IT-Systemelektroniker Arbeitskunde

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1 CBT-Arbeitsheft Lehrer-Version

2 Seite 1 ÜBERSICHTSSEITE Titel Themen Einleitung Netzwerk - Topologien Zeit / Unterrichtsraum 2 Unterrichtsstunden / Klassenraum Einführung Ziel der Übung erklären. Lernziele besprechen und erläutern Den Aufbau, die Funktion und die Anwendung von n erklären. Themenbezogene Erklärungen und Darstellungen vom Schüler nachmachen und erklären lassen. Lernziele Der Schüler sollte: den Aufbau, die Funktion und die Anwendung von n kennen. Nach Durchführung der Themen eine Bewertung vornehmen, die eine Aussage über den Erfolg der Arbeit des Schülers ermöglicht. Vorbereitung Beispiele für und Topologien auswählen CBT/WBT - Arbeitssicherheit und Umweltschutz Lehrhilfsmittel CBT/WBT -

3 Seite 2 Einleitung Die Topologie eines Netzwerks ist die geometrische Anordnung der Netzwerkknoten. Im Netzwerkbereich haben sich fünf grundlegende Topologien, die Vermaschte-, Ring-, Bus-, Stern- und Baumtopologie durchgesetzt. In größeren n werden häufig Mischformen dieser Topologien auftreten. Local Area Network (LAN) Ein lokales Netzwerk ist laut ISO ein innerhalb von Grundstücksgrenzen unter rechtlicher Kontrolle des Benutzers befindliches Netzwerk für die bitserielle Übertragung von Informationen zwischen dessen unabhängigen, miteinander gekoppelten Elementen. Der Betreiber eines LANs ist also nicht von Telekommunikationsunternehmen abhängig. Sie verfügen über relativ hohe Übertragungsgeschwindigkeiten, weil üblicherweise nur ein Kabeltyp verwendet wird. Die Kabellänge ist dabei auf höchsten 10 Km begrenzt. Die beiden wichtigsten Komponenten eines LAN sind der Datei-Server (Hardware) und das Netzwerkbetriebssystem (Software).

4 Seite 3 Metropolitan-Area Network (MAN) Ein MAN erstreckt sich über eine Stadt. Die Größe überschreitet selten 100 Km und besteht in der Regel aus unterschiedlicher Hardware und Übertragungsmedien. MANs werden üblicherweise verwendet, wenn es nötig ist, verschiedene Netze einer Stadt miteinander zu vernetzen. Die beiden wichtigsten Komponenten eines MANs sind Sicherheit und Standardisierung. Viele Benutzer scheuen sich noch MANs zu nutzen, da sie sich um die Sicherheit ihrer persönlichen Daten sorgen. Wide Area Network (WAN) Ein Weitverkehrsnetz ist ein LAN aus LANs. WANs verbinden Netze innerhalb eines Landes in verschiedene Städten, oder auch Ländern, oder auch Kontinenten. Der Unterschied zum GAN (Global Area Network) ist, dass das WAN vollständig unter Kontrolle einer Organisation, Firma oder Behörde steht. Das GAN, wie zum Beispiel das Internet, unterliegt der Kontrolle von vielen Organisationen, Firmen oder Behörden.

5 Seite 4 Netzwerk-Topologien Masche Die vollständig vermaschte Topologie ist ein Datennetzwerk, in dem die Knoten auf mehreren Wegen miteinander verbunden sind, jedoch nicht notwendigerweise jeder mit jedem. Diese Struktur, die vorwiegend bei Weitverkehrsnetzen anzutreffen ist, hat immerhin den Vorteil, dass bei Staus oder Leitungsunterbrechungen zwischen einzelnen Knoten alternative Wege benutzt werden können. Ein Netz mit einer vollständig vermaschten Topologie erhält man, auf Basis einer Schaltmatrix oder Vermittlung, wenn jeder der n Knoten mit den n-1 Nachbarknoten verbunden wird. Vorteile: "jeder" kann mit "jedem" direkt kommunizieren mehrere Verbindungen gleichzeitig möglich sehr hohe Ausfallsicherheit defekte Direktverbindungen können z.t. durch geschicktes Schalten umgangen werden hohe Geschwindigkeit, auch bei zusätzlichen Stationen Nachteile: sehr aufwendige Verschaltung üblicherweise hohe Kosten umfangreiche, von den einzelnen Knoten abzuwickelnde Übertragungssteuerung Anwendungsgebiet: hohe Komplexität nur für Spezialsysteme: z.b. Hochleistungsrechner, (Prozessoren voll vermascht) Teilweise vermaschte Systeme z. B. bei mehreren Standorten (Server vermascht, um ständigen Datenabgleich zu gewährleisten) Beispiel: WWW

