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Local Area Networks
Struktur und Aufbau lokaler Netzwerke
Netztopologien
Unter dem Begriff der Topologie versteht man, wie die einzelnen Rechner logisch miteinander verbunden sind.
Sterntopologie
Die Sterntopologie bedingt eine aufwendige Verkabelung und einen leistungsstarken Server. Der Server mu unter Umstnden von vielen Stationen gleichzeitig Daten empfangen und puffern. Dieses wird systembedingt nicht schon vom Netzwerk selbst begrenzt.Ein Vorteil der Sterntopologie ist, da bei Ausfall eines Kabels nicht das gesamte Netz lahmgelegt wird.
Baumtopologie
Bei der Baumtopologie werden ber spezielle Netzkoppler (Bridges -> Umsetzung von verschiedenen Protokollen auf der untersten Schicht.) Sie wird besonders bei der Verkabelung von Gebuden angewandt, und stellt oft das Backbone eines lokalen Netzes dar. Die Strungen von Teilnetzen werden so entkoppelt. Typisch fr Bus- und Baustrukturen ist das Ethernet.
Ringtopologie
Bei der Ringtopologie sind die Rechner direkt miteinander gekoppelt. Ein Datenpaktet wir unidirektional an die nchste Station in der Reihe geschickt. Diese berprft, ob es an sie adressiert ist und gibt es ggf. weiter. Der Empfnger setzt eine Kennung das die Nachricht angekommen ist. Wenn diese beim ursprnglichen Sender angekommen ist, lscht er sie und reicht ein leeres Datenpakte an die nchste Station weiter. Diese kann das Pakte leer oder mit einer neuen Nachricht versehen weiterleiten.Eine Station kann hier nur senden, wenn sie das leere Datenpaket erhlt. So kann es nicht zu Kollosionen auf dem Netzwerk kommen. Da jede Station jedes Paket aktiv untersucht, wird das Signal jedesmal elektrisch aufbereitet.
Typisch fr eine Ringtopologie ist Token-Ring, eine spezielle Form ist FDDI (Fiber Distributed Digital Interface). FDDI wurde als Backbone fr Ethernet oder Token-Ring-Netze entwickelt und fr den Einsatz in Glasfasernetzen vorgesehen. Aufgrund der hohen Datenbtertragungsrate von bis zu 100 MBit/s wird FDDI auch zur Vernetzung von Stationen im Bereich CAD/CAE und Bildbearbeitung eingesetzt. Aufgrund der technischen Entwicklung im Bereich der Kabel kann FDDI mittlerweile auch auf Kupferkabeln eingesetzt werden. Im Glasfaserbereich lt FDDI eine Ausdehnung eines Netzsegmentes bis zu 200 km zu.
Logische und physikalische Netztopologien
Wenn von der Netztopologie gesprochen wird, ist in der Regel der
logischen Aufbau des Netzwerks gemeint. Es sind jedoch Flle mglich,
bei denen sich logischer und physikalischer Aufbau (Art der
Verkabelung) voneinander unterscheiden. Das einfachste Beispiel ist
der Aufbau eines Fast-Ethernet mittels eines Hubs. Der
Hub oder Sternverteiler ist hinsichtlich der Verkabelung und
elektrischem Anschlu zentral im Netz angeordet. Intern sind die
einzelnen Abgnge des Hubs jedoch mittels eines Bus verkoppelt.
Netzzugangsverfahren
Zur Vermeidung von Kollosionen darf immer nur eine Station pro
Netzwerksegment senden. Ein Netzzugangsverfahren ermglicht, da jede
Station geregelten Zugriff auf das Netzwerk bekommt, ohne das Daten
aufgrund von Kollosionen verloren gehen.
In Bustopologien wird in der Regel das CSMA/CD Verfahren (Carrier Sense Multiple Access / Collosion Detection) eingesetzt. Hier ``lauscht'' eine Station dauernd am Netz und erkennt vor dem Senden ob der Bus frei ist. Dann erst werden die Daten gesendet. Um einen Datenverlust aufgrund des gleichzeitigen Sendens einer anderen Station abzufangen, ``lauscht'' jede Station beim Senden (Collosion Detection). Falls die Daten jetzt zerstrt wurden, wartet sie eine zufllige Zeitspanne ab und startet dann einen erneuten Sendeversuch.
