Rechner-Netzwerk

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Quelle: Wikipedia


Ein Rechnernetzwerk ist ein Zusammenschluss von verschiedenen technischen, primär selbstständigen elektronischen Systemen (insbesondere Computern, aber auch Sensoren, Aktoren, usw.), das die Kommunikation der einzelnen Systeme untereinander ermöglicht.

Die allgemein bekannteste Netzstruktur ist das Internet und die bekanntesten Protokolle sind das TCP (Transmission Control Protocol) und das IP (Internet Protocol), jedoch spielen auch im Internet eine Reihe weiterer Protokolle wichtige Rollen und das Internet selbst ist kein homogenes Netz, sondern besteht aus einer Vielzahl teils recht unterschiedlich konzipierter Teilnetze, die nur die oberen Protokollschichten gemeinsam haben und die Nutzdatenübertragung auf den unteren Protokollschichten teilweise sehr unterschiedlich handhaben.




Ethernet


Die am weitesten verbreitete Technik bei drahtgebundenen Netzen ist das Ethernet, das vor allem in lokalen Firmennetzen und Heimnetzen Verwendung findet. Sie ermöglicht den Datenaustausch in Form von Datenrahmen zwischen allen in einem lokalen Netz (LAN) angeschlossenen Geräten (Computer, Drucker und dergleichen). Nur in seiner traditionellen Ausprägung erstreckt sich das LAN dabei nur über ein Gebäude. Ethernet-Technik verbindet heute auch Geräte über weite Entfernungen.

Das Zugriffsverfahren bei Ethernet ist CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection), wobei jeder Rechner erst lauscht, ob die Leitung (Carrier) frei ist und wenn ja, dann einfach sendet. Es kann sein, dass ein weiterer Rechner dasselbe tut und es zur Kollision kommt. Diese Kollision wird erkannt (Collision Detection) und beide probieren es zu einem zufälligen Zeitpunkt später erneut. Die Adressierung erfolgt mittels der MAC-Adresse.

Ethernet basiert auf der Idee, dass die Teilnehmer eines LANs Nachrichten durch Hochfrequenz übertragen, allerdings nur innerhalb eines gemeinsamen Leitungsnetzes. Jede Netzwerkschnittstelle hat einen global eindeutigen 48-Bit-Schlüssel, der als MAC-Adresse bezeichnet wird. Dies stellt sicher, dass alle Systeme in einem Ethernet unterschiedliche Adressen haben.

Rechner-Netzwerk.bmp



MAC-Adresse

Die MAC-Adresse (Media Access Control, Ethernet-ID oder bei Apple Airport-ID und Ethernet-ID genannt) ist die Hardware-Adresse jedes einzelnen Netzwerkadapters, die zur eindeutigen Identifikation des Geräts im Netzwerk dient.

Aufbau

Im Falle von Ethernet-Netzen besteht die MAC-Adresse aus 48 Bit (sechs Bytes), nummeriert von 47 bis 0. Die Adressen werden in der Regel hexadezimal geschrieben, wie z. B.: 08-00-20-ae-fd-7e

In jedem Frame nach Ethernet-II-Variante wird vor dem Typfeld und den Daten zunächst die MAC-Adresse des Empfängers und des Senders übertragen. Empfänger und Sender müssen Teil des Local Area Networks (LAN) sein. Soll ein Paket in ein anderes Netz geschickt werden, wird es auf Ethernet-Ebene zunächst an einen Router geschickt. Dieser analysiert die Daten auf der untergeordneten Schicht und vermittelt das Paket dann weiter. Er erzeugt dazu einen neuen Ethernet-Frame, wenn es sich bei dem Nachbarnetz ebenfalls um ein Ethernet handelt. Dazu ersetzt ein Router die MAC-Adressen, d. h. wenn Router R1 ein Ethernet-Frame empfängt und es an den Router R2 weitergeben soll, ersetzt R1 die Quelladresse mit seiner eigenen MAC-Adresse und die Zieladresse mit der MAC-Adresse von R2.

Abfrage einer MAC-Adresse

Die MAC-Adresse steht häufig bereits, zum Teil in die Seriennummer integriert, auf der Netzwerkkarte. Daneben kann man sie per Software auslesen, je nach Betriebssystem sind hierzu verschiedene Kommandos nötig:

Beispiel WindowsXP getmac in der Eingabeaufforderung eingeben.

getmac ist bei Windows XP Home Edition nicht verfügbar. Stattdessen verwendet man hier den Befehl ipconfig /all in der Eingabeaufforderung. Hier wird die MAC-Adresse „Physikalische Adresse“ genannt.


