Netzwerk Grundlagen¶

Thema	Zusammenfassung
Zielvorgaben Netzwerke	Netzwerke müssen sicher, zuverlässig, skalierbar und effizient sein, um eine optimale Datenübertragung und Kommunikation zu gewährleisten.
Rechenzentrum	Ein Rechenzentrum ist eine zentrale Infrastruktur, in der Server, Speicherlösungen und Netzwerktechnik untergebracht sind, um grosse Mengen an Daten zu verarbeiten und zu speichern.
Host/Mainframe	Ein leistungsstarker Grossrechner, der mehreren Benutzern gleichzeitig Rechenkapazität zur Verfügung stellt und für kritische Unternehmensanwendungen genutzt wird.
Terminal	Ein einfaches Ein- und Ausgabegerät ohne eigene Rechenleistung, das zur Interaktion mit einem zentralen Rechner oder Server dient.
Proprietär	Bezeichnet geschlossene, herstellerspezifische Systeme, die nur mit bestimmten Produkten oder Softwarelösungen desselben Herstellers kompatibel sind.
PC/Thin Clients	Ein PC arbeitet eigenständig mit eigener Rechenleistung, während ein Thin Client auf die Rechenleistung eines Servers angewiesen ist und hauptsächlich zur Anzeige und Eingabe von Daten dient.

Auftrag Netzwerkausdehnung¶

Frage	Ihre Antwort
Herr Heinz ist der Geschäftsführer der Firma SuperEgg und beschreibt Ihnen, dass die komplette Produktion von Eier-Produkten (u.a. Eier in Form von Würsten zur Weiterverarbeitung in Sandwiches) zu einem grossen Teil automatisiert ist. Das funktioniert nur wegen der Vernetzung der Gebäude Verwaltung, Lager und Produktion, welche sich auf dem gleichen Gelände befinden.	CAN: Campus Area Network
Sie reiten mit Beduinen in der Sahara und senden Ihren Verwandten über ein IsatPhone ein Foto von sich auf einem Kamel.	GAN: Global Area Network
Sie synchronisieren Ihre Musik-Daten zwischen Ihrem Tablet und Smartphone über Bluetooth.	PAN: Personal Area Network
Sie haben sich einen Raspberry Pi (Einplatinen-Computer) über ihren Provider (Swisscom, ADSL-Abo) ans „Datennetz“ angeschlossen. Der Einplatinen-Computer dient für den Austausch von Musterlösungen zu Übungsaufgaben im Unterricht. Ihre Schulkollegen wohnen alle im Zürcher Einzugsgebiet (Agglomeration). Zum Austausch der Musterlösungen verwenden Sie einen FTP-Server.	MAN: Metropolitan Area Network
Ein Reparaturschiff der Telefongesellschaft AT&T hievt in der Nähe der Kanarischen Inseln ein Kabel aus mehr als 1000 Meter Tiefe. Die Ursache für die Kabelbeschädigung: 50 Haifischzähne stecken in der Polymer-Schutzhülle.	WAN: Wide Area Network
Im Unterricht führen Sie einen Test durch. Sie verkabeln zuerst alle PCs im Schulzimmer miteinander.	LAN: Local Area Network
Anschliessend schreiben Sie Ihrem Schulbank-Nachbar eine Email, wobei der Email-Server sich auf dem Notebook des Lehrers befindet.	LAN: Local Area Network
Sie drucken im GBS ein Dokument auf einen Laserprinter aus, der sich jedoch an der KSB befindet.	CAN: Campus Area Network
Sie führen in einem Kaffeehaus in Zürich mit WLAN-Anschluss um 8.00 Uhr eine Videokonferenz über Skype mit einer Freundin, die sich um 18.00 Uhr im Starbucks in Sidney (Australien) befindet.	GAN: Global Area Network
Sie schauen sich einen Film über ein Handy mit einem kabellosen Headset an.	PAN: Personal Area Network
Sie organisieren eine „Gameparty“ zuhause (in Gossau) bei einem Schulkollegen. Einige Mitspieler wohnen in Rom, Kiew und Dublin.	WAN: Wide Area Network
Ein Transpazifik-Kabel wird für 240 Millionen Dollar verlegt. Der Nestlé-Schweiz modernisiert ihr schweizweites Datenkommunikationsnetz.	MAN: Metropolitan Area Network

Welcher Umstand kann bei einer Satellitenverbindung zu Problemen führen?

