Abschnittsübersicht

◄Allgemeines
►Voraussetzungen für Netzverbund und Datenübertragung: Netzzugangsschicht

    • Mit der Turingmaschine haben wir das mathematische Modell eines Rechners kennen gelernt und setzten uns mit den Grenzen des Systems auseinander. Im Anschluss analysierten wir die von-Neumann-Architektur und erkannten, dass damit ein universelles, praktisches Computermodell zur Verfügung steht. Der Leistungskurs konnte Bausteine der Architektur mithilfe von Logikgattern entwickeln. Nun geht es im nächsten Schritt um den Verbund von Computern um Daten auszutauschen oder Ressourcen zu teilen.

      Beginnen wir mit einem Blick zurück auf die Anfängen der Vernetzung in die Zeit des kalten Kriegs. Was war der Auslöser der Entwicklung? Wie ist daraus ein weltumspannendes Netz mit Milliarden von Nutzern geworden? Hier erfährst du das Wichtigste:

      Der Film ist Teil der Dauerausstellung "Das Netz" im Deutschen Technikmuseum Berlin: http://www.sdtb.de/Das-Netz.2474.0.html. 
      Creative Commons-Lizenz mit Quellenangabe: eyecatcher Medienproduktion GmbH

    • Analyse des E-Mail-Verkehrs Aufgabe

      Ein scheinbar einfacher Kommunikationsdienst ist der E-Mail-Dienst. Schauen wir ihn uns mal näher an (siehe AB).

      Analysieren Sie Voraussetzungen und Ablauf einer E-Mail-Kommunikation.
      Ermitteln Sie die übertragenen Daten.
      Schätzen Sie die Sicherheit der Kommunikation ein.

    • Vernetzte Systeme Aufgabe
      1. Erarbeiten Sie in der Gruppe eine Beschreibung für den Begriff "Rechnernetz - Vernetztes System".
      2. Erstellen Sie in der Gruppe eine Übersicht über Ihnen bekannte/genutzte Geräte zur Vernetzung.
        Wählen Sie dazu aus der Gruppe einen Schreiber und diktieren Sie diesem die Geräte. Sollten Bezeichnungen genannt werden, die nicht allen Teilnehmern bekannt sind, muss der nennende Schüler diese erläutern. 
        Ordnen Sie die gefundenen Geräte allgemeinen Zielen der Vernetzung zu. 
      3. Im Zusammenhang mit der Größe und der Struktur von Netzen werden wir zwischen LAN und GAN unterscheiden.
        Ermitteln Sie mithilfe des Lehrbuchs Schöningh S. 247f.
        • die Bedeutung der beiden Abkürzungen einschließlich der zugehörigen Oberbegriffe.
        • mögliche Strukturen für die Vernetzung (Verbindungsstrukturen) mit ihren Vor- und Nachteile.

    • Vernetzte Systeme

      Ein Rechnernetz ist ein Verbund von mehreren, voneinander unabhängig arbeitenden, selbstständigen Rechnern. Es wird beispielsweise eingesetzt für den

      • Datenverbund
        Gemeinsame Nutzung von Daten (z. B. Datenfreigaben, Datenanfragen, Cloudspeicher)
      • Betriebsmittelverbund
        Gemeinsame Nutzung von Soft- oder Hardware (z. B. Drucker, Programme auf Servern)
      • Lastverbund
        Verteilung der benötigten Rechenleistung und Verminderung der Antwortzeit von Systemen (z. B. Zusammenschaltung von Rechnern zur Berechnung kryptografischer Schlüssel oder zur Analyse von umfangreichen Datenmengen)
      • Kommunikationsverbund
        Nutzung zum Informationsaustausch (z. B. Kurznachrichten, E-Mail, Chat, Audio-/Video-Konferenz)
      • Wartungsverbund
        Fernadministration von Computern (z. B. Remotedesktop)

      Wir unterscheiden hinsichtlich der Netzausdehnung zwischen lokalen und nichtlokalen Netzen.

      • Lokale Netze (LAN - local area network)
        sind beispielsweise das Netz der Schule, das Netz im heimischen Bereich oder das Netz in einem Hotel. Sehr kleine lokale Netze, die oft nur zwischen zwei Endgeräten wie einem Bluetooth-Kopfhörer und einem Rechner aufgebaut werden, nennt man PAN - personal area network.
      • Nichtlokale Netze
        sind beispielsweise das Internet, das deutsche Forschungsnetz DFN oder das vernetzte Schulsystem des Landes. Diese Netze werden je nach Größe als GAN - global area network, MAN - metropolitan area netwerk oder WAN - wide area network bezeichnet.

      Die Topologie beschreibt die Struktur der Vernetzung. 

      • Das Internet besitzt eine vermaschte Topologie, die historisch begründet ist (siehe auch Video-Clip am Anfang des Kurses). Diese Struktur Masche schauen wir uns im Kontext der Systemkomponente Router an.
      • Im LAN können beispielsweise die Kabel sternförmig von den Endgeräten zum Verteiler (Switch) geführt werden. Dann liegt vom Aufbau her ein Stern vor.

