Computervermittelte Kommunikation

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Kapitel 4: Kommunikations-Netzwerke

von Margarete Payer

mailto: payer@hdm-stuttgart.de

Zitierweise / cite as:

Payer, Margarete <1942 -- >: Computervermittelte Kommunikation. -- Kapitel 4: Kommunikations-Netzwerke. -- Fassung vom 2001-10-08. -- URL: http://www.payer.de/cmc/cmcs04.htm. -- [Stichwort].

Erstmals veröffentlicht: 1995

Überarbeitungen: 1997-06-23; 5. 5. 1999-05-05 [Revision und Erweiterung]; 1999-06-09 [Kleine Änderungen], 2001-04-19 [Revision]; 2003-10-08 [Kleine Änderungen]

Anlass: Lehrveranstaltungen an der HDM (früher: HBI) Stuttgart

©opyright: Dieser Text steht der Allgemeinheit zur Verfügung. Eine Verwertung in Publikationen, die über übliche Zitate hinausgeht, bedarf der ausdrücklichen Genehmigung der Verfasserin.

Dieser Text ist Teil der Abteilung Computervermittelte Kommunikation von Tüpfli's Global Village Library.

Zur Inhaltsübersicht von Margarete Payer: Computervermittelte Kommunikation.

4.0. Übersicht

4.1. Definition und Zweck von Computer-Netzwerken

Ein Computer-Netzwerk ist ein Daten-Kommunikationssystem, das zwei oder mehr Computer und Peripheriegeräte verbindet.

Grundlegende Zwecke von Computer-Netzwerken sind:

4.2. Arten von Netzwerken

Beispiele für Netze:

Klassifikationsdimensionen:

4.3. Spezifikationen für Datennetze

Nach folgenden technischen und betriebliche Kriterien kann man Datennetze unterscheiden:

4.4. Local Area Networks (LAN) -- Lokale Netzwerke

Netzwerkbetriebssystem (Network operating system):

Die Begriffe Workgroup-Computing und Groupware wurden ursprünglich für proprietäre Protokolle, Programme und Technologien zur Unterstützung der Zusammenarbeit kleiner Arbeitsgruppen verwendet. (Im Laufe der Zeit wurden diese Begriffe allerdings immer verwaschener.) Es geht dabei im Prinzip darum, Information gemeinsam zu nutzen, zu erarbeiten und zu bearbeiten, gleichzeitig oder ungleichzeitig (Vgl. Workflow-Systeme, die diese gemeinsamen Arbeiten in eine bestimmte organisatorische Reihenfolge bringen). Solche Systeme sind in erster Linie für geschlossene Benutzergruppen geeignet; ihr Vorteil liegt in der Möglichkeit, offline mit logisch gemeinsamen Informationen zu arbeiten (vgl. Lotus Notes, MS-Exchange).

Vernetzte Peripheriegeräte:

Peripheriegeräte (z.B. Drucker) mit speziellen Prozessoren, die Serversoftware betreiben können. Solche Geräte müssen nicht mehr an einem Rechner angeschlossen sein

Netzwerkkarte (LAN-Adapter) (LAN controller):

Interface zwischen Netzwerk und Peripheriegerät. Es gibt

Abbildung einer Netzwerkkarte:

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Abb.: Ethernetkarte

Kabelsystem bzw. Kabellose Verbindungen

Wireless LANs (WLANs) nutzen kabellose Verbindungen (Infrarot, Funk, Laser).

WWW-Ressourcen zu WLANs:

Anforderungen an ein LAN:

Weiterführende Ressourcen zu LANs:

FAQ:

Ressourcen in Printform:

4.4.1. Virtuelle LANs (VLANs)

Mittels neuerer LAN-Switches lassen sich Netzwerke in logisch zusammengehörige Nutzergruppen aufteilen, sogenannte virtuelle Workgroups. Die daraus entstehende logische Struktur ist eine Vielzahl virtueller LANs (VLAN). VLANs sind also nicht mehr durch die Hardware-Verkabelung definiert, sondern durch Zusammenschaltungen inhaltlich zusammengehöriger Einheiten über Hochleistungs-Switches.

