Netzwerk-Special - Seite 8

Hardware

Welche Hardware ist notwendig, um ein LAN aufzubauen? Für den heimischen Gebrauch ist für jeden Rechner eine Netzwerkkarte nötig und ein Hub/Switch (bei 2 Rechnern natürlich nicht). Wird aber z.B. bei einer Firma ein LAN installiert, so können noch weitere Komponenten nötig sein.

• Netzwerkkarte: Warum ist eine Netzwerkkarte (NIC = Network Interface Card) überhaupt notwendig, es würde doch ein Anschluss reichen!? Die Aufgaben könnte doch die CPU übernehmen, oder? An einem kleinen Beispiel ist sofort ersichtlich, dass dem nicht so ist:
  Annahme: 10Mbit/s (1.25MByte/s) LAN, mittlere Paketgrösse: 200 Byte

  (1,25 MByte/s) / (200 Byte) = 6250 1/s
  Somit wäre alle 160µs (6250x pro Sekunde) eine Paketanalyse notwendig, was auch bei schnellen Prozessoren einer starken Belastung entsprechen würde.

  Aufgrund dessen ist es notwendig, die CPU von der Aufgabe der Paketanalyse (Adressvergleich) zu entlasten. Jeder im LAN angeschlossene Computer besitzt eine eindeutige Hardwareadresse. Jedes zu übertragende Paket enthält die Hardware-Adresse des Senders und des Empfängers. Die Netzwerkkarte führt den Adressvergleich (ist das Paket an mich gerichtet?) ohne Belastung der CPU durch, es werden nur an den Computer gesandte Nachrichten durchgelassen. Ebenso ist es beim Senden. Die CPU gibt die Daten an die Karte und diese erledigt den Sendevorgang.

• Hub/Switch: Der grundsätzliche Unterschied dürfte mittlerweile bekannt sein, aber hier nochmals kurz zusammengefasst. Beim Hub handelt es sich topologisch um einen Bus. Es können immer nur 2 Stationen gleichzeitig miteinander kommunizieren, was die maximale Datenrate auf die Netztechnologie beschränkt (10MBit/s, 100MBit/s).
  Ein Switch (Vermittler), der aus einer Vielzahl von Bridges (siehe unten) besteht, kommt z.B. auf:
  max. Datenrate = N/2 * Datenrate (mit N = Anzahl der Ports)
  Bei der Vernetzung von 10 Rechnern können im Idealfall 5 Punkt-zu-Punkt Verbindungen gleichzeitig bestehen. Durch den Einsatz eines Switches wird der Grad des Parallelismus deutlich erhöht.

• Repeater: Da ein Signal nicht unendlich weit über eine Leitung übertragen werden kann, sind Repeater (Signalverstärker) nötig. Das Problem bei der Übertragung ist die Signaldämpfung, nicht wie man meinen könnte die Signalverzögerung. Doch auch die Verzögerung spielt eine Rolle und deshalb ist die maximale Anzahl von Repeatern auf 4 beschränkt. Den Einsatz kann man sich folgendermaßen vorstellen:
  In einem 4-stöckigem Haus ist jede Etage mit einem Bus-System vernetzt, jedoch ist die maximale Länge des Kabels auf jedem Stockwerk gerade erreicht. Es werden also die einzelnen Etagen mit Repeatern miteinander verbunden und können somit untereinander auch Daten austauschen.
  Die Nachteile von Repeatern liegen auf der Hand. Das Datenaufkommen von verschiedenen Segmenten wird auf die anderen übertragen, ebenso Störungen. Auch eine Kollision (CSMA/CD) wird auf alle Segmente verstärkt weitergegeben.
  Dies ist eine recht einfache Weise, um ein bestehendes LAN zu erweitern. Es ist nur auf die maximale Anzahl von Repeatern zwischen 2 Computern zu achten.

• Bridge: Auch eine Bridge verbindet 2 LAN-Segmente miteinander. Doch der eigentliche Sinn ist eine Leistungssteigerung, welche durch „Rahmenfilterung“ erreicht wird. Im Gegensatz zum Repeater überträgt sie nur vollständige fehlerfreie Pakete zwischen den LAN-Segmenten. Die Paketanalyse und das Weiterreichen fehlerfreier Pakete wird über eine spezielle Software realisiert. Eine Bridge ist als „normaler Teilnehmer/PC“ mit 2 Netzwerkkarten zu betrachten. Die vorhin genannten Nachteile (Übertragung von Störungen, Kollisionen) sind somit beseitigt. Die Funktionsweise ist folgende:
  Es bestehen 2 Netzwerke (Bus-Topologie), Segment 1 mit Rechnernummer 1-10 bzw. Segment 2 mit Rechnernummer 11-20, welche miteinander verbunden werden sollen. Es wird also eine Bridge als Verbindung installiert. Nun gibt es 2 Möglichkeiten die Bridge einzurichten: manuell oder selbstlernend.
  Manuell: Es werden die Rechnernummern jedes Segments in die Bridge eingegeben und somit konfiguriert. Will jetzt Rechner 11 an Rechner 20 eine Nachricht schicken, so bekommen das Segment 1 mit den Rechner 1-10 nichts davon mit. Nur wenn ein Rechner vom ersten Segment zu einem Rechner von zweiten Segment (oder umgekehrt) etwas senden will, werden die Daten durchgelassen. Das Datenaufkommen im gesamten Netz wird somit stark reduziert.
  Selbstlernend: Hier legt die Bridge die Tabelle, in der sie die Segmente verwaltet, selbst an. Wenn Rechner 1 an Rechner 20 etwas schickt, kommt aus dem zweiten Segment die Nachricht nicht zurück. D.h. diese beiden Stationen sind in verschiedenen Segmenten. Wenn jetzt 1 an 2 etwas schickt, wird die Anfrage auch in das 2.te Segment geleitet, von dort kommt es jedoch unbeantwortet wieder zurück. Somit ist klar, dass 1 und 2 im gleichen Segment sind. Nach einer gewissen „Vorlaufzeit“ ist die komplette Tabelle ausgefüllt und funktioniert wie oben beschrieben.

• Optische Modems: Die durch lange Leitungen verursachten Probleme wie Signaldämpfung und Signalverzögerung können durch Optische Modems etwas reduziert werden. Wie der Name schon vermuten lässt, handelt es sich hierbei um Modems, welche elektrische AUI (Attachment Unit Interface) – Signale in optische Signale (und umgekehrt) umwandelt. Somit können grossflächige Netze realisiert werden, natürlich nicht unbedingt für den Heimgebrauch gedacht.
• Funk-LAN: Was bisher noch gar nicht angesprochen wurde, ist die Möglichkeit, ein Netzwerk auf Funk-Basis aufzubauen. Diese Funk-Netzwerke sind zur Zeit immer stärker im kommen. Mit Datenübertragungsraten von 2-11MBit/s und einer Reichweite von ca. 100m ist diese Technologie erst ganz am Anfang ihres Potentials. Wie schon aus der Datenrate zu erkennen ist, wird hierbei auf der Ethernettechnologie aufgebaut.
  Bluetooth ist ebenfalls in aller Munde, mit 1MBit/s und 12 Metern Reichweite soll dies die Technologie schlechthin zur „Heimvernetzung“ werden. Die dabei verwendete Sendefrequenz liegt bei 2.45-GHz.