Netzwerke
Ein Netzwerk ist die physikalische und logische Verbindung von Computersystemen. Es geht also prinzipiell darum Computer miteinadner zu verbinden.
Ein Netzwerk besteht aus mindestens zwei Computern, die miteinander verbunden beziehungsweise „vernetzt“ sind. Sie sind somit in der Lage ihre Ressourcen ( Daten, Speicher, Drucker, Programme, usw. ) gemeinsam zu nutzen.
Die Datenübertragung kann grundsätzlich auf zwei Arten erfolgen. Entweder verbindungsorientiert oder verbindungslos.
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Je nach örtlichen Ausdehnung ordnet man Netzwerke in unterschiedliche Klassen ein:
Lan Netze stellen die am meist genutze Form von Netzwreken da. Die Anwendung beschränkt sich auf Gebäude oder einzelne Gelände.
Wlan Router ermöglichen ein Netzwerk aus kabellosen lokalen Netzen. Diese sind kostengünstiger und flexibeler zu realisieren als Lan Netzwerke.
Ein VPN nutzt öffentliche Netze wie das Internet zur Übertragung privater Daten. Dadurch können zum Beispiel Firmen länderübergreifend kommunizieren. Man spricht von einem Tunnel, wenn private Daten verschlüsselt in öffentlichen Netzen übertragen werden. Anderen Nutzern ist der Zugriff auf diese Dateien nicht möglich.
Datennetze innerhalb von Städten werden als MAN (Metropolitan Area Network) bezeichnet. Ein Beispiel hierfür ist ein rechnergestütztes Verkehrsleitsystem innerhalb einer Stadt.
Unter WAN werden landesweite oder länderübergreifende Netze verstanden, wie sie beispielsweise für die Mobiltelefonie zur Verfügung stehen.
Bei weltumspannenden Netzen wie dem Internet spricht man von GAN.
Der Begriff peer bedeutet im Englischen „Ebenbürtiger“. Er stellt auf eine Gleichwertigkeit von Partnern ab. Übertragen auf den IT-Bereich handelt es sich um Kommunikation zwischen gleichberechtigten Computern. Dabei kann es sich um zwei oder auch sehr viele Rechner handeln. Alle Computer können sowohl Informationen abrufen als auch beisteuern.
Peer-to-Peer-Netze kann man gut im Privatbereich nutzen, um zwei oder mehr Computer miteinander zu verbinden, dadurch lassen sich dann z. B. der Drucker oder der Internetzugang gemeinsam nutzen.
Peer-to-Peer kann auch für anonymisiertes Routing des Netzwerkverkehrs verwendet werden und dadurch auch oft zum Torrenting. Der Computer wird Teil eines virtuellen Peer-to-Peer-Netzwerks. Wenn der User nun eine Datei herunterlädt, erhält er unterschiedliche Fragmente der Datei von verschiedenen Computern im Peer-to-Peer-Netzwerk, auf denen diese Datei bereits vorhanden ist. Daher wird Peer-to-Peer häufig mit Softwarepiraterie und Urheberrechtsverletzungen in Verbindung gebracht.
Das Client-Server-Modell ist ein Architekturkonzept zur Verteilung von Diensten und Aufgaben in einem Netzwerk. Dienste werden von Servern bereitgestellt und können von Clients genutzt werden.
Typische Anwendungen sind die Abwicklung des E-Mail-Verkehrs, der Zugriff auf Internetseiten eines Browsers. Protokolle wie HTTP (Hypertext Transfer Protocol), usw. regeln den Ablauf der Kommunikation und den Informationsaustausch zwischen dem Client und dem Server.
Die meisten lokalen Netze besitzen eine Client-Server-Architektur, bei der es zwei Arten von Rechnern gibt: Es gibt die Clients und es gibt die Server. Die Clients erwarten dabei bestimmte Dienste vom Server, dabei gibt es verschieden Serverartern wir beispielsweise:
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Fileserver Server mit gemeinsam oder individuell nutzbaren Daten und gegebenenfalls auch Programmen
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Printserver Server zur Ansteuerung gemeinsamer Drucker
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Mailserver Server zur Verwaltung des E-Mail-Verkehrs
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Webserver Server mit einem durch eine Firewall geschützten Internetzugang zur Weiterleitung (Routing) der Daten an angeschlossene Clients
Neben der Datenverwaltung gehört zu den zentralen Aufgaben eines Servers die Benutzerverwaltung des Netzes. So können die Zugriffsmöglichkeiten auf Daten oder Programme für jeden Benutzer individuell freigegeben oder gesperrt und damit Datenmissbrauch verhindert werden. Ein weiterer Vorteil eines Servers ist die höhere Datensicherheit, da Datenbackups zentral durchgeführt werden können und der Server über eine USV (Unterbrechungsfreie Stromversorgung) vor einem Stromausfall geschützt werden kann.
Früher gab es einen zwingenden Zusammenhang von Software und Hardware, heute können auf einem Computer mehrere Server betrieben werden. Eine Virtualisierungssoftware zerlegt physisch vorhandene Hardware in mehrere logische Einheiten.Von außen betrachtet sieht es aus als ob mehrere Computer vorhanden sind. Sie können hierdurch komplette virtuelle Netzwerke auf einem einzelnen Rechner betreiben. Auch im Internet spielt Virtualisierung in Form von Cloud-Anwendungen eine immer wichtigere Rolle.
