Computer-Netze. Computer Netze. Verbundarten. Computer Nets. Verbundarten. Distributed Computer Systems:

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1 Computer Nets Distributed Computer Systems: collection of interconnected independent computers for independent tasks. 7 Computer-Netze Verbundarten Lastverbund: Aufteilung der Rechenlast (Jobs) auf mehrere unabhängige Rechner (kaum Datenaustausch) Funktionsverbund: Verbund spezialisierter Rechner. Die Funktion der einzelnen Rechner wird allen Rechnern des Verbunds zugänglich. Beispiel: Workstation + Datenbankrechner +Graphikworkstation Datenverbund: Mehrere Rechner haben Zugriff auf gemeinsame Daten Beispiel: Platzreservierung, Auskunftsysteme 1 2 Verbundarten Computer Netze Leistungsverbund: Mehrere Rechner stehen einer Aufgabe (Job) zur Verfügung (Beschleunigung) Beispiel: Parallelrechner. Zuverlässigkeitsverbund: Aufgabenverlagerung im Fehlerfall Beispiel: fehlertolerante Systeme Je nachdem, ob das Netz nur einer geschlossenen Teilnehmergruppe vorbehalten oder für alle zugänglich ist, unterscheidet man geschlossene oder offene Netze. Weitere Unterscheidungsmerkmale sind unter anderem - ihre Architektur - ihre räumliche Ausdehnung - die Art der Vernetzung und das verwendete Übertragungsmedium - die Betriebsart - das Zugriffsverfahren und 3 - das verwendete Protokoll 4

2 Components of Computer Nets Kommunikationsnetz Nodes (Knoten): Channels (Kanäle): Hosts (Wirtsrechner) Switching Nodes (Vermittlungsrechner) serial bus, point-to-point connection (Stichleitung) radio (Funk) etc. Kommunikations-Knoten: Vermittlungsrechner, Kommunikations-Kanäle: Bus, Stichleitung, Funk etc. Wirtsrechner (Host) Wirtsrechner Repeaters connect identical net segments Bridges connect different nets and forward data Routers route data to other nets by using global addresses 5 6 Bestandteile eines Rechnernetzes Repeater - Teilnehmercomputer, Hostcomputer, Hosts oder Stationen die am Verbundbetrieb beteiligten Computer mit jeweils eigenem Betriebssystem, - Nachrichtenkanäle oder ein Datennetz für die Verbindung der Teilnehmercomputer untereinander, Verbindet zwei gleichartige Netze - Kommunikationskomponenten, die die freizügige, wechselseitige Inanspruchnahme von Dienstleistungen durch die Teilnehmercomputer ermöglichen. Router, Bridges, Gateways 7 8

3 Bridges Verbindet zwei gleichartige Netz mit Wegewahl. Größere Übertragungskapazität (parallel) Ausfallsicherheit connect computer nets with different communication protocols. Gateways 9 10 Backbone, hier handelt es sich um die Verbindung einzelner Homogener Netze über ein weiteres besonders schnelles Netz, das dann als Backbone bezeichnet wird. Die Ankopplung an das Backbone erfolgt unter anderen mittels Router, Repeater oder einer Bridge. BACKBONE Backbones werden sowohl bei LAN s Die Anbindung als auch bei an das GAN s Backbone eingesetzt. Bekanntestes Beispiel ist hier wohl kann das über Internet, Bridges das letztlich dadurch Router oder entstanden Gateway ist, erfolgen. dass sich eine Vielzahl homogener Netze an das Hochgeschwindigkeitsnetz angebunden haben,welches führende amerikanische Forschungseinrichtungen miteinander verbindet. 11 Erreichbarkeit In einem Rechnernetz sind alle Teilnehmercomputer "logisch" erreichbar. Logische Erreichbarkeit bedeutet, daß die in das Verbundsystem integrierten Computer auch dann miteinander kommunizieren können, wenn keine physischen Direktverbindungen zwischen ihnen bestehen. Logische Erreichbarkeit wird aufgrund der logischen Adressierbarkeit der Computer erzielt. 12

4 Logische Netze Peer-to-Peer Net Peer Netzwerktopologie Pysikalischer und logischer Aufbau von Netzwerken. Pysikalisch meint dabei die Anordnung der einzelnen Netzwerkkomponenten und logisch den Datenfluß im Netz. Beispiele für Topologien Ring Man unterscheidet dabei drei Hauptstrukturen: - Ringstruktur - Busstruktur - Sternstruktur, und zwei weniger gebräuchliche Strukturen: - Vermaschte Struktur - Backbone

