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IP-Netzwerke
- IP-Netzwerke
- 1.1. Rechnernetze und das Internet
- 1.1.1 Was ist ein Netzwerk?
- 1.1.2 Programme „reden“ miteinander.....................................................................
- 1.1.3 Das OSI-Schichtenmodell...............................................................................
- 1.1.4 Die Funktionalitäten der OSI-Schichten..........................................................
- 1.1.5 Der TCP/IP-Protokollstack..............................................................................
- 1.2 Die Sicherungsschicht
- 1.2.1 Das Point to Point Protocol...........................................................................
- 1.2.2 Sicherungsschicht: Das Serial Line Protocol
- 1.3 Vermittlungsschicht: Das Internet Protocol
- 1.3.1 Eigenschaften des IPv4
- 1.3.2 Wichtige Felder des IPv4..............................................................................
- 1.3.3 IPv6 - Das neue Format................................................................................
- 1.4 Arten von Computernetzen.................................................................................
- Lokale Netze -- Local Area Networks (LAN)
- 2.1 Die klassischen Topologien im LAN
- 2.2 Die Elemente eines Netzwerks...........................................................................
- 2.2.1 Passive Komponenten..................................................................................
- 2.2.2 Aktive Komponenten.....................................................................................
- 2.2.2.1 Netzwerkkarte.........................................................................................
- 2.2.2.2 Repeater
- 2.2.2.3 Hub
- 2.2.2.4 Bridge
- 2.2.2.5 Switch
- 2.2.2.6 Router.....................................................................................................
- 2.2.2.7 Gateway
- Ethernet
- 3.1 Zugang zum Medium - CSMA/CD
- 3.2 Der Ethernet-Frame und Adressen.....................................................................
- 3.2.1 Ethernet Frameaufbau..................................................................................
- 3.2.2 Ethernet Frameaufbau (2)
- 3.3 Wichtige Ethernet-Vertreter
- 3.3.1 10Base2
- 3.3.2 10BaseT
- 3.3.3 Fast- und Gigabit Ethernet............................................................................
- 3.3.4 Token Ring
- Die Sicherungsschicht (Data Link Layer)
- IP-Adressen..............................................................................................................
- 5.1 Vermittlungsschicht: Das Internet Protocol (IP)
- 5.2 Eigenschaften des IPv4
- 5.3 Adressierungsebenen bei der Datenkommunikation
- 5.4 IP-Adressen nach IPv4
- 5.5 Spezielle Adressen
- 5.6 Subnetze
- 5.6.1 Paketvermittlung im Subnetz
5.6.2 Bildung der Subnetzmaske........................................................................... 50 5.6.3 Beispiel für ein Router Topology Lab............................................................ 51
6. Die Transportschicht TCP (Layer 4)....................................................................... 53 6.1 Funktionen der Transportschicht ........................................................................ 53 6.2 Adressierung auf der Transport-Schicht ............................................................. 53 6.3 Aufbau des TCP-Protokollrahmens .................................................................... 54 7. Das Address Resolution-Protokoll (ARP).............................................................. 56 7.1 Hardwareadressen ............................................................................................. 56 7.2 So löst ARP MAC-Adressen für den Remotedatenverkehr auf........................... 58 7.3 Der ARP-Cache .................................................................................................. 59 8. Das Domain Name System Protocol (DNS-Protocol) ........................................... 60 8.1 Der Domain-Name-Service (RFC-Spezifikation) ................................................ 60 8.2 Aufbau eines Domain-Namens........................................................................... 60 8.3 Die Auflösung von Namen zu Nummern............................................................. 61 8.4 NIC's und NOC's:................................................................................................ 62 1. IP-Netzwerke
1.1. Rechnernetze und das Internet
1.1.1 Was ist ein Netzwerk?
Ein Netzwerk besteht im allgemeinen aus einer Gruppe von Computersystemen und Terminals, die über Kommunikationsleitungen miteinander verbunden sind und die Informationen und Ressourcen gemeinsam nutzen. Ein Netzwerk umfasst technische Einrichtungen (Leitwege, Vermittlungsstellen und Anschlussstellen) und entsprechende Übertragungs- und Vermittlungsverfahren. Die Terminals oder Netzwerkknoten liegen im Lokalen Netzwerk (LAN) auf engem geographischen Raum oder in Großnetzwerken weit verstreut. Sie sind über Kabel, Wähl- oder Standleitungen verbunden.
