Grundsätzliches. Grundsätzliche Überlegungen zu Netzwerken Stand : Juli 2006

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1 Grundsätzliches Grundsätzliche Überlegungen zu Netzwerken Stand : Juli 2006

2 Netzanforderungen und - probleme Radikale Designänderungen während des Baus / der Gestaltung von Netzwerken, daher unberechenbare Störungen Enormer Druck zu immer mehr Funktionalität/Qualität, daher viele Abhängigkeiten Vielzahl von Anwendungen über Netze, daher komplex zu beurteilen. Großer Entwurfsspielraum, daher variantenreich Zahlreiche Kriterien für Qualität von der Physik bis hin zu Human Interface, daher unübersichtliches Verhalten Echtzeit! Eine harte Forderung, weil Zeit die Qualität relativiert Komplexität / Heterogenität / Flexibilität viele Standards Management der Netze zwar anpassbar, aber komplex und fehlerhaft

3 Netzwerkaufgaben Erreichbarkeit Ein Netzwerk aus Knoten und Kanten(Verbindungen) ist eine Möglichkeit, jeden Knoten für jeden anderen Knoten erreichbar zu machen. Ressourcen-Sharing Ein Netzwerk gestattet die Realisierung von Redundanz bei der Nutzung von Ressourcen - z.b. viele CPUs, mehrere Drucker, mehrere Fileserver, mehrere Mail-Server Ausfallsicherheit Redundante Netzknoten, alternative Routen, z.b. Router im Internet, verteilte Bearbeitung

4 Netzwerkbasiselemente Knoten oder Rechner, die die Nutzer des Netzes darstellen Infrastrukturkomponenten, die die einzelnen Knoten zu einem logischen Gebilde miteinander verknüpfen Physikalische Verbindungen zwischen Rechnern und Infrastrukturkomponenten

5 Eigenschaften eines Netzwerks Räumliche Trennung : Verzögerung der Signale, Übertragungsdauer Unabhängigkeit der Knoten : Rechner handeln autonom Heterogenität der Knoten : Die Knoten des Netzes unterscheiden sich hinsichtlich Hardware, Betriebssystem und Anwendung

6 Ziele von Netzwerken Datenverbund : Zugriff auf räumlich verteilte Daten Lastverbund : optimale Prozessorauslastung - Verteilung der Rechenlast zu Spitzenzeiten Funktionsverbund : Erweiterung lokaler Funktionalität durch Zugriff auf gemeinschaftliche Ressourcen Leistungsverbund : algorithmische Zerlegung eines Problems und Verteilung auf mehrere Knoten Verfügbarkeitsverbund : Erreichung einer Mindestleistung bei Ausfall einzelner Komponenten - Steigerung der Verfügbarkeit des Gesamtsystems

7 Netzstruktur Teilstreckennetz (Store-and-Forward) : explizite Übertragung einer Nachricht an einen Empfänger in isolierten Paketen mit Zwischenspeicherung unter Ausnutzung von Wegewahlverfahren. Verfahren im WAN Diffusionsnetze (Broadcast) : Nachricht erreicht alle angeschlossenen, aktiven Knoten, Empfänger wählt an ihn gerichtetes Paket aus - Shared Media-Verfahren im LAN.

8 Strategische Aspekte Skalierbarkeit : Einem LAN müssen problemlos weitere Knoten hinzuzufügen sein Robustheit : Die Netzinfrastruktur muss durch Stabilität und Fehlertoleranz geprägt sein Migration : Das Netzdesign muss den leichten Übergang auf neuere Techniken und Netztopologien zulassen Autokonfiguration : neue Netzkomponenten müssen ohne großen Aufwand integrierbar sein

9 Verbindung: PC-Netzwerk

10 PC: Netzwerkkonfiguration

11 Konfigurationsdaten

12 Netzwerkverbindungstest: Ping Traceroute Ping

13 Netzwerktypen Local Area Networks LAN Metropolitan Area Networks MAN Wide Area Networks WAN Storage Area Networks SAN Virtual Private Networks VPN Wireless Local Area Networks - WLAN

14 Local-area Networks (LANs)

15 Metropolitan-Area Network (MANs) Netze mit regionale Ausdehnung Durchmesser bis 100 km

16 Wide-area Networks (WANs) Netzwerk für unbegrenzten geographischen Bereich Router als Kopplungskomponenten Beispiel: Internet

17 Storage-Area Networks (SAN) Separates Speichernetzwerk

18 Virtual Private Networks (VPNs) Sicheres Netz über unsicheres Internet zur Anbindung entfernter Standorte oder Rechner

19 Netzwerktopologien Aufbau von Netzwerken

20 Netztopologien: Bewertungsmerkmale Definition : räumliche Anordnung der Rechner und ihre Verbindung zu einem physikalischen Netz Bewertungskriterien 1. Verhalten bei Schrumpfung/Erweiterung 2. Reaktion des Netzes auf Stations-/Leitungsausfall 3. Verkabelungsaufwand

21 Sterntopologie Kennzeichen : alle Netzknoten sind sternförmig um eine zentrale Vermittlungsstelle gruppiert Bewertung 1. leicht erweiterbar, keine Störung bei Stations- oder Leitungsausfall 2. hoher Verkabelungsaufwand, Totalausfall des Netzes bei Ausfall der zentralen Vermittlungsstelle 3. heute vorherrschendes Netzdesign

22 Ringtopologie Kennzeichen : Jede Station besitzt genau einen linken und einen rechten Nachbarn. Der Ring ist gerichtet, d.h. die Nachrichten werden in definierter Weise weitergeleitet. Bewertung 1. leicht erweiterbar, geringer Verkabelungsaufwand, Stationsausfall unproblematisch 2. Totalausfall des Netzes bei Leitungsausfall, bei inaktiven Stationen vergrößert sich Stationsabstand 3. Topologie des Token Ringes

23 Bustopologie Kennzeichen : Alle Stationen greifen auf ein gemeinsames, zentrales, wechselseitig benutztes Medium zu. Bewertung 1. leicht erweiterbar, geringer Verkabelungsaufwand, Stationsausfall unproblematisch 2. Totalausfall des Netzes bei Ausfall der zentralen Leitung 3. Topologie des Ursprungsethernets

24 Bustopologie - Graphik

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