Komponenten von VLANs sind:

4.5. Internetworking -- Verbindung von Netzwerken

Die Verteilungs-Methode (broadcasting), bei der jedes Datenpaket unabhängig von der Bestimmungsadresse durch das ganze Netz geschickt wird, ist eine ineffiziente Ausnützung der Ressourcen. Deshalb verwendet man beim Zusammenschluss von LANs möglichst andere, gezielte Datenleitungsstrukturen.

Vorteile von Internetworking

"Grundsätzlich kann der Einsatz von Netzkoppelkomponenten eine Reihe von Vorteilen bieten.

  • Die Bildung von Subnetzen und Netzhierarchien oder auch redundanter und dadurch fehlertoleranter Netzstrukturen kann zu einer übersichtlichen Strukturierung des Netzes führen.
  • Fehler wirken sich im allgemeinen nur in den Teil- oder Subnetzen und nicht global aus und können somit besser lokalisiert werden.
  • Die Überwindung netzspezifischer Beschränkungen (geographische Ausdehnung, maximale Anzahl von Netzanschlüssen, Kopplung unterschiedlich schneller Netze auf eventuell verschiedenen Medien etc.) ist wohl das stärkste technische Argument.
  • Die leider oftmals vorhandenen unterschiedlichen Netze erfahren eine Homogenisierung auf den Schichten 2 und 3 (Verbund heterogener Netze).
  • Eine Erhöhung der Übertragungskapazität des Gesamtsystems oder auch gezielte Beseitigung von Engpass-Situationen sind möglich.
  • Das wichtigste technische Argument ist die globale Bereitstellung von Netzdiensten, Daten, Ressourcen und Kommunikationsmöglichkeiten,
  • das wichtigste wirtschaftliche [Argument] sind gegebenenfalls Einsparungen an Hard- und Software durch Reduzierung der Anzahl von Spezialressourcen und organisatorische Vorteile wie Reduzierung und Zentralisierung von Betreuungspunkten, vereinfachte Wartung, Zwang zur Vereinheitlichung der DV-Ausstattung etc."

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Nachteile von Internetworking

"Leider bergen diese Vorzüge auch gleichzeitig die größten Gefahren.

  • Bei der Bildung von Netzwerkhierarchien ist man vom technischen Fortschritt extrem abhängig. Viele der Unternehmen, die z.B. zwischen 1991 und 1994 FDDI-Netze als Backbone für kleinere LANs wie Ethernet geplant und aufgebaut haben, ärgern sich schwarz, weil sie in vielen Fällen, nämlich überall dort, wo keine nennenswerten Entfernungen überbrückt werden mussten, die gleiche Strukturierung ab 1993 auch mit einem unternehmensweiten Hub erzielt hätten. FDDI ist durch die technischen Entwicklungen von der Klassifizierung als Backbone-Netz in die Klasse der Endsystem-LANs gerutscht.
  • Wird die Strukturierung schlecht oder mit falschen Komponenten durchgeführt, so droht ein heftiger Irrgarten, der mehr Verwirrung schafft als Struktur hereinbringt.
  • Die Koppelelemente selbst bilden eine neue Menagerie für Fehler.
  • Dabei sind auch schwere, verteilte Fehler, die bei perfekt funktionierenden Geräten und leicht falscher Programmierung vorkommen können.
  • Wenn man nicht aufpasst, sind Änderungen im Netz schwierig vorzunehmen.
  • Leider sind, ebenfalls durch die Entwicklung bedingt, in den Unternehmen bereits unterschiedliche Generationen von Koppelelemente installiert, die oft nicht zusammenarbeiten mögen.
Netzspezifische Grenzen und Leistungsengpässe können nur dann überwunden werden, wenn
  1. die Organisation stimmt und
  2. die Leistung der Koppelelemente groß genug ist.

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Die Verbindung von Netzwerken ist in verschiedenen Schichten des OSI-Referenzmodells möglich. Je nach Schicht benötigt man unterschiedliche Zwischensysteme. Zwischensysteme, die die Verbindung von Netzwerken auf einer höheren Schicht herstellen, benutzen alle darunter liegenden Schichten.