1.1.2 Programme „reden“ miteinander
Vernetzung hat nur einen Grund: Programme auf verschiedenen Rechnern sollen miteinaner reden´, also Daten austauschen. Denn manche Rechner verfügen über viel freien Plattenspeicher, einen Drucker oder einen Datenbestand, den auch Anwender an anderen Systemen nutzen sollen. Jede einzelne dieser Dienstleistungen stellt ein eigenes Programm, einServer´ im Netz zur Verfügung. So gibt es beispielsweise Dateiserver, Druckserver oder WWW-Server.
Anzahl der Max. Grad Max. Entfernung
Topologie Verbindungen eines Knotens zwischen Knoten Homogenität
Bus n - 1 2 n - 1 inhomogen
Ring n 2 n / 2 homogen
Stern n -1 n - 1 2 inhomogen
Vollständig n ( n - 1 ) / 2 n - 1 1 homogen
Ein Netz ist homogen, wenn von allen Knoten gleich viele Verbindungen ausgehen.
Jede Verbindungstopologie hat ihre Vor- und Nachteile was Kosten und Kommunikation angeht.
Parallelrechner Rechnernetz ___________
gleiche Rechner unterschiedliche Rechner
gemeinsame Aufgabe im allgemeinen verschiedene Aufgaben
begrenzte Entfernung kilometerlange Entfernungen
dichter Verkehr die Datenübertragung - ein zusätzlicher Dienst
Die ganze Welt ist durch das Netz der Netze (Internet, www) verbunden.
Protokolle der Datenübertragung
- Regeln wie der Sender die Daten vor der Übertragung verschlüsselt und der Empfänger sie nach der Übertragung entschlüsselt
- die Datenmengen sind in die Pakete zerlegt
- die Fehlerlosigkeit wird durch Prüfzeichen gesichert
- Aufbau eines Pakets:
Steuerungsblock (Empfänger, Typ der Information, Aufbau der Verbindung) Datenblock Schlußblock (Abbau der Verbindung)
Verschiedenheit der Probleme im Netz wird durch Schichten gelöst.
1.1.3 Das OSI-Schichtenmodell
Das OSI (Open System Interconnection)-Referenzmodell ging 1982 aus Arbeiten der ISO (Internationale Organisation für Standardisierung) hervor. Es handelt sich um einen offenen Kommunikationsstandard, welcher die Kommunikation zweier Computer untereinander beschreibt.
- Anwendersystem
- Anwendungsschicht (Application Layer)
- Darstellungsschicht (Presentation Layer)
- Kommunikationsteuerungsschicht – Sitzung (Session Layer)
- Transportsystem
- Transportschicht (Transport Layer)
- Vermittlungsschicht (Network Layer)
- Sicherungsschicht (Link Layer)
- Bitübertragungsschicht (Physical Layer)
Bild: Das ISO-OSI-Protokollschichtenmodell
Beim Versenden von Informationen gibt jede Schicht die Daten zuzüglich eigener Protokollinformationen, genannt Header, an die darunterliegende Schicht bis zur Bit- übertragungsschicht weiter. Die Protokollinformationen geben Auskunft darüber, wer die Daten abgesandt hat und wer sie empfangen soll, welchen Weg sie während der Über-
Bild: Protokolle im OSI-Modell
1.1.4 Die Funktionalitäten der OSI-Schichten
Anwendungs-Schicht System-Steuerung, Autorisierung, Inhaltliche Kontrolle, Gültigkeitskontrolle, ..
Darstellungs-Schicht Codierung, Syntax, Profilverwaltung, ..
Kommunikationssteuerungs- Schicht Übertragungsrechte, Sitzungsverwaltung, Flusskontrolle, ..
Transport-Schicht Verbindungsauf-/abbau, Packetverwaltung, ..
Vermittlungs-Schicht Leitwegfindung, Netzadressierung, Multiplexing, ..