    • Protokolle für die Kommunikation

      Bauen wir uns als einfaches Kommunikationsnetz ein Büchsentelefon mit drei (!) Teilnehmern. Dazu knoten wir in der Mitte der Schnur ein weiteres Büchsentelefon an.
      Unter welchen Bedingungen können die drei Personen gut miteinander kommunizieren?

      Grafik (gemeinfrei): El mundo físico : gravedad, gravitación, luz, calor, electricidad, magnetismo, etc. / A. Guillemin. - Barcelona Montaner y Simón, 1882

    • Büchsenkommunikation Aufgabe
      • Bauen Sie ein Büchsentelefon mit drei Teilnehmern.
      • Versuchen Sie zu kommunizieren (Fragen/Antworten).
      • Erfassen Sie Probleme bei der Kommunikation und entwickeln Sie Lösungsstrategien.
    • Typische Probleme bei der Kommunikation mittels Büchsentelefon/Schlauchtelefon
      • Alle sprechen durcheinander.
      • Man weiß nicht, wer gemeint ist (Ziel).
      • Man weiß nicht, wer spricht (Quelle).
      • Man weiß nicht, wann man sprechen und wann man lauschen soll.
      • Man versteht manches nicht sofort.
      • Man weiß nicht, ob der Sender fertig ist.

      Lösungsideen: 

      Wir benötigen Regeln, d. h. ein Kommunikationsprotokoll und vereinbaren:

      • Alle lauschen an der Büchse.
      • Sprechwillige beginnen zu sprechen.
      • Sobald ein Teilnehmer spricht, darf kein anderer sprechen.
      • Jeder Teilnehmer benötigt einen eindeutigen Namen, welcher nicht der Vorname sein muss.
      • Jede Nachricht muss stets mit den Namen des Senders und des Empfängers begonnen werden, also "Paul an Emma: ...".
      • Jede Nachricht wird 2x gesendet. Die zweite Runde wird mit ICH WIEDERHOLE eingeleitet und alles mit dem Wort ENDE beendet.
      • Beginnen mehrere Teilnehmer zu sprechen, so ist sofort abzubrechen und die Nachricht zu ignorieren. Beide Teilnehmer warten eine zufälligen Zeit bis zum erneuten Sprechversuch.

    • Paketvermittlung als Grundprinzip der heutigen Kommunikation

      Ein Blick zurück in die Geschichte der Kommunikation - Telefonnetze

      Beispiel: Leitungsvermittlung durch das "Fräulein vom Amt" (Foto: gemeinfrei)

      Leitungsvermittlung

      In Telefonnetzen wurde durch Vermittlungsstellen ein exklusiver Nachrichtenkanal vom Absender zum Empfänger geschaltet. Die Informationen - egal ob kurz oder lang - flossen vom Sender zum Empfänger. War die Leitung belegt, konnte keine andere Kommunikation zum Sender oder zum Empfänger aufgebaut werden. Eine solche Art der Vermittlung nennt man Leitungsvermittlung.

      Paketvermittlung

      Die Idee der Paketvermittlung geht auf Paul Baran zurück, der nach dem Sputnikschock 1964 im Auftrag des US Militärs eine neuartige, dezentrale Netzstruktur entwickeln sollte. Seine Idee: Der Sender verpackt seine Daten in kleine Pakete und übergibt sie ins Netz. Jedes Paket enthält verschiedene zusätzlichen Informationen, etwa den Absender, den Empfänger und eine Paketnummer. Über ggf. verschiedene Wege und Zwischenstationen werden die Pakete zum Empfänger transportiert. Dieser setzt nun anhand der Paketinformationen die Daten wieder zusammen. Zusätzlich können andere Sender Pakete an den Empfänger senden, da die Leitung nicht exklusiv besetzt ist.

      Das System lässt sich mit der Paketzustellung im Versandhandel vergleichen.

      → Das Internet basiert auf Paketvermittlung. 

    • Wissenswert: Historische Telefonkommunikation Link/URL

    • Darstellung der Kommunikation im Sequenzdiagramm

      Ein Sequenzdiagramm beschreibt den Austausch von Nachrichten zwischen Objekten.

    • 01 AB Sequenzdiagramme Vorgabe Datei
    • 01 AB Sequenzdiagramme Lösungen Datei
      Nicht verfügbar, außer: Sie sind in LK_11

    • Unsere Sequenzdiagramme bestehen aus mindestens zwei Objekten, deren Namen in die Rechtecke am Anfang der Lebenslinie eingetragen werden. Die schmalen Rechtecke auf den Lebenslinien stehen für die Zeitdauer, in der der Kommunikationsteilnehmer aktiv ist. Auf den Pfeilen, die Aufträge, Anfragen oder Antworten darstellen, wird die Nachricht notiert.

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►Voraussetzungen für Netzverbund und Datenübertragung: Netzzugangsschicht