Topologie ist die Lehre von der Anordnung und Lage geometrischer Gebilde im Raum.
Bezogen auf die Netzwerktechnik wird unter Topologie die Art verstanden, wie Computer physikalisch miteinander verbunden sind. Heutzutage sind Netwerke meist Stern- oder Baumförmig miteinander verbunden.
Dennoch betrachten wir ein paar ältere Topologiearten, weil sie zu den Anfängen der Netzwerktechnik von großer Bedeutung waren und sich der Aufbau besser verstehen lässt.
In der Bus-Topologie sind alle Hosts über eine gemeinsame Leitung (dem "Bus") miteinander verbunden. Alle Hosts haben Zugriff auf das Übertragungsmedium und die Signale, die darüber übertragen werden.
Bus-Topologien sind einfach in der Installation, haben einen geringen Verkabelungsaufwand und geringe Kosten. Nachteile sind begrenzte Leitungslänge, schwierige fehlersuche und häufige Datenkollision (weil es nur ein Kabel gibt), sowie ein kompletter Netzausfall bei Unterbrechung des Busses.
Vorallem die beiden letztgenannten Nachteile macht die Bus-Technologie zu unsicher und hat zur Ablösung des Busses durch die Stern-Technologie geführt.
Die Ring-Topologie wurde überwiegend in großen Netzen z.B Wide Area Network (WAN) eingesetzt. Sie verbindet alle Arbeitsstationen und ein oder mehrere Server mit einem durchgehenden Kabelring miteinander. Die gesendeten Daten "wandern" dabei Ringförmig von Rechner zu Rechner und werden anhand ihrer hinterlegten Adresse vom Zielrechner erkannt. Falls der Datenfluss durch eine Störung unterbrochen wird, schaltet der Ring-Manager das System in den Bus-Betrieb und sorgt dafür, dass das System nicht komplett stillgelegt werden muss.
Die hohe Ausfallsicherheit, Vermeidung der Datenkollisionen und die uneingeschränkte Gesamtlänge sind die wesentlichen Vorteile der Ring-Topologie.
Negativ fallen der Verkabelungdsaufwand, die teuren Komponenten und Inkompatibilität der Telefon- und Rechnerdaten auf.
Anhand der aufwändigen Realisierung und der Tatsache, dass eine kollisionsfreie Datenübertragung durch den Einsatz von Switches auch im Sternnetz möglich sind, hat die Ring-Topologie mit der Zeit seine bedeutung verloren.
In der Stern-Topologie befindet sich eine Netzwerk-Komponenten, die eine physikalische Verbindung zu allen Hosts unterhält. Jeder Host ist über eine eigene Leitung mit der zentralen Netzwerk-Komponente verbunden. Es handelt sich im Regelfall um einen Hub oder einen Switch. Der Hub oder Switch übernimmt die Verteilfunktion für die Datenpakete. Dazu werden die Datenpakete entgegen genommen und an das Ziel weitergeleitet. Die Datenbelastung des zentralen Verteiler kann sehr hoch sein, da alle Daten und Verbindungen darüber laufen. Hosts können jederzeit hinzugefügt oder entfernt werden. Das hat keinen Einfluss auf den Betrieb des Netzwerks.
Ein Netzwerk mit Stern-Bus-Struktur ist ein Kombination aus Stern- und Bus-Topologie. Über eine Sternstruktur sind die Stationen mit einem Hub verbunden. Mehrere Switche sind über eine Busleitung miteinander verbunden.
Die Baum-Topologie ist eine erweiterte Stern-Topologie. Größere lokale Netze haben diese Struktur. Vor allem dann, wenn mehrere Topologien miteinander kombiniert werden. Meist bildet ein übergeordnetes Netzwerk-Element, entweder ein Router oder eine anderen Topologie, die Wurzel (hier umgekehrt dargestellt). Von dort bildet sich ein Stamm mit vielen Verästelungen und Verzweigungen.
Zu den aktiven Netzwerkkomponenten, also Bausteine mit eigener Logik, gehören Netzwerkkarten, Repeater, Hubs, Switches, Bridges und Router. Ihre Grundfunktionen sind folgende:
Die Netzwerkkarte ermöglicht die Verbindung eines Computers mit einem Netzwerk. Sie ist ein Adapter, welche in modernen Computern fest verbaut ist.
Der Mittelpunkt eines sterförmigen Netzwerkes bildet der Hub. An diesem Verteiler laufen alle Leitungen zusammen und die Signale werden verstärkt.
Um einzelne Stationen eines Netzwerkes direkt miteinander zu verbinden ohne das restliche Netzwerk zu belasten, wird ein intelligenter Hub, der sogennante Switch, zwischen geschaltet.
Mehrere Netzwerksegmente die mit unterschiedlichen Protokollen arbeiten, werden durch ein Router verbunden.
Um längere Datenleitungen zu ermöglichen, wird ein Repeater (Signalverstärker) genutzt. Dieser erhöht die maximale Reichweite von Signalen.
Hast du alles verstanden? Dann teste dich hier.
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Text: Tim Henrik Seib | Bild: Vivienne Vollmar | Quiz: Nadine Schaller