Sicherungs-Schicht Fehlerkontrolle, Flusskontrolle, Synchronisation, ..
Bitübertragungs-Schicht Aktivierung/Deaktivierung, Bitübertragung, Anschlusserkennung, ..
Bild: Schichten und ihre Aufgaben
Nachfolgend werden die einzelnen Schichten und ihre Aufgaben beschrieben.
Übertragungsschicht
Diese Schicht korrespondiert mit der zugrunde liegenden Hardware. Protokolle dieser Schicht legen die Eigenschaften der Schnittstellen fest wie Anschlusseigenschaften, zulässige Übertragungsraten, Signalpegel und elektrische Kodierung der einzelnen Bits (z.B. Modulationsverfahren bei Modems)...
Verbreitete Vertreter dieser Protokolle sind RS-232 (serielle Schnittstelle) und X.21.
Sicherungsschicht
Protokolle dieser Schicht gewährleisten die Unversehrtheit der übertragenen Daten. Dazu verpacken sie die Daten in für das Medium zulässige Einheiten, steuern den Fluss der Übertragung und fügen Prüfsummen an die eigentlichen Datenpakete an, anhand derer der Empfänger den Zustand der Daten überprüfen kann. Im Fehlerfall kümmern sich die Protokolle dieser Schicht automatisch um eine Wiederholung der Übertragung.
Hier offenbart sich eine Schwäche des OSI-Modells, das die Grenzen der Schichten nicht allzu konsequent gezogen hat. So unterteilen die Realisierungen lokaler Netzwerke diese Schicht nochmals in Media Access Control (MAC) und Logical Link Control (LCC). So organisiert z.B. Ethernet den Zugang zum Übertragungsmedium mittels einer MAC-Schicht (oft CSMA/CD - Carrier Sense Multiple Access with Collision Detect), während LCC eine Schnittstelle zu übergordneten Diensten darstellt.
Weitere wichtige Protokolle der Sicherungsschicht sind High-Level Data Link Control HDLC, das darauf basierende Point-to-Point-Protocol PPP, und das Serial Line Protocol SLIP.
Vermittlungsschicht
Auch als Netzwerkschicht bezeichnet, ist diese Schicht für den Aufbau eines virtuellen Kommunikationskanals verantwortlich. Dazu zählen das Auffinden eines Weges zum Zielrechner, die Vermittlung der Nachrichten und Pakete (eine »lange« Nachricht wird ggf. in einzelne Pakete unterteilt).
Verfolgt man den Weg eines Paketes vom eigenen Rechner hin zu einem Rechner »am anderen Ende der Welt«, so stellt man fest, dass die Route durch zahlreiche Teilnetze führt, denen mitunter vollkommen unterschiedliche Technologien (Lichtwellenleiter, Funk, Ethernet, Modem...) zugrunde liegen. Für jeden Übergang in ein neues Teilnetz wird ein Protokollwechsel in den »unteren« Schichten notwendig. An welchen Rechner eines solchen Teilnetzes das Paket als nächstes zu »routen« ist, bleibt Angelegenheit der Vermittlungsschicht.
Den bekanntesten Vertretern dieser Schicht, IP, ICMP und ARP, wenden wir uns nachfolgend zu. Weitere Protokolle sind X.25, Exterior Gateway Protcol EGP, Border Gateway Proctocol BGP, Open Shortest Path First OSPF und Routing Information Protocol RIP.
Transportschicht
Diese Schicht stellt den »anwendungsorientierten« Schichten einen logischen Übertragungskanal zur Verfügung, so dass diese ihre Daten sequentiell an die Schnittstelle senden. Protokolle der Transportschicht steuern die Blocklängen, die Geschwindigkeit, mit der Pakete an die unteren Schichten weiter gegeben werden und realisieren (oft) eine Fehlersicherung.
Damit sich Sender und Empfänger auch verstehen, muss auf beiden Seiten dasselbe Transportprotokoll zum Einsatz gelangen, d.h. beide Kommunikationspartner müssen »dieselbe Sprache sprechen«.
Bekannte Protokolle sind TCP und UDP.
Die TCP/IP-Architektur hatte sich bereits durchgesetzt, als die International Standardisation Organisation (ISO) ihr Modell eines Internet-Protokollstacks Open System Interconnection (OSI) veröffentlichte.