5 Vermittlungsarten Vermittlungsarten Leitungsvermittlung Vorteile: Sichere Datenübertragung Schnelle Datenübertragung Feste Übertragungszeiten Nachteile: Schlechte Auslastung des Netzes, besonders bei geringem Datenaufkommen, begrenzte Anzahl an Verbindungen, Fehlertoleranz Vermittlungsarten Übertragungsarten Paketvermittlung Nachteile: Keine feste Übertragungszeiten, Aufwendigere Protokolle Vorteile: Bessere Auslastung des Netzes, besonders bei geringem Datenaufkommen, Fehlertoleranz (a) Synchrone Übertragung Zusammen mit den Netzdaten wird ein Taktsignal übermittelt. Es ermöglicht dem Empfänger, sich in den Übertragungsvorgang einzu synchronisieren, einzelnen Bitsgruppen voneinander zu trennen und so die Daten eindeutig zu decodieren. (b) Asynchrone Übertragung Es wird kein Taktsignal übermittelt. 19 Eine eindeutige Decodierung der Daten kann nur dann erfolgen, wenn Sender und Empfänger dieselbe Datenübertragungsrate verwenden und spezielle Synchronisationsbits in den Datenstrom eingefügt werden. 20

6 (a) Synchrone Übertragung Übertragungsarten Zusammen mit den Netzdaten wird ein Taktsignal übermittelt. Es ermöglicht dem Empfänger, sich in den Übertragungsvorgang einzu synchronisieren, einzelnen Bitsgruppen voneinander zu trennen und so die Daten eindeutig zu decodieren. (b) Asynchrone Übertragung Es wird kein Taktsignal übermittelt. Übertragungsarten Eine eindeutige Decodierung der Daten kann nur dann erfolgen, wenn Sender und Empfänger dieselbe Datenübertragungsrate verwenden und spezielle Synchronisationsbits in den Datenstrom eingefügt werden. 21 Räumliche Abgrenzung von Netzwerken - Global Area Network (GAN), das sich über nationale Grenzen hinweg ausdehnt und zur Übertragung der Daten neben den herkömmlichen erdgebundenen Medien auch Satellitenverbindungen und Überseekabel in Anspruch nimmt und dessen bekanntester Vertreter das Internet ist; - Wide Area Network (WAN), das sich innerhalb nationaler Grenzen ausdehnt und über tausende Kilometer gehen kann, beispielsweise das Telefonnetz der Telekom usw.; - Metroplitan Area Network (MAN), das wie der Name schon sagt, sich innerhalb den Grenzen eines Stadtbezirks bewegt und zunehmend an Bedeutung gewinnt; - Local Area Network (LAN), das häufig auch als Inhouse Netz bezeichnet wird und sich auf ein oder mehrere Gebäude, jedoch maximal auf eine private Grundstücksfläche beschränkt 22 LAN Interconnect Network of workstation within a building Ethernet (IEEE802.3) Eine sehr populäre Netzwerkform ist das sogenannte Ethernet, das bereits Anfang der 70er von der Firma XEROX entwickelt und 1980 vorgestellt wurde. Ethernet wird in der Regel als Busnetz aufgebaut und die angeschlossenen Stationen werden mittels Tranceiver, mit dem Verbindungsmedium, meist Koaxialkabel, verbunden. Als Koaxialkabel kommen das sogenannte Thick-Ethernet oder Yellow-Cable und das Thin-Ethernet oder Cheapernet zum Einsatz. Die Zahl der angeschlossenen Stationen und die Kabellänge der einzelnen Segmente ist begrenzt