Wenn Hindernisse zwischen dem Satelitt sind z.b. ein Tunnel oder sie nicht richtig ausgerichtet sind und Wetterbedingungen.

Wozu könnte die Einteilung in verschiedene Netzwerk-Ausdehnungen hilfreich sein?

Geld sparen, wenn man nur Lokal ein Netzwerk betreibt und nicht Global.

Signalverformung¶

Bit/Byte/Geschwindigkeiten¶

Dezimal	Binär
32	0010 0000
46	0010 1110
864	0011 0110 0000

Binär	Dezimal
0101 1011	91
1101 0100	212
1001 1001 0101 1101	39261

Warum ist das Verständnis von Binärzahlen für Netzwerke wichtig?

Netzwerke senden Daten als Binärzahlen (0 und 1).
IP-Adressen werden Binärzahlen umgeformt.

Um welchen Faktor schneller ist die Datenübertragung mit Glasfaser (24 TBit/s) im Vergleich zu einem Kupferkabel (100 GBit/s?

Umwandlung:
24 TBit/s = 24,000 GBit/s
100 GBit/s bleibt unverändert
Berechnung des Faktors:
24,000 GBit/s ÷ 100 GBit/s = 240

Welche Zeit benötigt das Durchlaufen eines Datenpakets von 8'000kB in den beiden oben dargestellten Netzwerken?

Umwandlung:

100GBit/s = 100'000'000 kBit/s

Umwandlung:

24Tbit/s = 24'000'000'000 kBit/s

1 : 24'000'000'000 Kbit/s * 8000Kbit = 0.33 Mikrosekunden

Netzwerktopologien¶

Welche Topologie wird wohl üblicherweise in einem KMU verwendet?

In kleinen und mittelständischen Unternehmen (KMU) ist die Stern-Topologie am häufigsten anzutreffen.

Sie ist einfach zu verwalten, skalierbar und ermöglicht eine zentrale Steuerung über einen Switch.
Fällt ein Endgerät aus, bleibt das restliche Netzwerk funktionsfähig.
Moderne Netzwerke nutzen oft eine Mischung aus Stern- und Baumtopologie, insbesondere mit VLANs zur Segmentierung.

Welche Topologie weist den grössten technischen Aufwand auf?

Die Vermaschte Topologie (vollständig vermascht) hat den grössten technischen Aufwand.

Jeder Knoten ist mit jedem anderen verbunden, was hohe Kosten und komplexe Verwaltung mit sich bringt.
Diese Struktur bietet maximale Redundanz und Ausfallsicherheit, wird aber nur in kritischen Anwendungen (z. B. Banken, Rechenzentren) genutzt.

Welche Topologie ist am einfachsten (wenig Hardware) zu realisieren?

Die Bus-Topologie ist die einfachste und erfordert am wenigsten Hardware.

Alle Geräte sind an ein gemeinsames Kabel (den Bus) angeschlossen.
Sie benötigt keine zusätzlichen aktiven Netzwerkkomponenten wie Switches oder Router.
Allerdings ist sie störanfällig, wenig skalierbar und wird heute kaum noch verwendet.

Zuordnung der Eigenschaften zu den Topologien

Eigenschaft	Topologie
Beim Ausfall einer Arbeitsstation bleibt die Kommunikation zwischen den anderen Arbeitsstationen aufrechterhalten.	Stern- oder Ring-Topologie (mit redundanter Verbindung)
Das Netz weist eine hierarchische Struktur auf.	Baum-Topologie
Ausfall einer Arbeitsstation führt zum totalen Ausfall des Netzes.	Bus- oder Ring-Topologie (ohne Redundanz)
Nutzdaten einer sendenden Arbeitsstation werden nicht an alle Arbeitsstationen übertragen, sondern nur an die zu empfangende Arbeitsstation.	Stern- oder vermaschte Topologie
Die Bestimmung einer Route benötigt Zeit und Rechnerleistung.	Vermaschte Topologie
Für den Bau wird im Vergleich zu den anderen Topologien deutlich mehr Kabel benötigt.	Vollvermaschte Topologie
Die Struktur verfügt über redundante Verbindungen.	Vermaschte oder Ring-Topologie (mit doppeltem Ring)
Die Struktur wird vor allem im Backbone-Bereich eingesetzt.	Vermaschte oder Baum-Topologie
Eine Arbeitsstation, die Störungen im Netz verursacht, kann vom Netz «getrennt» werden.	Stern- oder vermaschte Topologie
Diese Struktur wurde in der Grossrechnerwelt eingesetzt.	Bus- oder Ring-Topologie
Die Struktur ist relativ komplex aufgebaut.	Vermaschte oder Baum-Topologie
Für den Bau wird im Gegensatz zu den anderen Topologien relativ wenig Kabel benötigt.	Bus-Topologie