Es hat sich auch gezeigt, dass die gewählte Struktur den Zusammenhängen zwischen den Komponenten der Hardwareebene wie auch der Anwendungsebene besser gerecht wird. So liefern Hersteller der Übertragungstechnik die Software der Ebenen 1 und 2 mit dieser aus, während der Anwendungsentwickler seine Applikation mit Eigenschaften der »oberen« OSI-Schichten ausstattet.
Nicht zuletzt verfügt jedes Betriebssystem, das den Zugang zum Internet ermöglicht, eine Implementierung des TCP/IP-Protokollstacks.
Im weiteren Verlauf wird zu den beschriebenen Protokollen deren Einordnung in das OSI-Referenz-Modell angegeben.
1.2 Die Sicherungsschicht
1.2.1 Das Point to Point Protocol
Das Point-to-Point-Protokoll ermöglicht permanente Punkt-zu-Punkt-Verbindungen. Häufigster Einsatzbereich sind Wählverbindungen (Modem).
Das enthaltene Protokollfeld ermöglicht die Unterstützung beliebiger Vermittlungs- protokolle; die Prüfsumme erlaubt die Verifizierung des Dateninhalts.
Als optionale Eigenschaften können Implementierungen Folgendes enthalten:
- Einwahl nach Bedarf, Verbindungsabbau nach Zeit- oder Gebühren- überschreitung
- Parallele Verwendung mehrerer Leitungen
- Einfache Filtermechanismen
- Komprimierung der Daten und/oder des Headers
Das PPP handelt mit der Gegenseite eine Maximale Empfangspaketgröße aus, das ist der Grund für den verzögerten Verbindungsaufbau über analoge Telefonleitungen.
1.2.2 Sicherungsschicht: Das Serial Line Protocol
Das Serial Line Protokoll ist das zweite Protokoll der Sicherungsschicht, das bei Modemverbindungen zum Einsatz gelangt. Wie der Name bereits besagt, dient es der Verbindung zweier Rechner über eine serielle Leitung. Als Protokoll der Schicht 3 kommt allerdings einzig IP in Frage; auch beinhaltet das Protokoll keinerlei Sicherungsmaßnahmen.
Mögliche Einsatzgebiete sind sichere Leitungen, bspw. ein Nullmodemkabel.
Auf SLIP baut das CSLIP (Compressed SLIP) auf, das den Header von TCP-Paketen nach einem Verfahren von Van Jacobsen komprimiert.
1.3 Vermittlungsschicht: Das Internet Protocol
Die heute gebräuchlichen Adressen des Internet-Protokolls sind 32 Bit lang, die häufigste Notation erfolgt byteweise als Dezimalzahl, bspw. »127.211.7.9«. Der Mathematiker errechnet rasch, dass mit 32 Bit 232 = 4.294.967.292 Rechner adressierbar wären. Der Praktiker interveniert, dass sich nicht alle Adressen nutzen lassen, da etliche Adressen und Adressbereiche für bestimmte Funktionen reserviert sind. Auch existieren genügend Lücken im Adressraum, da IP's im Block an lokale Netzwerke vergeben werden, diese aber nur selten ihr Kontingent voll ausschöpfen.
Fazit ist, dass schon heute die Zahl der verfügbaren Adressen den Bedarf bei weitem nicht mehr decken kann und eine Aufweitung der Adressen erforderlich ist. Aus diesem Grund steht der designierte Nachfolge des korrekt als IPv4 bezeichneten Protokolls seit Jahren (erste Spezifikation 1995) in den Startlöchern. Anliegen dieses IPv6 ist nun die Definition eines Protokolls der Vermittlungsschicht, das mit 128 Bit Adressen arbeitet. Die damit erzielte Größe erscheint übertrieben (jedem Quadratmillimeter auf dem Globus ließen sich hiermit ca. 667 Billiarden IP's zuweisen), jedoch ist man auf weite Sicht auf der sicheren Seite.
Mit dem Adressformat nach IPv4 befasst sich der Abschnitt Netzwerkstrukturen, IP- Adressen.
