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Netzwerk – Topologien, Verbinder, Protokolle, OSI-Modell

Wie kann ich mein Netzwerk sicher gestalten? Wo liegen die Vor- bzw. Nachteile des Peer-to-Peer und Client-Server Prinzips? Was für Topologien gibt es und wie sind diese Aufgebaut? Das und vieles mehr wird hier kurz und bündig erklärt.

Begriffe zum Netzwerk

LAN = Local Area Network (= Gebäude)
WAN = Wide Area Network (= Internet, Server dritter)
MAN = Metropolitan Area Network (= Internet, Regional)
MAN = LAN + WAN

Wie kann man Netzwerke sicher aufbauen?

Hardware: Keine Ports öffnen, vom Internet abschirmen, zwei Netzwerke: Intern und extern trennen, Notstromversorgung sicherstel, vor Überspannung sichern, Raidsystemlen
Software: Firewall, Backup, Zugriffsrechte vergeben, Daten und Zugänge verschlüsseln
Organisatorisch: Benutzerebenen anlegen, Personalschulung, Wartung, räumliche Trennung

Client–Server Vorteile

(= Bei vielen Computern, hohe Sicherheit) Unterscheidet zwischen Anwenderseiten und Dienstleisterseiten, Anwender kann auf Ressourcen vom Server zugreifen.

Schnellere Verbindung untereinander, größere Sicherheit (= zentrale Firewall), Server besitzt Kontrollmöglichkeit, eingeschränkte Rechte für Clients, Möglichkeit zur zentralen Datensicherung/Verarbeitung, Ressourcenaufteilung

Client-Server Nachteile

Einrichtung notwendig (= teuer), bei Ausfall Verlust der zentralen Einheit, Wartung, evtl. eingeschränkte Rechte, evtl. langsame Datenübertragung

Peer to Peer Vorteile

(= Bei wenigen Computern, niedrige Sicherheit) Jeder Computer ist Server und zugleich Client, alle sind gleichberechtigt, auf zentralen Server wird verzichtet.

Günstiger, jeder kontrolliert eigene Daten, Ausfallchance reduziert, einfach zu konfigurieren, jeder hat gleiche Rechte, jeder kann auf sämtliche Daten zugreifen

Peer to Peer Nachteile

Fehlende Sicherheit, schwierige Datenverwaltung, individuelle Datensicherung, kein Prioritätenschutz

Netzwerkkabel

Koaxialkabel, Koaxial-Kabel: Älteres Kabel, hauptsächlich für BUS-Netzwerke, max. 10 Mbit/s
Glasfaser, Glasfaserkabel: Hohe Kapazität, Abstrahlsicherheit, Einstrahlsicherheit, Anschlusskosten, Teuer
Twisted-Pair Kabel: Verdrillt, weniger Störanfällig, KAT1-6, Standardverkabelung, max. 100 Mbit/s
WLAN

Netztopologien – Topologien

Stern, Sterntopologie, Stern-Topologie

Vorteil: leicht erweiterbar, leicht verständlich, leichte Fehlersuche, hohe Datenübertragungsrate.
Nachteil: Aufwendige Verkabelung, Durch Ausfall des Verteilers wird Netzverkehr unmöglich

Ring, Ringtopologie, Ring-Topologie

Vorteile: Alle Stationen arbeiten als Verstärker, Keine Kollisionen, Alle Rechner haben gleiche Zugriffsmöglichkeiten, Garantierte Übertragungsbandbreite
Nachteile: Bei Ausfall eines PC’s -> Netzwerkausfall

Bus, Bustopologie, Bus-Topologie

Vorteile: Der Ausfall eines Rechners hat keine Konsequenzen, geringe Kosten, Einfache Verkabelung und Netzerweiterung
Nachteile: Ein Kabel, nur eine Station kann senden, Datenstau, Kollisionen

Baum, Baumtopologie, Baum-Topologie

Vorteil: Der Ausfall eines Endgeräts hat keine Konsequenzen, Strukturelle Erweiterbarkeit, Große Entfernungen realisierbar (Kombination)
Nachteil: Bei Ausfall eines Verteilers ist der ganze Zweig des Verteilers “tot”

Maschen, Maschentopologie, Maschen-Topologie

Vorteile: Sicherste Variante eines Netzwerkes, Sehr leistungsfähig
Nachteile: Sehr hoher Energieverbrauch, Viel Kabel ist notwendig