Lösung zur Aufgabe: Betriebsarten von Netzwerken

1. Weshalb werden Peer-to-Peer-Netze hinsichtlich der IT-Sicherheit oft als problematisch betrachtet?

Erstens fehlt in Peer-to-Peer-Netzwerken eine zentrale Verwaltung, sodass keine zentrale Kontrolle über Sicherheitsrichtlinien besteht. Dadurch kann Schadsoftware oder unautorisierter Zugriff leichter vorkommen.
Zweitens speichern Benutzer oft sensible Daten auf ihren eigenen Systemen, ohne ausreichende Verschlüsselung oder Schutzmechanismen, wodurch Datenlecks wahrscheinlicher sind.

2. Bewertung der Aussage: «Der Administrationsaufwand in einem Peer-to-Peer-Netzwerk ist grundsätzlich geringer als in einer Client-Server-Umgebung.»

Diese Aussage ist teilweise richtig, aber nicht uneingeschränkt gültig:

In einem kleinen Netzwerk mit wenigen Arbeitsstationen kann ein Peer-to-Peer-Netzwerk weniger administrativen Aufwand erfordern, da keine zentrale Verwaltung notwendig ist.
Allerdings steigt der Aufwand mit der Anzahl der Geräte, da Sicherheitsupdates, Benutzerrechte und Datenmanagement individuell auf jeder Arbeitsstation verwaltet werden müssen. Ein Client-Server-Modell kann in grösseren Netzwerken effizienter sein, da alle Einstellungen zentral gesteuert werden können.

Topologie	Beschreibung
Stern	Geräte sind mit einem zentralen Knoten verbunden. Ausfallsicher, aber zentraler Knoten ist Schwachstelle.
Bus	Alle Geräte nutzen ein gemeinsames Kabel. Einfach, aber anfällig für Störungen.
Ring	Geräte sind ringförmig verbunden. Effizient, aber anfällig für Ausfälle ohne doppelten Ring.
Baum	Hierarchische Struktur aus mehreren Stern-Topologien. Skalierbar, aber komplex.
Vermascht	Geräte sind mehrfach verbunden. Hohe Ausfallsicherheit, aber hoher Aufwand.
Vollvermascht	Jedes Gerät ist mit allen anderen verbunden. Maximale Sicherheit, aber teuer.
Hybrid	Kombination verschiedener Topologien. Flexibel, aber schwer zu verwalten.

Eigenschaft	Topologie
Beim Ausfall einer Arbeitsstation bleibt die Kommunikation zwischen den anderen Arbeitsstationen aufrechterhalten.	Stern, Ring, Vermascht
Das Netz weist eine hierarchische Struktur auf.	Baum-Topologie
Ausfall einer Arbeitsstation führt zum totalen Ausfall des Netzes.	Bus- oder Ring-Topologie (bei fehlender Redundanz)
Nutzdaten einer sendenden Arbeitsstation werden nicht an alle Arbeitsstationen übertragen, sondern nur an die zu empfangende Arbeitsstation.	Stern- oder Vermaschte Topologie (Switch-basiert)
Die Bestimmung einer Route benötigt Zeit und Rechnerleistung.	Vermaschte oder Ring-Topologie
Für den Bau wird im Vergleich zu den anderen Topologien deutlich mehr Kabel benötigt.	Vollvermaschte Topologie
Die Struktur verfügt über redundante Verbindungen.	Vermaschte oder Ring-Topologie (mit doppeltem Ring)
Die Struktur wird vor allem im Backbone-Bereich eingesetzt.	Ring- oder Vermaschte Topologie
Eine Arbeitsstation, die Störungen im Netz verursacht, kann vom Netz „getrennt“ werden.	Stern-Topologie (durch Switch)
Diese Struktur wurde in der Großrechnerwelt eingesetzt.	Bus- oder Ring-Topologie
Die Struktur ist relativ komplex aufgebaut.	Vermaschte Topologie
Für den Bau wird im Gegensatz zu den anderen Topologien relativ wenig Kabel benötigt.	Bus- oder Stern-Topologie

Definition_p2p

In einer Peer-to-Peer (P2P) Netzwerktopologie sind alle Geräte gleichwertig. Jedes Gerät kann Daten mit anderen direkt austauschen, ohne einen zentralen Server zu benötigen. Es ist dezentral und flexibel. Ein Beispiel ist das Teilen von Dateien zwischen Computern im Heimnetzwerk.