1.3.1 Eigenschaften des IPv
Bei der immensen Bedeutung, welche gerade dieses Protokoll für die Paketvermittlung im Internet erlangt hat, lohnt sich ein tieferer Einblick in dessen Fähigkeiten.
Zunächst gilt zu vermerken, dass es sich um ein verbindungsloses Protokoll handelt, d.h. es arbeitet, ohne dass eine Verbindung zum Partner zuvor aufgebaut wurde (analog zum Unterschied zwischen einem Telegramm und einem Telefonat). Die maximale Paketgröße beträgt 65535 Bytes. Ein Paket durchläuft auf seinem Weg zum Empfänger meist verschiedenste Subnetze, die ihrerseits nur eine kleinere Paketgröße unterstützen. Das IP beinhaltet deswegen einen Mechanismus zur Fragmentierung von Paketen, d.h. dass ein für ein zu durchlaufendes Subnetz zu großes Datenpaket zerlegt wird und nun mehrere IP-Pakete ihren Weg zum Empfänger suchen. Der
Paketlänge
Länge inklusive der IP-Kopfes in Worten
Identifikation
Vom Absender vergebene eindeutige Nummer, anhand derer einzelne Fragmente im Zielrechner in der richtigen Reihenfolge zusammen gesetzt werden können
Flags
Das erste Bit wird nicht benutzt, das zweite Bit gibt an, dass ein Paket nicht fragmentiert werden darf. Ist ein solches Paket zu groß für ein Teilnetzwerk, muss es verworfen werden. Das dritte Bit gibt an, ob dem Paket noch weitere Teile folgen
Fragmentabstand
Relative Lage des Paketes, wenn dieses Teil eines zuvor größeren Paketes war (Fragmentierung)
Lebenszeit und Protokoll
Siehe unter Eigenschaften des IPv
Optionen
In erster Linie werden diese Optionen von Netzwerkadminstrationswerkzeugen genutzt. Sie können bspw. verwendet werden, um jeden durchlaufenden Rechner anzuweisen, seine IP-Adresse und/oder einen Zeitstempel zu hinterlegen. Ebenso kann eine Route, die ein Paket zurücklegen soll, festgeschrieben werden.
1.3.3 IPv6 - Das neue Format
Eine Prüfsumme wie bei IPv4 ist nicht mehr vorgesehen, da die Neuberechnung auf jeder Zwischenstation recht teuer ist (geändertes »Lebenszeit«-Feld) und unter- bzw. übergeordnete Protokolle i.d.R. ohnehin eine Fehlerbehandlung beinhalten.
Transportschicht: Das Transmission Control Protocol
Aus Sicht einer Anwendung eröffnet das Transmission Control Protocol einen bidirektio- nalen, virtuellen Datenkanal zwischen den beiden Kommunikationsendpunkten. Die Daten werden scheinbar in einem Fluss übertragen. Intern gehen diese natürlich blockweise übers Netz, wobei die Blockgröße dynamisch anhand von Parametern wie der Netzauslastung, der Fenstergröße oder der Empfangs- bzw. Sendepuffer angepasst wird. Im Unterschied zum nachfolgend erwähnten User Datagram Protocol kümmert sich TCP selbst um die sichere Übertragung. Es verwendet hierzu Sequenznummern, Prüfsummen, Quittungen und Wiederholung des Transfers bei einer Zeitüberschreitung. Andere wesentliche Eigenschaften sind das Sliding-Window-Verfahren und die Kennzeichnung von Vorrangdaten.
Die Felder des Protokollkopfes bedeuten:
Senderport, Empängerport
Die Quittungsnummer ist gültig
PSH
Die Daten sollten sofort der Anwendung übergeben werden
RES
Rücksetzen der Verbindung
SYN
Wunsch nach Aufbau einer Verbindung
FIN
Beenden der Verbindung. Ein Partner, der dieses Bit setzt, muss seinerseits die Verbindung offenhalten, bis auch der Gegenüber das FIN-Bit sendet. Er selbst darf aber keine weiteren Daten senden (Ausnahme sind die Quittungen auf eintreffende Pakete).