Arten von Zwischensystemen:

Verbindung auf:

  1. Schicht 1: Physical Layer -- Bitübertragungsschicht: Repeater: Ein Repeater ist nur ein Signalverstärker. Er erlaubt, die Reichweite eines Netzwerkes zu vergrößern, ändert aber die Netzwerk-Struktur nicht. Konzentratoren fungieren auch als Repeater.
  2. Schicht 2.1: Media Access Control (MAC) -- Mediumzugriffssteuerung: Bridge: Eine Bridge verbindet Netzwerke auf der Ebene der Media Access Control (MAC) -- Mediumzugriffssteuerung (Schicht 2.1). Mittels einer Bridge kann man LANs segmentieren: Statt dass ein Datenpaket durch das ganze Netzwerk geht, prüft die Bridge die Adresse und leitet ein Datenpaket nur in ein anderes Netzwerksegment, wenn die Bestimmungsadresse im anderen Segment liegt. Sonst kursiert das Datensegment nur im Segment des Senders (der Empfänger muss dann ja auch in diesem Segment liegen). Eine Bridge wirkt also vom Netzwerk-Segment des Empfängers her gesehen wie ein Filter. Mehrere Bridges können in verschiedenen Topologien miteinander verbunden werden. Es gibt Bridges für Ethernet, für Token Ring, FDDI und Translation Bridges, die Ethernet und Token Ring Netzwerke miteinander verbinden können sowie mit den Problemen der TCP/IP Adressierung fertig werden.
  3. Schicht 3: Network Layer -- Vermittlungsschicht: Router : Ein Router verbindet Netzwerke auf der Ebene der Schicht 3: Network Layer -- Vermittlungsschicht. Router teilen Netzwerke in Regionen auf. Jede Region erhält eine einmalige Netzwerknummer (vergleichbar der Telefonvorwahlnummer oder der Postleitzahl). Router leiten die Datenpakete gezielt aufgrund dieser Netzwerknummern weiter. Die Netzwerknummer ist Bestandteil des Vermittlungsschicht-Kopffeldes des Datenpaketes. Die meisten Router können Datenpakete für verschiedene Protokolle weiterleiten. Sie tun dies durch Einkapselung (encapsulation, tunneling) des einen Protokollpakets in einen anderen Protokoll"umschlag". Die Netzwerknummern werden u.a. von Name Servers verwaltet. Auf der Vermittlungsschicht (Network Layer) verwenden LANs unterschiedliche Protokolle (TCP/IP; AppleTalk; Novell NetWare), deshalb verwendet man seit 1986 Multiprotokoll-Router.
  4. Schichten 5 -7: Session, Presentation, Application Layer -- Kommunikationssteuerungs-, Datendarstellungs-, Anwendungsschicht: Gateway : Ein Gateway ist ein Protokollumwandler: es übersetzt Protokolle zwischen völlig unterschiedlichen Netzwerken (z.B. CompuServe -- Internet).

Die konventionelle Brücken- und Routertechnologie ist nicht mehr zeitgemäß, sie wird allmählich durch virtuelle Netze (s. unten 4.5.1.)auf der Grundlage von ATM (Asynchronous Transfer Mode) abgelöst.

Ein Gerät, das gleichzeitig als schnelle Bridge für viele Segmente dient und bei Bedarf die Funktionen eines Multiprotokoll-Routers übernehmen kann, nennt man Hub bzw. Wiring Hub. Der Vorteil eines Hub gegenüber einem Multiprotokoll-Router liegt darin, dass ein Multiprotokoll-Router bei der Verbindung gleichartiger Netzwerke verlangsamend wirkt, da er die zeitaufwendigen -- aber dann unnötigen -- Protokoll- und Formatumwandlungen vornimmt; ein Hub reagiert bei der Verbindung zweier gleichartiger Netzwerke dagegen wie eine schnelle Bridge. Unternehmensweite Hubs sind meist modular aufgebaut, d.h. in ein gemeinsames Gehäuse können je nach Bedarf einzelne Module gesteckt werden oder wie bei einer Stereoanlage können einzelne Module aufeinandergeschichtet werden..

Bei Hubs unterscheidet man:

Hubs sind also zur Hierarchiebildung geeignet und erlauben damit eine strukturierte Verkabelung.