7 Ethernet-Protokoll CSMA/CD CSMA/CD (IEEE 802.3) Beim Carrier Sense Multiple Acces with Collision Detection kurz CSMA/CD-Protokoll, wird durch die sendewilligen Stationen vor dem Senden geprüft, (Carrier Sense) ob die Leitung frei ist und wenn ja, werden die Datenpakete versandt. Kollisionen auf dem Bus werden durch Wiederholen des Zugriffs und verzögertes Warten aufgelöst Ringstruktur Die bekanntesten Vertreter für Ringnetze sind der - Token-Ring von IBM und das - Fiber Distributed Data Interface kurz FDDI Vorteile sind die leichte Fehlererkennung und der geringe Verkabelungsaufwand. Nachteilig wirkt sich die Tatsache aus, daß bei Ausfall eines Teilnehmers das ganze Netz lahmgelegt wird. Dem kann durch die Verwendung eines sogenannten Doppelrings entgegengewirkt werden, der als redundantes System in Umgebungen, wo es auf höchste Datensicherheit ankommt, verwendet wir. Token Ring (IEEE 802.5) Neben Ethernet ist das Token-Ring Verfahren die wohl am häufigsten eingesetzte Vernetzungsart im LAN Bereich. Token-Ring wurde Mitte der 80er von IBM vorgestellt und ermöglicht neben der ausschließlichen Verbindung von PC s auch die gleichberechtigte Verwendung von Großrechnern und Pc s im Netzwerk. Token-Ring Netzwerke werden, wie durch den Namen ausgedrückt, ringförmig vernetzt. Der eigentliche Ring wird dabei nicht durch die einzelnen Stationen gebildet, sondern über den sogenannten MAU (Multistation Access Unit), Ringleitungsverteiler, realisiert. Die Stationen werden mittels zweier Kabel, von denen eines von der Mau zur Station und eins von der Station zu Mau führt, mit dem Ringverteiler verbunden

8 LAN-Protokoll:Token Passing Token Ring Passing (IEEE 802.5) Beim Token Ring Passing kreist ein Nachrichtenrahmen ständig in einem logischen Ringnetz. In diesem als Token bezeichneten Datenrahmen wird durch eine spezielle Bitfolge im Flagfeld angezeigt, ob der Datenrahmen ansonsten leer ist oder gerade Informationen gesendet werden. Da das Token im Ring von Station zu Station geschickt wird und es nur einen Token gibt, kann natürlich nur die Station senden, die gerade im Besitz des Token ist, weshalb eine Datenkollision ausgeschlossen ist Token Bus Passing (IEEE 802.4) Das Token Bus Passing arbeitet im Prinzip ähnlich wie das Token Ring Passing, nur dass es hier keine tatsächlichen Nachbarn gibt. Bei einer Busstruktur sind die Rechner nicht miteinander, sondern direkt an den zentralen Bus gekoppelt. Die für das Token Passing benötigten Nachbarstationen werden deshalb mit Hilfe ihrer physikalischen Adressen gebildet. Auf diese Weise ist es möglich, einen logischen Ring zu bilden und den Token, genau wie beim physikalischen Ring, von Station zu Station weiterzureichen. Slotted Ring Beim Slotted Ring kreist im Netzring permanent ein Datenrahmen, der sowohl für die Versendung einzelner Datenpakete, als auch für einen kontinuierlichen Datenstrom verwendet werden kann. Der Datenrahmen ist dafür in einzelne feste Bereiche eingeteilt, die bei der Paketversendung die erforderlichen Daten (Adressen und zusendende Daten) aufnehmen und weiterreichen, oder bei einem kontinuierlichen Datenstrom als Zeitscheiben konstanter Länge den Übertragungsrahmen in Kanäle teilen, die dann über eine zentrale Netzwerksteuerung den an der Datenübertragung beteiligten Stationen zugeordnet werden. Zur Datenübertragung wird bei der IEEE das Breitbandverfahren genommen

9 Slotted Ring FDDI FDDI- Ring Vorteile: deterministisches Verhalte leichte Fehlererkennung Fehlertoleranz möglich Räumliche Abgrenzung von Netzwerken Internet Netz aller Netze - Global Area Network (GAN), das sich über nationale Grenzen hinweg ausdehnt und zur Übertragung der Daten neben den herkömmlichen erdgebundenen Medien auch Satellitenverbindungen und Überseekabel in Anspruch nimmt und dessen bekanntester Vertreter das Internet ist; - Wide Area Network (WAN), das sich innerhalb nationaler Grenzen ausdehnt und über tausende Kilometer gehen kann, beispielsweise das Telefonnetz der Telekom usw.; - Metroplitan Area Network (MAN), das wie der Name schon sagt, sich innerhalb den Grenzen eines Stadtbezirks bewegt und zunehmend an Bedeutung gewinnt; - Local Area Network (LAN), das häufig auch als Inhouse Netz bezeichnet wird und sich auf ein oder mehrere Gebäude, jedoch maximal auf eine private Grundstücksfläche beschränkt 35 36

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