Ein "natürlicher" Parameter für eine erste Klassifizierung von Netzen, ist die geographische Ausdehnung des Netzes.

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1 Ein "natürlicher" Parameter für eine erste Klassifizierung von Netzen, ist die geographische Ausdehnung des Netzes. LAN (Local Area Network): Die wesentlichen Merkmale eines LAN s bestehen zunächst in Einer beschränkten Ausdehnung, die üblicherweise weniger als 10 km beträgt und sich in Deutschland nicht über öffentliches Gelände erstrecken darf, niedrigeren Übertragungsraten (z.z. zwischen 4 Mbps und mehrere 100 Mbps) als sie im Weitverkehrsnetzen WAN üblich sind (im Gbit-Bereich). LAN-MAN-WAN-GAN LANs können untereinander direkt, über MANs und WANs zu größeren Strukturen verbunden werden. Folgende Kriterien sollen für die Einordnung eines LAN erfüllt sein: Begrenzte geographische Ausdehnung. Stationsanzahl zwischen 2 und einigen Stationen sind (bei der Kommunikation) gleichberechtigt. Stationen teilen sich ein (nichtöffentliches) Medium. Verantwortung liegt in den Händen eines Betreibers. Eine Nachricht kann an alle Stationen gesendet werden (Broadcast) Georges Awad 1

2 MAN (Metropolitan Area Network): verwenden idr die gleiche Technik wie LANs und sollen sich über die Fläche einer Stadt ausdehnen. In Berlin existieren zwei MAN auf LWL-Fasern des Landes: ein Behördennetz und das Berlin Research Area Information Network BRAIN für Wissenschafts- und Hochschuleinrichtungen. BRAIN basiert auf der ATM-Technologie und arbeitet derzeit mit 155 Mbps bzw. 622 Mbps. LAN-MAN-WAN-GAN WAN (WIDE Area Network): überspannen ganze Länder und sind in der Regel öffentliche Netze. Sie sind im Besitz von mehreren Parteien; dem Betreiber des Netzes gehört das Kommunikationsnetz und den Teilnehmern gehören die einzelnen Hostrechner. GAN (Global Area Network): Dieses Netz arbeitet weltumspannend und verbindet - unter Verwendung von Satelliten - Rechner auf verschiedenen Kontinenten untereinander. Die Übertragung einer Nachricht von der Quelle zum Ziel kann hier einige Minuten betragen. Georges Awad 2

3 WAN Satelliten- Kommunikation WAN LAN-MAN-WAN-GAN MAN MAN MAN LAN LAN LAN LAN Georges Awad 3

4 TOPOLOGIEN Vollvermascht Stern Ring Baum Bus Georges Awad 1

5 Die Bus-Topologie Bussysteme sind bei LANs am meisten verbreitet und arbeiten nach dem Broadcast-Prinzip. Alle Stationen teilen sich genau eine (physikalische) Verbindung - d.h. nur eine Station kann zu einem Zeitpunkt erfolgreich mit anderen kommunizieren. Ein Signal pflanzt sich in beiden Richtungen des Busses fort und wird am jeweiligen Busende vernichtet, da der Busabschluß reflektionsfrei ausgeführt ist. TOPOLOGIEN Bus-Topologien weisen u.a. folgende Eigenschaften auf: Eine einzige Übertragungsleitung verbindet alle Stationen, was die Verkabelungslänge und daher auch die Installationskosten minimiert. Leichte Realisierung. Stationen können problemlos an- oder abgekoppelt werden. Die Übertragung erfolgt immer auf direktem Weg zwischen Sender und Empfänger. Es erfolgt keine Zwischenspeicherung der Informationen. Eine Unterbrechung des Kabels führt gewöhnlich zum Totalausfall des Systems. Die bekannteste Form der Busnetze ist das Ethernet. Georges Awad 2

6 Terminator T-Konnektor Konnektor Reisin Hypermedia 14

7 Die Ring-Topologie Bei dieser Topologie wird die Information in eine Richtung von Punkt zu Punkt (Station zu Station) innerhalb eines geschlossenen Systems weitergereicht. Die wichtigsten Eigenschaften dieser Topologie sind: TOPOLOGIEN Eine Leicht erweiterbare Struktur. Potentielle Verzögerungen durch das Zwischenspeichern an den involvierten Stationen des Ringes. Nicht nur Kabelbrüche, wie beim Bussystem, sondern auch Ausfälle einzelner Stationen können zum Gesamtausfall des Netzes führen. Die bekannteste Form der Ringnetze ist das Token-Ring-Netz von IBM. Die beiden Topologien, Ring und Bus, haben sich speziell bei PC-LANs bewährt und sind auf dem Markt stark vertreten. Georges Awad 1

