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Grundlagen der Datennetzwerke

Grundlagen der Datennetzwerke


Datennetze und Datennetzwerktechnologie berühren direkt oder indirekt jeden Bereich des modernen Lebens.

Datennetze werden für lokale Netzwerke in Büros und Unternehmen verwendet. Netzwerke werden für Heimcomputersysteme verwendet und enthalten normalerweise Wi-Fi, um die Verbindung einer Vielzahl von Geräten zu ermöglichen. Sie werden für Telekommunikationsanwendungen verwendet, die Verbindungen für Festnetz- und Mobilfunktelekommunikation bereitstellen. . und sie werden in fast allen Lebensbereichen eingesetzt.

Obwohl die verschiedenen Datennetze, die für verschiedene Szenarien verwendet werden, unterschiedlich sind, gibt es einige Grundlagen, die in der Datennetzwerkbranche gleich sind. Daten werden von einem Punkt zum anderen übertragen, und die Grundkonzepte sind unabhängig von der Anwendung gleich.

Die Grundbausteine ​​sind nicht nur gleich, obwohl der Maßstab unterschiedlich sein kann, sondern viele der gleichen Probleme treten auch in großen und kleinen Netzwerken auf - die Netzwerksicherheit ist nur ein Beispiel.

Da Datenvernetzung so wichtig ist, entwickelt sich die Technologie ständig weiter. Es werden neue Techniken entwickelt, und die Hardware wird ständig verbessert. Aspekte wie Netzwerksicherheit und Netzwerküberwachung schreiten ebenfalls voran, um sicherzustellen, dass im Netzwerk eine sichere und effektive Umgebung vorhanden ist.

Vorteile der Verwendung von Netzwerken

Da Datennetze heutzutage alltäglich sind, werden ihre Vorteile oft als selbstverständlich angesehen. Das Einrichten eines Datennetzwerks bietet viele Vorteile:

  • Geteilte Ressourcen: Ein sehr wichtiger Aspekt bei der Nutzung von Datennetzen ist die Tatsache, dass Ressourcen gemeinsam genutzt werden können. Wenn ein Drucker beispielsweise freigegeben werden musste, musste er ursprünglich von einem Computer getrennt und mit einem anderen verbunden werden. Heutzutage werden viele Ressourcen gemeinsam genutzt, einschließlich Drucker, Speicher und sogar Zugang zum Internet, für die eine gute Firewall erforderlich ist.
  • Kommunikation: Bei einer Verbindung über ein Datennetz wird die Kommunikation erheblich vereinfacht. Es ist möglich, E-Mails sowohl intern als auch extern zu senden, Dateien können sehr einfach übertragen werden, und es gibt viele andere Möglichkeiten, wie Computer über ein Netzwerk verbunden werden können. Ohne Netzwerk musste eine Diskette physisch an den Ort gebracht werden, an dem die Datei benötigt wurde (Flash-Speichersticks wurden damals nicht erfunden).
  • Kollaboratives Arbeiten: Über ein Datennetzwerk können Sie gemeinsam an einem einzelnen Dokument arbeiten
  • Zugriff auf zentral gespeicherte Software Oft muss eine einzelne Kopie der Software auf einer zentralen Ressource gespeichert sein, auf die bei Bedarf zugegriffen werden kann. Wenn eine Lizenz verwendet werden muss, kann diese von einer zentralen Ressource einem bestimmten Benutzer zugewiesen werden.
  • Zugriff auf eine zentrale Datenbank: Viele Vertriebsgesellschaften und andere Organisationen verfügen über eine zentrale Datenbank, auf die die Telefonverkäufer bei Bedarf zugreifen können. Als zentrale Ressource kann jede relevante Person darauf zugreifen.

Grundsätzlich hängen die Vorteile von Datennetzen von verschiedenen Kommunikationsformen und gemeinsamen Ressourcen ab. Dies macht die Rechtfertigung für die Verwendung von Netzwerken sehr überzeugend.