Sicherheitsprobleme bei Peer-to-Peer-Netzwerken¶

Da es keine zentrale Sicherheitskontrolle gibt, sind Benutzerrechte und Zugriffsbeschränkungen schwer durchzusetzen. Jedes Gerät agiert als Client und Server, was die Angriffsfläche erhöht. Zudem müssen Updates und Sicherheitsmaßnahmen manuell durchgeführt werden, was Fehler begünstigt.

Administrationsaufwand: Peer-to-Peer vs. Client-Server¶

Anfangs ist ein Peer-to-Peer-Netzwerk einfacher und günstiger, da keine Server-Hardware benötigt wird. Langfristig steigt jedoch der Aufwand, da alle Geräte einzeln verwaltet werden müssen. In größeren Netzwerken ist ein Client-Server-Modell effizienter, da es eine zentrale Verwaltung und höhere Sicherheit bietet.

Schnittstellen¶

Kommunikation von Notebook und Telefon¶

Notebook:

WLAN – Drahtlose Verbindung für Internet und lokale Netzwerke.
LAN – Kabelgebundene Verbindung für stabilen Internetzugang.
Bluetooth – Drahtlose Verbindung zu Geräten wie Tastaturen oder Lautsprechern.
USB – Direkte Verbindung für Datentransfer oder Nutzung von Zubehör.
HDMI – Übertragung von Video- und Audiosignalen.

Telefon:

Mobilfunknetz (5G) – Drahtlose Kommunikation für Anrufe, SMS und mobiles Internet.
WLAN – Drahtlose Verbindung für Internet und Daten.
Bluetooth – Drahtlose Verbindung zu Geräten wie Kopfhörern oder Lautsprechern.
USB – Verbindung zu Computern oder anderen Geräten für Datenübertragung und Aufladung.

Schnittstelle	Zweck und Anwendungen	Verwendete Netzwerktopologie	Übertragungsdistanz	Ausdehnung des Netzwerks	Übertragungsgeschwindigkeiten	Weitere wissenswerte Informationen
WLAN	Internetzugang, lokale Netzwerkverbindung	Stern-Topologie	Bis zu 100 Meter	Erweiterbar durch Repeater	Bis zu 9.6 Gbps (Wi-Fi 6)	MAC-Adresse, IP-Adresse
LAN	Kabelgebundene Netzwerkverbindung	Stern- oder Baum-Topologie	Bis zu 100 Meter	Erweiterbar durch Switches/Router	10 Mbps, 100 Mbps, 1 Gbps, 10 Gbps	MAC-Adresse, IP-Adresse
Bluetooth	Drahtlose Verbindung zu Peripheriegeräten (Maus, Tastatur, Kopfhörer)	Punkt-zu-Punkt / Punkt-zu-Mehrpunkt	Bis zu 100 Meter	Begrenzte Anzahl an Geräten	Bis zu 3 Mbps (Bluetooth 2.0), bis 2 Mbps (Bluetooth 5.0)	MAC-Adresse
USB	Datenübertragung und Aufladen von Geräten	Punkt-zu-Punkt	Bis zu 5 Meter	Erweiterbar durch Hubs	Bis zu 5 Gbps (USB 3.0)	USB-ID zur Identifikation
HDMI	Übertragung von Bild und Ton an externe Geräte (Monitore, Fernseher)	Punkt-zu-Punkt	Bis zu 15 Meter	Sehr begrenzt	Bis zu 18 Gbps (HDMI 2.0), bis zu 48 Gbps (HDMI 2.1)	Keine Netzwerkadressierung
Mobilfunknetz	Drahtlose Verbindung für Internet und Kommunikation	Zellulare Netzwerke (Basisstationen)	Bis zu mehreren Kilometern	Weltweite Abdeckung	3G: 42 Mbps, 4G: bis 1 Gbps, 5G: bis 10 Gbps	IMEI, SIM-Karte
NFC (Near Field Communication)	Kontaktlose Zahlungen und Datentransfer auf kurze Distanz	Punkt-zu-Punkt	Bis zu 10 cm	Sehr begrenzt	Bis zu 424 kbps	Für mobile Zahlungen und Datenaustausch