Neben CSMA/CD existiert noch das Token-Passing-Verfahren , das bei Ringtopologien nach dem Token-Ring-Standart eingesetzt wird. Hier wird ein leeres Datenpaket von Station zu Station geschickt. Beim Senden wird diese von der sendenden Station mit entsprechenden Daten belegt. Es existiert immer nur ein Token im Ring.
Eine Weiterentwicklung dieses Verfahrens stellt das FDDI-Protokoll
dar. Dieses fr schnelle GFK-Netze ausgelegte Protokoll ist so
konzipiert, da eine Station nach Senden eines Paktes sofort ein
Freitoken generiert und es an die nchste Station weiterreicht. Somit
mu nicht erst darauf gewartet werden bis das Token den gesamten Ring
passiert hat.
Bei CSMA/CD kann nicht vorhergesagt werden, wie lange eine Station fr einen Sendeversuch bentigt. Daher kann die Datenbertragungszeit zum Empfnger auch nicht vorhergesagt werden. Dieses Verfahren wird daher als stochastisch (= zufallsbedingt) bezeichnet. Beim Token-Passing-Verfahren kann die maximal mgliche bertragungszeit angegeben werden, da jede Station hchstens so lange warten mu, bis die alle anderen Stationen eine komplette bertragung durchgefhrt haben. Dieses Verfahren wird daher auch als deterministisch (=vorherbestimmt) bezeichnet.
Das ISO/OSI Modell
Das ISO/OSI Modell baut sich aus sieben Netzwerkschichten auf, die ber Schnittstellen miteinander kommunizieren und wie folgt definiert ist:
Schicht 1 (physical layer)
Die Schicht 1 hat die Aufgabe Bitsequenzen ber das physikalische Medium zu senden. Hier werden u.a. Steckernormen oder Codierung der Bit in elektrische Signale (Spannunghhen, 8N1, ...) beschrieben. Weiterhin fllt darunter der Modus des bertragungsverfahrens.
Schicht 2 (data link layer)
Die Schicht 2 wird auch als Sicherungsschicht bezeichnte, da sie die Aufgabe hat die bertragenen Daten gegen bertragungsfehler z.B. durch Strimpulse zu sichern. Zudem sind hier die Datenzugriffsverfahren angeordnet.
Schicht 3 (network layer)
Der Weg im Netz zur Empfangsadresse (ev. ber mehrere Segmente) wird auf der dritten Schicht, der Netzwerkschicht festgelegt. Hier sind z.B. die Protokolle IP oder IPX angeordnet.
Schicht 4 (transport layer)
Auf der Schicht 4, der Transportschicht wird der Datentransport berwacht und garantiert. Typische Protokolle sind TCP und SPX.
Schicht 5 (session layer)
Hier wird die Synchronisation zwischen Sender und Empfnger gewhrleistet. Die Synchronisation wird durch das Setzen von Synchronisationspunkten ermglicht. Im Strungsfalle leitet diese Schicht die Wiederholung der Datensendung ein.
Schicht 6 (presentation layer)
Diese Schicht ist zur Umsetzung der Darstellungsarten verschiedener Kommunikationspartner zustndig. Hier wird z.B. der ACSII-Code in EBCDIC-Code umgesetzt.
Schicht 7 (application layer)
Die Schnittstelle zwischen Anwendungsprogrammen und Netz wird auf dieser Schicht dargestellt. Hier werden z.B. Netz-Grunddienste wie FTP oder SMTP zur Verfgung gestellt.
ODI- und NDIS-Protokoll
Falls mehrere Protokolle auf dem Netz gefahren werden sollen um z.B. auf den Novell-Server und einen UN*X- Workstation zugreifen zu knnen werden sogenannte Protokollmanager bentigt. Ein von der Netzwerkkarte eingehendes Datenpaket wird auf einen fr das Protokoll spezifischen Stapel gelegt, weiterverarbeitet und dann an die jeweilige Anwendung weitergegeben. Die Protokollmanager werden folglich in der zweiten Ebenen des ISO/OSI Modells angeordnet. Beispiele fr diese Protokollmanager sind ODI (Novell) und NDIS (M$).