Fenstergröße
Momentane Kapazität des Empfangspuffers auf Absenderseite. Sein Gegenüber darf maximal so viele Daten (auch aufgeteilt auf mehrere Pakete) senden, wie durch die Fenstergröszlig;e angegeben ist. TCP arbeitet nun so, dass es versucht, die Fenstergröße automatisch an die Kapazität des Übertragungsmediums anzupassen. Dazu wird das Fenster allmählich vergrößert, bis Pakete aufgrund des zu hohen Datenaufkommens verworfen werden müssen. Treten nun vermehrt solche Übertragungsfehler auf, wird das Fenster wieder verkleinert, um es anschließend erneut mit einer Erhöhung zu versuchen. Dieses Sliding- Window-Prinzip lässt sich sehr gut beim Download von Dateien beobachten, wobei die Datentransferrate ständig schwankt.
Prüfsumme
Prüfsumme über das gesamte Paket.
Zeiger auf Vorrangdaten
Der Zeiger gibt einen Offset innerhalb der Daten im Paket an. Die dem Zeiger folgenden Daten werden somit als besonders wichtig deklariert. Eine Anwendung wird beim Eintreffen solcher Daten unterrichtet. Sie sollte nun ihre bisherige Arbeit unterbrechen und die dringliche Nachricht bearbeiten. Gebrauch von diesem Mechanismus macht wohl nur Telnet.
Optionen
Beim Verbindungsaufbau wird meist "MaximumSegmentSize" gesendet, um dem Partner mitzuteilen, dass größere Pakete empfangen werden
können. Die weiteren Optionen sind "EndOfOptionList" und "NoOperation".
Das Zusammenspiel von Sequenz- und Quittungsnummer wird in den meisten Fällen die Unversehrtheit der übertragenen Daten garantieren. Jedoch verlangt eine ausstehende Quittung das Warten auf diese. Ist nun der Partner ausgefallen, würde ein Sender bis in alle Ewigkeit auf die Bestätigung des Empfangs seines Pakets lauern. Um einen solchen "Hänger" zu verhindern, werden beim Versand eines Pakets gleich mehrere Zeitgeber gestartet.
Der wichtigste Ticker stoppt die seit dem Senden vergangene Zeit. Läuft er ab, ohne dass eine Quittung eintraf, muss das Paket erneut auf die Reise geschickt werden. Diese Zeitspanne wird allerdings dynamisch berechnet (aus dem Mittelwert der bisherigen Paketlaufzeiten), sodass sie sich an veränderte Situationen (hohe Netzlast, alternative Route) allmählich anpasst.
Ein weiterer Wecker wird verwendet, um die Bereitschaft des Empfängers zu überprüfen. Dieser Zeitgeber garantiert, dass eine Datentransfer nicht blockiert, weil dessen Fenstergröße auf 0 steht, das Paket zum Öffnen des Empfangsfensters aber verloren ging.
Der letzte hier vorgestellte Timer hält einen Port noch eine gewisse Zeit geschlossen, nachdem die Verbindung schon abgebaut wurde. Die Zeitspanne entspricht in etwa der maximalen Lebensdauer (TimeToLive) eines Datenpakets und ist nützlich, um die nächste auf dem selben Port eröffnete Verbindung nicht durch alte irrgeleitete Pakete durcheinander zu bringen.
1.4 Arten von Computernetzen
- LAN (local area net) - Verbindungen über besondere Leitungen
- MAN (metropilitan area net) – Regionalnetz
- WAN (wide area net) Weitverkehrsnetz - Verbindungen über öffentliche Netze
- GAN (Global Area Network, Weltweites Netzwerk, z.B. Internet)
Warum Rechnernetze?
- Datenverbund - Austausch von Daten
- Funktionsverbund - Rechner mit verschiedener Leistungsfähigkeiten
- Lastverbund - Verteilung der Auslastung
Client-Server-Modell
- Es hat eine hohe Übertragungsrate von 4 MBits/s bis zu mehr als 1 Gbit/s (Gigabit-Ethernet).
