Grundlagen Netzwerktechnik
- Den Begriff Netzwerk-Topologie erklaeren und die Grundformen Bus, Ring, Stern und Mesh unterscheiden koennen
- Vor- und Nachteile der Topologien benennen und beurteilen koennen, welche heute eingesetzt wird
- Den Aufbau einer IPv4-Adresse beschreiben und in Binaer- und Dezimaldarstellung umwandeln koennen
- Die historischen IP-Klassen A, B und C einordnen und die Probleme der Klasseneinteilung erklaeren koennen
- Eine moderne IPv4-Adresse mit Subnetzmaske in Netz- und Hostanteil zerlegen koennen
- Netz-ID, Broadcast-Adresse und nutzbaren Hostbereich fuer ein gegebenes Subnetz berechnen koennen
Was ist ueberhaupt ein Netzwerk?
Ein Netzwerk ist eine Verbindung von zwei oder mehr Geraeten, die untereinander Daten austauschen koennen.
Schon ein Drucker, der per Kabel an einem PC haengt, ist im weitesten Sinne ein Mini-Netzwerk. Spannend wird es, sobald viele Geraete dazukommen - PCs, Drucker, Server, Smartphones, Kameras.
- Endgeraete (PCs, Smartphones, Server) - die senden und empfangen
- Verbindungselemente (Kabel, WLAN, Switch, Router) - sie transportieren die Daten
- Regeln (Protokolle wie TCP/IP) - sie sorgen dafuer, dass alle einander verstehen
Endgeraete sind die Haeuser, Kabel sind die Strassen, und Protokolle sind die Verkehrsregeln. Ohne Strassen kommt nichts an, ohne Regeln gibt es Chaos.
🤔 Warum brauchen wir eine Struktur?
Stellen Sie sich 50 PCs in einem Buero vor. Niemand hat sich Gedanken gemacht, wie sie verbunden werden sollen. Drei Fragen tauchen sofort auf:
- Wie werden die Geraete verkabelt? → Topologie
- Wer ist wer? → IP-Adressen
- Wer gehört zum gleichen Netz? → Subnetzmaske
Wir gehen genau diese drei Fragen Stueck fuer Stueck durch: Teil 1: Topologien (physische Struktur) Teil 2: IP-Adressen historisch (Klassen A/B/C) Teil 3: Moderne IPv4 mit Subnetzmaske
Topologie
🔗 Was ist eine Topologie?
Der Begriff Topologie kommt aus der Mathematik und bedeutet so viel wie »Lehre von der Anordnung«. Im Netzwerk-Kontext beschreibt sie:
- Wie sind die Geraete im Netzwerk miteinander verbunden?
Man unterscheidet zwei Sichtweisen:
| Sicht | Beschreibung |
|---|---|
| Physische Topologie | Wie laufen die Kabel tatsaechlich? |
| Logische Topologie | Wie fliessen die Daten aus Sicht der Software? |
Die vier Grundformen, die wir uns ansehen:
- Bus - alle an einem Kabel
- Ring - alle im Kreis
- Stern - alle an einem Zentrum (heute Standard)
- Mesh - jeder mit (fast) jedem
📍 Bus-Topologie - der Aufbau
In der topologie">Bus-Topologie haengen alle Geraete an einer einzigen Leitung - dem Bus. Sendet ein Geraet, laufen die Daten ueber das gesamte Kabel, und alle anderen hoeren mit. Aber nur der angesprochene Empfaenger nimmt das Paket an.
An beiden Kabelenden sitzt ein Abschlusswiderstand (Terminator). Er »schluckt« das Signal am Kabelende - sonst wuerde es zurueckreflektieren und Stoerungen verursachen.
⚖️ Bus-Topologie - Vor- und Nachteile
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| Wenig Kabel, einfacher Aufbau | Kabelbruch → ganzes Netz tot |
| Guenstig in der Anschaffung | Nur ein Geraet kann gleichzeitig senden |
| Einfach zu erweitern | Schwer zu warten, Fehlersuche aufwendig |
| Geringer Platzbedarf | icherheit: jeder hoert alles mit |
topologie">Bus-Topologie war typisch fuer alte Koaxial-Netze (10BASE2 / Cheapernet) in den 1980ern und fruehen 1990ern. In modernen Buero-LANs findet man sie praktisch nicht mehr. Wichtig fuers Verstaendnis, weil das Konzept »alle hoeren mit« bei WLAN bis heute aehnlich funktioniert.
Damit nicht alle gleichzeitig senden, gab es das Verfahren CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): Vor dem Senden hoert das Geraet, ob die Leitung frei ist. Senden trotzdem zwei gleichzeitig, wird die Kollision erkannt - beide warten eine zufaellige Zeit und versuchen es erneut.
🔁 Ring-Topologie
Die Geraete sind in einem geschlossenen Kreis verbunden. Daten wandern in eine Richtung von Geraet zu Geraet, bis sie beim Empfaenger ankommen.
Um zu vermeiden, dass mehrere Geraete gleichzeitig senden, gibt es das Token-Verfahren: Ein digitaler »Stab« (Token) kreist im Ring. Nur wer den Token gerade hat, darf senden. Danach gibt er ihn weiter.
Weil immer nur ein Geraet senden darf, koennen keine zwei Pakete gleichzeitig auf der Leitung sein. Dafuer ist die Wartezeit berechenbar - wichtig in Industrie-Netzen.
⚖️ Ring-Topologie - Vor- und Nachteile
| Vorteile | Nachteile |
|---|---|
| Keine Kollisionen (durch Token) | Ausfall eines Geraets bricht den Ring |
| Faire Bandbreitenverteilung | Erweiterung erfordert Unterbrechung |
| Berechenbare Wartezeiten | Pakete laufen evtl. lange »rum« |
- IBM Token Ring (4 / 16 Mbit/s) war in den 1990ern ein ernstzunehmender Konkurrent zu Ethernet
- FDDI nutzte sogar einen Doppelring aus Glasfaser fuer hohe Ausfallsicherheit - faellt ein Ring aus, uebernimmt der zweite
- Heute: Industrieautomation (z. B. PROFINET MRP) und Provider-Backbones nutzen noch Ring-Strukturen