 

cmc0410.gif (14536 Byte)

Abbildung: strukturierte hierarchische Verkabelung mittels Hubs

Zuordnung der Zwischensysteme zu den Schichten des OSI-Modells:

Anwendung durch
Endnutzer

    

Layer 7
APPLICATION LAYER
Verarbeitungsschicht

GATEWAY

  

Layer 6
PRESENTATION LAYER
Darstellungsschicht

Layer 5
SESSION LAYER
Kommunikationsschicht

Layer 4
TRANSPORT LAYER
Transportschicht

    

Layer 3
NETWORK LAYER
Vermittlungsschicht

ROUTER

HUB

Layer 2
DATA LINK LAYER
Sicherungsschicht

BRIDGE

Layer 1
PHYSICAL LAYER
Bitübertragungsschicht

REPEATER

  

Physikalische Verbindung
zwischen
Netzwerkabschlussgeräten

    

Internetworking: Struktur eines Zwischensystems:

ENDSYSTEM 1

  

ZWISCHENSYSTEM

  

ENDSYSTEM 2

APPLICATION L.

      

APPLICATION L.

PRESENTATION L.

      

PRESENTATION L.

SESSION L.

      

SESSION L.

TRANSPORTATION L.

      

TRANSPORTATION L.

NETWORK L.

  

NETWORK L.

  

NETWORK L.

DATA LINK L.

  

DATA LINK L.

  

DATA LINK L.

PHYSICAL L.

  

PHYSICAL L.

  

PHYSICAL L.
Datenfluß  Datenfluß  Datenfluß  Datenfluß  Datenfluß
  = Endpunkt-zu-Endpunkt-Protokolle
  = Protokolle für die Kommunikation zwischen unmittelbar benachbarten Einrichtungen auf der Übermittlungsstrecke

Abbildungen von Zwischensystems:

cmc0407.gif (2097 Byte)

Abb.: Sternrepeater

cmc0406.gif (10056 Byte)

Abb.: 3Com Edge Router zum Einbau in einen Hub (10 KB)

cmc0408.gif (9865 Byte)

Abb.: Hub

cmc0409.gif (9907 Byte)

Abb.: Hubstack

Weiterführende Ressourcen zu Zwischensystemen und Internetworking:

Ressourcen in Printform:

Borowka, Petra <1958 - >: Internetworking : Konzepte, Komponenten, Protokolle, Einsatz-Szenarios. -- 3., erweiterte und aktualisierte Aufl. --  Bonn : MIPT, ©2000. --  855 S. : Ill. -- ISBN 3826640691
. -- [Grundlegend]. --  {Wenn Sie HIER klicken, können Sie dieses Buch bei amazon.de bestellen}

4.5.1. Virtuelle Private Netzwerke (VPN)

Ziel Virtueller Privater Netzwerke ist eine sichere (private) Verbindung über ein öffentliches, unsicheres Medium (z.B. das Internet).

Dabei sind folgende Probleme zu lösen:

An einem Standard für die Paketstruktur von VPNs über das Internet arbeitet die IP Security Protocol (ipsec) Working Group der Internet Engineering Task Force. Homepage von ipsec: URL: http://www.ietf.org/html.charters/ipsec-charter.html. -- Zugriff am 2001-04-19

WWW-Ressourcen zu VPNs:

Virtual Private Network Consortium (VPNC). -- Zugriff am 2001-04-19. -- URL: http://www.vpnc.org. -- ["VPNC is the international trade association for manufacturers in the VPN market.", dort auch die VPN Standards (RFCs und Internet Drafts)]

Ferguson, Paul (Cisco); Huston, Geoff (Telstra): What is a VPN. -- Zugriff am 2001-04-19. -- URL: http://www.employees.org/~ferguson/vpn.pdf. -- [Ausführliche Darstellung verschiedener Lösungsansätze für VPNs]

Weiterführende Ressourcen in Print-Form:

Scottt, Charlie; Wolfe, Paul, Erwin, Mike: Virtuelle Private Netzwerke. -- Beijing [.u.a.] : O'Reilly, ©1999. -- 216 S. : Ill. -- Einheitssachtitel: Virtual private networks <dt.>. -- ISBN 3-89721-123-8. --  [Empfehlenswert]. -- {Wenn Sie HIER klicken, können Sie dieses Buch bei amazon.de bestellen}

4.6. Weiterführende Ressourcen zu Kommunikations-Netzwerken

Laufend gute Informationen zu den Entwicklungen findet man in der Wochenzeitschrift:

Computerwoche : Nachrichten, Analysen, Trends. -- ISSN 0170-5121. -- Webpräsenz: http://www.computerwoche.de. -- Zugriff am 2001-04-19

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