6 Seite 5 Stern Bei der Sterntopologie sind die beteiligten Rechner sternförmig direkt an einem zentralen Verteiler (Hub, Switch, Server) angeschlossen. Wir unterscheiden zwischen einem aktivem und einem passivem Stern: Der aktiver Stern bezieht sich auf Steuerung des Zugriffs. Der Hub bestimmt, welche Station sendet bzw. empfängt. Beim passiven Stern ist der Hub bei der Zugriffssteuerung neutral. Die Zugriffssteuerung liegt ausschließlich bei den Stationen. Vorteile: einfache und kostengünstige Netzsteuerung und Kontrolle gleicher Datenbestand für alle Knoten leicht erweiterbar keine Störung des Netzwerks bei Ausfall eines beteiligten Rechners Nachteile: bei Ausfall der Schaltzentrale keine Kommunikation mehr möglich höhere Verkabelungskosten Anwendungsgebiet: hauptsächlich kleine Netze Beispiel: Ethernet (Hub, Switch) TDMA CSMA/CD Token Zugangsverfahren StarLAN

7 Seite 6 Baum Die Baumtopologie ist dadurch gekennzeichnet, dass ausgehend von einer Zentrale eine Menge von Verzweigungen zu weiteren Knoten existiert, die bis auf die letzte Stufe wiederum die gleiche grundsätzliche Struktur mit weiteren Verzweigungen aufbauen. Die einzelnen Knoten werden als Stern mit übergeordneten Ebene verbunden. Vorteile: besonders für ohnehin hierarchische Strukturen geeignet die in WANs organisiert sind (z.b. Mailboxnetze) gesamte Leitungslänge, sowie Komplexität der Schaltzentralen vermindert Nachteile: Ausfall eines Rechners kann das gesamte Netzwerk stören bzw. die hierarchisch unter ihm liegenden Rechner Leistungsengpaß: Schaltzentralen bzw. Verbindungen über mehrere Ebenen nicht "abhörsicher" Anwendungsgebiet: z.b. öffentliches Telefonnetz, auf dem auch ISDN basiert Aber nicht immer ist eine Verbindung in Sterntopologie über alle Ebenen gegeben. Vor allem Verbindungen in höheren Ebenen der nationalen Telefonnetze bzw. die Verbindung nationaler Netze untereinander werden oftmals durch vermaschte (wenn auch nicht vollständig vermaschte) Topologie durchgeführt Beispiel: 100Base-AnyLan IEEE MAN IEEE 802.6

8 Seite 7 Ring Eine Netzwerktopologie, bei der das Kabel einen geschlossenen Ring oder Kreis bildet. Alle Netzknoten sind zu einem Kreis zusammengeschlossen. Jeder Knoten leitet die Daten über Repeater weiter (Signalverstärkung). Die Daten durchlaufen den Ring unidirektional. Der Ring erfordert eine verteilte Kontrolle des Netzwerkzugriffes, um Konflikte auf den Ring zu vermeiden. Vorteile: geringe Verkabelungskosten Anzahl der Rechner theoretisch unbegrenzt, da durch Signalregeneration keine Ausdehnungsbeschränkung besteht keine Datenkollisionen Nachteile: Ausfall eines Rechners stört das gesamte Netzwerk die Reaktionszeit kann bei großen Ringen sehr lang sein nicht "abhörsicher" Anwendungsgebiet: große Netze (strenge Zugangsregelung keine Datenkollisionen) Beispiele: Token Ring FDDI

9 Seite 8 Bus Bei der Bus-Struktur sind alle Teilnehmerstationen an ein gemeinsames Übertragungsmedium angeschlossen. Die ist eine passive Leitung. Es werden keine Schaltzentralen zur Kontrolle des Datenflusses bzw. zur Steuerung des Zugriffes benötigt. Es ist ein gemeinsamer Zugriff auf das Übertragungsmedium, wobei Zugriffssteuerung entweder zentral durch Busmaster oder verteilt durch Zugriffsprotokoll erfolgen kann. Vorteile: keine Störung des Netzwerks bei Ausfall eines beteiligten Rechners geringe Verkabelungskosten und i.d.r. kein Hub nötig leicht erweiterbar Nachteile: Kabelbruch bedeutet den Ausfall des gesamten Netzwerks Kabelfehler sind schwer zu orten Netzwerkknoten teilen Bandbreite des Übertragungsmediums Engpass nicht "abhörsicher" Anwendungsgebiet:, die weniger intensiven Datenaustausch zwischen zwei Stationen erfordern Beispiel: Ethernet IEEE Token Bus