Setzen einer MAC-Adresse

  • In der Systemsteuerung die Netzwerkverbindungen öffnen.
  • Nun in den Eigenschaften der entsprechenden Verbindung den entsprechenden Netzwerkadapter Konfigurieren....
  • Auf der Registerkarte Erweitert die Eigenschaft Netzwerkadresse (also Lokal verwaltete MAC-Adresse bzw. Network Address) auswählen und rechts den Radiobutton für Wert aktivieren.
  • Im Eingabefeld die gewünschte MAC-Adresse ohne Trennzeichen, also beispielsweise 010203040506 eingeben.


Dieses Vorgehen kann zu Systeminstabilitäten führen.



IP-Adresse

Eine IP-Adresse (Internet-Protocol-Adresse) dient zur eindeutigen Adressierung von Rechnern und anderen Geräten in einem IP-Netzwerk. Technisch gesehen ist die Nummer eine 32- oder 128-stellige Binärzahl. Das bekannteste Netzwerk, in dem IP-Adressen verwendet werden, ist das Internet. Allen am Internet teilnehmenden Rechnern wird eine IP-Adresse zugeteilt. Die IP-Adresse entspricht funktional der Telefonnummer in einem Telefonnetz.

Um eine Kommunikation zwischen zwei technischen Geräten aufzubauen, muss jedes der Geräte in der Lage sein, dem anderen Gerät Daten zu senden. Damit diese Daten bei der richtigen Gegenstelle ankommen, muss die Gegenstelle eindeutig benannt (adressiert) werden. Dies geschieht in IP-Netzen mit einer IP-Adresse.

So wird zum Beispiel ein Webserver von einem Webbrowser direkt über seine IP-Adresse angesprochen. Der Browser fragt dazu für einen Domainnamen, zum Beispiel „www.desy.de“, die IP-Adresse bei einem Nameserver an und spricht deren Webserver direkt unter seiner IP-Adresse „217.79.215.140“ an.


Automatische Konfiguration über Server

Über Protokolle wie DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) können IP-Adressen beim Hochfahren des Rechners über einen entsprechenden Server zugewiesen werden. Auf dem Server wird dazu vom Administrator ein Bereich von IP-Adressen definiert, aus dem sich weitere Rechner beim Hochfahren eine Adresse entnehmen können. Diese Adresse wird an den Rechner geleast. Rechner, die feste Adressen benötigen, können im Ethernet-Netzwerk über ihre MAC-Adresse identifiziert werden und eine dauerhafte Adresse erhalten.

Vorteil hierbei ist die zentrale Verwaltung der Adressen. Ist nach der Installation des Betriebssystems die automatische Konfiguration vorgesehen, müssen keine weiteren Einstellungen für den Netzwerkzugriff mehr vorgenommen werden. Mobile Geräte wie Laptops können sich Adressen teilen, wenn nicht alle Geräte gleichzeitig ans Netz angeschlossen werden. Daneben können sie ohne Änderung der Konfiguration bei Bedarf in verschiedene Netzwerke (zum Beispiel Firma, Kundennetzwerk, Heimnetz) integriert werden.


Dynamische Adressierung

Wenn einem Host bei jeder neuen Verbindung mit einem Netzwerk eine neue IP-Adresse zugewiesen wird, spricht man von Dynamischer Adressierung. Im LAN-Bereich ist die dynamische Adressierung per DHCP sehr verbreitet. DHCP ermöglicht mit Hilfe eines entsprechenden Servers die dynamische Zuweisung einer IP-Adresse und weiterer Konfigurationsparameter an Computer in einem Netzwerk (z. B. Internet oder LAN). Durch DHCP ist die vollautomatische Einbindung eines neuen Computers in ein bestehendes Netzwerk ohne weitere Konfiguration möglich. Das Dynamic Host Configuration Protocol wurde im Hinblick auf zwei Einsatzszenarien entwickelt: 1. große Netzwerke mit häufig wechselnder Topologie. 2. Anwender, die „einfach nur eine Netzwerkverbindung“ haben möchten und sich nicht näher mit der Netzwerkkonfiguration beschäftigen möchten.

Im Internetzugangsbereich wird Dynamische Adressierung vor allem von Internet Service Providern eingesetzt, die Internet-Zugänge über Wählleitungen anbieten (zumeist über Modem oder ISDN).. Sie nutzen die dynamische Adressierung via PPP (Point-to-Point Protocol) oder PPPoE (PPP over Ethernet). Das PPPoE wird heute bei ADSL-Anschlüssen in Deutschland verwendet.

Vorteil der dynamischen Adressierung ist, dass im Durchschnitt deutlich weniger als eine IP-Adresse pro Kunde benötigt wird, da nie alle Kunden gleichzeitig online sind. Ein Verhältnis zwischen 1:10 und 1:20 ist üblich.


Statische Adressierung

Statische Adressierung wird prinzipiell überall dort verwendet, wo eine dynamische Adressierung technisch nicht möglich oder nicht sinnvoll ist. So erhalten in LANs zum Beispiel Gateways, Server oder Netzwerk-Drucker in der Regel feste IP-Adressen.