2.1 Die klassischen Topologien im LAN
Bild 1: Die Busstruktur
Fakt ist, dass die Busstruktur (Bild 1) das verbreitetste Schema der Rechner- verbindung darstellt. Alle Rechner eines Netzwerks teilen sich denselben Bus, genauso wie es rechnerintern Prozessor, Speicher und Peripherie handhaben. Analog zum Systembus eines Computers ist auch die mögliche Anzahl der Rechner an einem Netzwerk-Bussystem begrenzt. Kritisch bei Bussystemen ist die Zugangssteuerung zum Verbindungsmedium, da zu einem Zeitpunkt stets nur eine Verbindung aktiv sein kann. Die Verfahren reichen von vorsorglicher Vermeidung konkurrierender Zugriffe bis hin zur Erkennung von Kollissionen. Der typische Vertreter bez. LANs ist das Ethernet.
Bild 2: Die Ringstruktur
Vor allem mit Token Ring hat bei lokalen Netzwerken die Ring-Topologie als Vertreter der so genannten Punkt-zu-Punkt-Verbindungen eine gewisse Verbreitung erlangt. Ein Rechner kann (theoretisch) nur mit seinen unmittelbaren Nachbarn kommunizieren. Eine Verbindung zu weiteren Rechnern im Ring gelingt nur unter Verwendung der Zwischenrechner als »Vermittlerstationen«. »Theoretisch« deutet bereits eine weitere Einschränkung an, da in praktischen Vermittlungsverfahren in Ringstrukturen die Kommunikation nur in eine Richtung funktioniert, d.h. ein Rechner kann bspw. direkt zu
seinem rechten Nachbarn senden, benötigt aber alle weiteren Rechner, um dem linken Nachbarn ein Paket zukommen zu lassen. Ring-Netzwerke arbeiten ausschließlich mit »Token«, einem Rahmen, der fortwährend im Ring kreist und in den ein Rechner - insofern das Token nicht belegt ist - seine Nachricht platzieren kann. Der Zielrechner entnimmt dem Token die Daten und markiert dieses wieder als frei, sodass ein anderer sendewillige Rechner das Token nun belegen kann. Dieses Token-Verfahren kann ebenso auf reinen Bussystemen angewendet werden.
Bild 3: Die Sternstruktur
Die Beschreibung der Sternstruktur ist simple: Jeder Rechner im Netzwerk ist direkt mit der zentralen Komponente verbunden, welche im einfachsten Fall auf einer Leitung eintreffender Daten diese auf alle anderen Leitungen durchreicht. Betrachtet man sich die Struktur realer Ethernet- und Token-Ring-Netzwerke, wird man immer wieder auf Analogien zur Sternstruktur stoßen.
Ein auf Ethernet basierendes LAN größeren Umfangs besteht nur selten aus einem einzelnen Bussystem. I.d.R. werden mehrerer solcher Busse gekoppelt, häufig gar in einer zentralen Komponente (allgemein als »Sternkoppler« bezeichnet) , sodass tatsächlich eine Sternstruktur resultiert. Je nach »Intelligenz« der Komponente fügt sie die einzelnen Stränge des Netzes zu einem großen Bussystem zusammen, indem sie alle Daten ohne Rücksicht auf deren Zieladresse in jeden Anschluss einspeist oder aber sie »filtert« die Pakete und reicht sie nur in den Teil des Netzwerks weiter, indem der Empfängerrechner liegt.
Auch bei Token-Ring-Netzwerken mit mehreren Teilnehmern werden keine kilometerlangen Leitungen verlegt. Der Ring selbst ist in einem einzelnen Hardwarebaustein (»Ringleitungsverteiler«) realisiert, von welchem aus Stränge zu den einzelnen Rechnern gehen. Rein optisch gleicht es somit einem Stern.
2.2 Die Elemente eines Netzwerks
Um die einzelnen Endgeräte (Computer, Terminals, Netzwerkdrucker etc.) miteinander zu koppeln, gelangen verschiedenste Komponenten zum Einsatz. Eine grobe Unterteilung erfolgt anhand der Signalbehandlung. Für Bauteile, die Signale unverändert weiter reichen, wird oft der Begriff der passiven Komponente angewandt. Demzufolge sind aktive Komponenten Elemente, die eine Signalaufbereitung vornehmen. Den Aufgaben der wichtigsten Verteter beider Gruppen soll sich die folgende Abhandlung widmen.