10 Seite 9 TEST 1. Welche Aussagen für ein LAN sind richtig, welche falsch? Streichen Sie falsche Aussagen: Es ist ein lokales Netzwerk. Es ist ein Internationales Netzwerk. Es ist unabhängig von Telekommunikationsunternehmen. Die Kabellänge ist auf 10 km begrenzt. 2. Welche Aussagen für ein MAN sind richtig, welche falsch? Streichen Sie falsche Aussagen: Ein MAN erstreckt sich über eine Stadt. Es ist ein Internationales Netzwerk. Die Kabellänge ist auf 100 km begrenzt. Die Kabellänge ist auf 10 km begrenzt. 3. Welche Aussagen für ein WAN sind richtig, welche falsch? Streichen Sie falsche Aussagen: Es ist ein Weitverkehrsnetz. Es ist nur ein Internationales Netzwerk. Es verbindet Netze innerhalb eines Landes, Ländern und Kontinenten. Es ist vollständig unter der Kontrolle einer Organisation, Firma oder Behörde. 4. Welche Aussagen für ein GAN sind richtig, welche falsch? Streichen Sie falsche Aussagen: Es ist ein Weitverkehrsnetz. Es ist nur ein Internationales Netzwerk. Es ist unterliegt der Kontrolle vieler Organisationen, Firmen oder Behörden. Es ist vollständig unter der Kontrolle einer Organisation, Firma oder Behörde. 5. Welche Netzwerkarten gibt es? 6. Welche Aussagen sind richtig, welche falsch? Streichen Sie falsche Aussagen: Bei einem Maschennetzwerk kann "jeder" mit "jedem" kommunizieren. Bei einem Sternnetzwerk gibt es keine Störung beim Ausfall eines Rechners. Bei einem Sternnetzwerk sind die Verkabelungskosten sehr niedrig. Bei einem Ringnetzwerk ist bei Ausfall eines Rechners das gesamte Netzwerk gestört. Das Ringnetzwerk ist "abhörsicher". Bei einem Baumnetzwerk gibt es keine Störung beim Ausfall eines Knotens.

11 Seite 10 TEST - Lösungen 1. Welche Aussagen für ein LAN sind richtig, welche falsch? Streichen Sie falsche Aussagen: Es ist ein lokales Netzwerk. Es ist ein Internationales Netzwerk. Es ist unabhängig von Telekommunikationsunternehmen. Die Kabellänge ist auf 10 km begrenzt. 2. Welche Aussagen für ein MAN sind richtig, welche falsch? Streichen Sie falsche Aussagen: Ein MAN erstreckt sich über eine Stadt. Es ist ein Internationales Netzwerk. Die Kabellänge ist auf 100 km begrenzt. Die Kabellänge ist auf 10 km begrenzt. 3. Welche Aussagen für ein WAN sind richtig, welche falsch? Streichen Sie falsche Aussagen: Es ist ein Weitverkehrsnetz. Es ist nur ein Internationales Netzwerk. Es verbindet Netze innerhalb eines Landes, Ländern und Kontinenten. Es ist vollständig unter der Kontrolle einer Organisation, Firma oder Behörde. 4. Welche Aussagen für ein GAN sind richtig, welche falsch? Streichen Sie falsche Aussagen: Es ist ein Weitverkehrsnetz. Es ist nur ein Internationales Netzwerk. Es ist unterliegt der Kontrolle vieler Organisationen, Firmen oder Behörden. Es ist vollständig unter der Kontrolle einer Organisation, Firma oder Behörde. 5. Welche Netzwerkarten gibt es? Masche Stern Baum Ring Bus 6. Welche Aussagen sind richtig, welche falsch? Streichen Sie falsche Aussagen: Bei einem Maschennetzwerk kann "jeder" mit "jedem" kommunizieren. Bei einem Sternnetzwerk gibt es keine Störung beim Ausfall eines Rechners. Bei einem Sternnetzwerk sind die Verkabelungskosten sehr niedrig. Bei einem Ringnetzwerk ist bei Ausfall eines Rechners das gesamte Netzwerk gestört. Das Ringnetzwerk ist "abhörsicher". Bei einem Baumnetzwerk gibt es keine Störung beim Ausfall eines Knotens.