Verbinder

Bridge

Prüft ob er es Daten weiterschicken soll
Benötigt gleichartiges Netzwerk
Weiterleitung in ein anderes Segment nur, wenn eine Station aus einem anderen Segment adressiert wird

Hub

Sendet Daten an alle weiter
Multibridge
Sendet immer nur ein Datenpaket

Switch

Besitzt IP-Tabelle
Sendet Daten von X nach Y
Kann lernen und konfigurieren werden
Kann parallel Daten überprüfen: Halb, erste 64Bit,
Entlastet das Netz im Gegensatz zum Hub

Router

Agiert zwischen verschiedenen Systemen
Gibt den besten Weg vor
Kennt das Netzwerk
Besitzt IP-Tabelle, Firewall, Fehlererkennung und Filterfunktionen

Gateway

Gateways sind Knoten innerhalb des Netzwerks, die Netze unterschiedlichen Typs miteinander verbinden, z.B. PC – MAC

Repeater

Verstärker auf der OSI-Ebene 1
Überbrückung größerer Entfernungen

IP-Adressierung

Jeder Rechner in einem Netzwerk ist direkt ansprechbar
IPv4, 4 Byte lange Zahl – IPv6 Byte lange Zahl
Die IP-Adresse wird aus der Subnetzmaske, Netzmaske, Netzwerkmaske zusammengesetzt
130.94.122.195/27 – Die ersten 27 Stellen sind fest bzw. Einsen
255.255.255.224 – Entspricht dieser Netzmaske
Netzwerkteil, 224 höchste, 192 niedrigste IP-Endung

Was ist ein Protokoll

Ein Protokoll ist ein Regelwerk das die Kommunikation zwischen Subjekten steuert.

TCP/IP-Modell

Die Internetprotokollfamilie umfasst 500 Netzprotokolle und wird auch TCP/IP-Protokoll-Familie genannt.

OSI-Modell

Die Kommunikationsprotokolle sind in mehrere Schichten gegliedert, um eine hierarchisch organisierte Standard-Kommunikationsstruktur zu schaffen. Die verschiedenen Schichten sind jeweils für ein Teilgebiet der Datenkommunikation zuständig.
Mitte der 80er Jahre (10 Jahre nach der Entwicklung des TCP/IP-Modells) wurde von der ISO das OSI (Open System Interconnection) entwickelt
Vorteile: Übersichtliche Struktur, hierarchisch Aufgebaut, Fehler werden abgefangen, Fehlerbehebung einfach, Weiterentwicklung einfach
Nachteil: Große Entwicklung

Vorteile des OSI-Modells

Detailliert
Übersichtlich
Zuverlässig

Vorteile von TCP/IP

Robust
Flexibel

Nachteile des OSI-Modells

Leistungseinbußen

Nachteile von TCP/IP

Fehlersuche sehr aufwendig
Geringe Details

Merkmale des OSI-Modells

Theoretisches, mehrschichtiges Standard-Kommunikationsmodell mit klaren Definitionen, für einzelne hierarchisch organisierte Komponenten organisierte Komponenten, ihre Funktionen und ihre Beziehungen untereinander, welches die offene Kommunikation in heterogene Netzwerken ermöglicht
Die Berührungspunkte zwischen den einzelnen Schichten stellen jeweils Schnittstellen (Dienstausgangspunkte, SAP = Service Access Points) dar, die Regeln und Formate für den Informationsaustausch festlegen.Information werden nur zwischen direkt benachbarten Schichten ausgetauscht (beim TCP/IP-Modell können Schichten übersprungen werden.)
Jede Schicht stellt definierte Dienste bereit. Diese Dienste realisieren bestimmte Kommunikations- und Steuerungsaufgaben.
Das Protokoll der höher liegenden Schicht wird in das der tiefer liegenden Schicht übersetzt und mit eigenen Informationen (Headern) versehen (s.u. Datenfluss im OSI-Referenzmodell)
Jede Schicht extrahiert aus dem Protokoll der tiefer liegenden Schicht die relevanten Informationen und gibt sie an die höher liegende Schicht weiter.
Ziel: Hersteller-unabhängige, Architektur-unabhängige sowie Netz-unabhängige Schnittstellen zwischen beliebigen Rechnern

Datenfluss im OSI-Modell

Jede Schicht kann (muss aber nicht) die Daten mit eigenen Headern versehen, die zur Kommunikationsteuerung auf dieser Schicht dienen. Der Datenblock einer Schicht wird von der darunter liegenden Schicht als reine Nutzdaten betrachtet, sie kann so auch an dem Header der übergeordneten Schicht nichts ändern.

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