8 Die Baum-Topologie Baumsysteme werden logisch wie Bussysteme verwaltet. Hier werden die Nachrichten von einer Station zur Wurzel (auch Head-end oder Kopfstation) gesendet, und von dort aus weiter an alle Stationen im Netz. TOPOLOGIEN Die Eigenschaften dieser Topologie sind: Sie läßt sich am besten an die Erfordernisse in einem Gebäude anpassen. Beim Ausfall eines Zweiges werden die restlichen Verbindungen aufrechterhalten. Der Ausfall der Wurzel legt jedoch das gesamte System lahm. Die Wurzel sollte zur Sicherheit redundant ausgeführt werden. Georges Awad 2

9 Die Stern-Topologie Ein Stern-Netzwerk besteht in der einfachsten Form aus einzelnen Punkt-zu- Punkt-Verbindungen. Alle Nachrichten laufen über einen zentralen Rechner, der je nach Zieladresse die Information an den gewünschten Empfänger weitergibt. TOPOLOGIEN Die Eigenschaften dieser Topologie sind: Zusätzliche Erweiterungen sind ohne großen technischen Aufwand möglich. Der Ausfall einer Station hat keinen Einfluß auf das Gesamtsystem. Der Ausfall des Stern-Rechners legt das gesamte System lahm. Georges Awad 3

10 ! P-zu-P-Netzwerke (Teilstrecken-NW bzw. Store-andforward-NW) " Vielzahl von Verbindungen zw. je zwei Rechnern. Art der Übertragung " Wenn 2 Rechner, die nicht direkt miteinander verbunden sind, miteinander kommunizieren wollen, müssen sie dies über weitere Rechner tun. " Speicherung der Nachrichten " Typische Topologie: Stern, Ring, Vollvermascht " WAN s werden vorwiegend als P-z-P- Netzwerke betrieben.! Broadcast-Netzwerke " Alle Rechner im Netz teilen sich einen einzigen gemeinsamen Kommunikationskanal. " Nachrichten, die von einem Rechner abgeschickt werden, können von allen anderen im Netz befindlichen Rechnern "abgehört" werden (z.b. Satellitenfunk). " Durch Einfügen der Empfängeradresse wird die Nachricht eindeutig zugeordnet (Namenrufen)! " Keine Speicherung der Nachrichten " Typische Topologie: Bus " LAN s werden vorwiegend als Broadcast-Netzwerke betrieben. P-zu-P / Broadcasting Georges Awad 1

11 Vermittlungstechniken Leitungsvermittlung (LV) Paketvermittlung (PV) Zellenvermittlung (Line Switching) (Packetswitching) (Cell-Switching) Vermittlung Verbindungsorientiert Verbindungslos (connection-oriented) (connection-less) Beispiele: Analoges Telefon Datex-P (X.25) IP (Internet) DQDB (Datex-M) ISDN ATM Georges Awad 1

12 Leitungsvermittlung LV wurde für das Telefonnetz entwickelt und wird auch heute hauptsächlich dafür eingesetzt. Vermittlung!!! " Analoges Telefon Vermittlungsstelle Vermittlungsstelle Vermittlungsstelle!!!#!!!!#!!!!!!!!!!! Georges Awad 2

13 Prinzip des TDM " Digitales Telefon: ISDN Das analoge Sprachsignal wird 8000 mal pro Sekunde abgetastet. Die abgetasteten Werte werden digitalisiert und durch 8 Bits codiert (PCM-Verfahren). Die Sprache wird somit als Folge von Zahlen zwischen 0 und 255 übertragen. Auf der anderen Seite wird das analoge Signal rekonstruiert. Die digitale Sprachübertragung benötigt daher eine Übertragungsrate von 8000 X 8 Bits = 64 Kbit/s Durch das Time Division Multiplexing TDM können nun mehrere Gespräche auf einen Draht übertragen werden. K A N A L K A N A L Vermittlung Rahmen Rahmen Georges Awad 3

14 A B C 8 D Die Aufgabe einer digitalen Vermittlungsstelle ist das Weiterleiten der Informationen eines Kanals zu einem anderen Kanal. 2 1 Vermittlungstabelle A B C D A B C D B C A D A 4 C B D Vermittlung Die Einträge in der Vermittlungstabelle werden beim Wählen (Verbindungsaufbau) eingefügt und beim Auflegen (Verbindungsabbau) wieder gelöscht. Georges Awad 4

