr lange dauern wird, bis ein Computer irgendwo auf dieser Welt oder im Weltall
mit einem anderen Computer in nur ein paar Sekunden oder kürzer kommunizieren kann.
5. Die Ansprüche an die Bandbreite, die ein Benutzer oder ein Unternehmen bzw. eine
Einrichtung an ein Netzwerk stellt, werden im Laufe der Zeit steigen. Neue Multimedia-
Software benötigt eine höhere Bandbreite als die Anwendungen, mit denen Mitte der
neunziger Jahre gearbeitet wurde. Findige Programmierer und Benutzer entwickeln ständig
neue Anwendungen für immer komplexere Aufgaben, die wiederum immer höhere
Bandbreiten erforderlich machen.
5.5 Netzwerksymbole
Ethernet Serialeleitung Tokenring FDDI
Repeater Hubs Bridges
Switch Router
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