15 Eigenschaften der Leitungsvermittlung: Verbindungsaufbau / Verbindungsabbau Reservierung von Ressourcen für die Verbindung (Draht bzw. Kanal werden ausschließlich für die Verbindung genutzt). Keine Zwischenspeicherung in den Vermittlungsstellen. Keine Flußkontrolle (Geschwindigkeitsanpassung). Keine Fehlerkontrolle. Gebühren für Verbindungsdauer. Vermittlung Vorteile der LV: Nachteile der LV: Keine Übertragungszeitschwankungen Garantierter Durchsatz Auch wenn keine Nutzdaten gesendet werden, entstehen Gebühren, da Ressourcen reserviert sind. Georges Awad 5

16 Paketvermittlung Die Datenübertragung ist typischerweise durch ein stark schwankendes Verkehrsaufkommen (Burstiness) charakterisiert. (LV ist nicht optimal für Datenübertragung). Vermittlung Die PV ist dadurch charakterisiert, daß auf den Leitungen Datenpakete mit variabler Länge und mit variablem Abstand übertragen werden. Die PV nutzt Netzressourcen nur bei Bedarf. Da sich die Zugehörigkeit der Daten zu einem Kanal nicht aus der Position in einem Rahmen erkennen läßt, werden die Datenpakete mit einem Header versehen. Man unterscheidet zwischen: Verbindungsorientierte (virtuelle Verbindung) wie z. B. bei X.25 oder Frame Relay; Die Adressierung erfolgt über eine virtuelle Kanalnummer (VC) im Paket-Header und verbindungslose (Datagramme) wie z.b. beim IP (Internet Protocol); Hier enthält der Paket-Header die vollständige Adresse des Senders und des Empfängers. Georges Awad 6

17 Datagramme Virtuelle Verbindung vs. Datagramm Pakete (Datagramme) werden als isolierte Einheiten betrachtet. Volle Quell- und Zieladresse in jedem Paket Pakete können außerhalb der Reihenfolge eintreffen, dupliziert werden oder verloren gehen. Keine Fehlerüberwachung. Für jedes Paket wird in einem Knoten eine Wegewahlentscheidung getroffen. Vorteile Primitiver als virtuelle Verbindungen, daher einfacher zu implementieren Kein Verbindungsaufbau und -abbau, deshalb niedriger Mehraufwand für kurze Verbindungen Virtuelle Verbindung perfekter Kanal durch das Netz Sicherstellung der Reihenfolge Fehlerüberwachung (verlorene und duplizierte Pakete) Flußsteuerung Verbindungsaufbau / DÜ / Verbindungsabbau Vorteile Niedriger Mehraufwand für die Adressierung während der Datenübertragung Keine Neusortierung oder Fehlerüberwachung im Endsystem nötig. Vermittlung Georges Awad 7

18 Zellenvermittlung Die ZV soll die Vorteile der LV und der PV integrieren. Zellen haben wie Pakete einen Header, das die Zugehörigkeit der Daten zu einer Verbindung kennzeichnet. Vermittlung Allerdings sind diese Pakete nicht variabel lang und haben keinen variablen Abstand, sondern sie haben eine konstante Länge (48 Bytes Daten und 5 Bytes Header) und bilden eine regelmäßige Zellenfolge. Stehen zu einem Zeitpunkt keine Daten zur Übertragung an, werden Leerzellen in den Zellenstrom eingefügt. Beispiele für Zellenbasierter Netze: DQDB (in Deutschland Datex-M), das auf die Nutzung eines gemeinsamen Übertragungsmediums beruht. ATM, das mit seinen Vermittlungsstellen (ATM-Switches) eher einem Telefonnetz als einem lokalen Datennetz ähnelt. Georges Awad 8

19 $ $ $ ATM-Netz $ $ $# $ $# $ Vermittlung $# $ $ $ $ $ Georges Awad 9

20 Klassifizierung von Netzen entsprechend ihrer Vermittlungstechniken und Topologien: Netze mit Netze mit gemeinsamen Medium Vermittlungsstellen Vermittlung Ethernet X.25 (Datex-P) Paketvermittlung Token-Ring Frame Relay FDDI Switched Ethernet 100Base-VG FDDI-ΙΙ ISDN Leitungsvermittl. DQDB (Datex-M) ATM Zellenvermittl. Georges Awad 10

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