Leitungsvermittelte und paketvermittelte Daten

Es gibt zwei Möglichkeiten, wie Signale und in diesem Fall Daten über ein Netzwerk gesendet werden können:

  • Stromkreis geschaltet: Leitungsvermittelte Daten waren die erste Art und Weise, wie Daten über Netzwerke gesendet wurden. Unter Verwendung dieses Konzepts würde, wenn Daten oder sogar ein analoges Signal von einem Punkt zu einem anderen gesendet werden müssten, ein Draht effektiv an Ort und Stelle geschaltet und die Daten über diese Schaltung gesendet. Unabhängig davon, ob die Schaltung aktiv war oder ob es eine Ruheperiode gab, würde diese Schaltung einer bestimmten Übertragung zugeordnet sein. Da Daten normalerweise in Bursts gesendet werden, bedeutete dies, dass viel Zeit aufgewendet wurde, wenn keine Daten über die Schaltung übertragen wurden.
  • Paket umgeschaltet: Paketvermittelte Daten werden ausgeführt, indem die Daten in definierten Datenpaketen platziert werden, typischerweise mit zusätzlichen Quell- und Zieladressen sowie einigen anderen Gemeinkosten. Obwohl mehr Daten gesendet werden müssen, bedeutet die Tatsache, dass die Nutzung der Leitung weitaus größer ist, dass sich die Nutzung der Leitung erheblich verbessert. Wenn eine große Anzahl von Benutzern alle dieselbe Ressource gemeinsam nutzen kann, wird weitaus weniger Infrastruktur benötigt, was sich in viel geringeren Kosten niederschlägt - was Netzbetreibern und Benutzern gleichermaßen Vorteile bringt.

IP-Adressen

Ein wesentliches Element der Computernetzwerktechnologie ist heutzutage die Verwendung von IP-Adressen. Diese Adressen definieren das Ziel für das Datenpaket und auch dessen Quelle. Durch Kenntnis dieser Adressen kann das Netzwerk die Daten korrekt weiterleiten.

IP- oder Internetprotokolladressen sind im gesamten Internet universell und stellen die Adressen bereit, die zum Weiterleiten von Daten über das Netzwerk an die erforderlichen Ziele erforderlich sind.

Die IP-Adressen sind im Paket-Header enthalten, wobei die Datenpaketstruktur auch in den IP-Standards definiert ist.

Ursprünglich wurde eine Version des Internetprotokolls namens IPv4 verwendet. Dies hatte die bekannten IP-Adressen, die aus einem Satz von vier Zahlen zwischen 1 und 254 bestanden, die durch Punkte getrennt waren. Als die Anzahl der IP-Adressen knapp wurde, wurde eine neue IP-Version namens IPv6 eingeführt, die unter anderem eine große Anzahl zusätzlicher IP-Adressen bietet.

Netzwerk-Hubs, Switches und Router

Die allerersten Computernetzwerke wurden nur durch Verbinden von Computern erstellt. Da Datennetze und Netzwerktechnologie jedoch gewachsen sind, ist es nicht möglich, nur Computer miteinander zu verbinden. Daten müssen über verschiedene Routen zwischen einer Vielzahl unterschiedlicher Endpunkte geleitet werden.

Um dies zu erreichen, werden Netzwerkeinheiten verwendet, die als Hubs, Switches und Router bezeichnet werden.

Die in Datennetzen verwendeten Hubs, Switches und Router sind alle unterschiedlich, und obwohl die Begriffe häufig (falsch) verwendet werden, um eine dieser Entitäten zu beschreiben, sind sie tatsächlich ganz unterschiedlich:

  • Netzwerk-Hub: Ein Netzwerk-Hub ist das grundlegendste der wichtigsten Netzwerkelemente. Der Netzwerk-Hub gibt alle Daten, die an einem Port empfangen werden, an alle anderen weiter. Hubs wurden häufig als gemeinsamer Verbindungspunkt verwendet. Der Nachteil ist jedoch, dass es zu einer Überlastung kommen kann, da alle Daten an alle Ports gesendet werden. Dementsprechend sind sie heutzutage nicht weit verbreitet.
  • Netzwerkschalter: Netzwerk-Switches sind intelligenter als Hubs und werden häufig in großen Netzwerken verwendet. Netzwerk-Switches filtern und leiten Daten weiter, die die weiterzuleitenden Daten nur an den erforderlichen Port präsentieren.
  • Netzwerkrouter: Router sind die intelligentesten Formen von Netzwerkknoten, die zum Verbinden von Daten verwendet werden. Ein Router hat wesentlich mehr Intelligenz als ein Switch. Es leitet Datenpakete zwischen Netzwerken weiter, häufig von einem Router zum nächsten, bis es sein Ziel erreicht. Wenn ein Datenpaket von einem Netzwerk ankommt, liest der Router die Adressinformationen, um das endgültige Ziel zu bestimmen. Mithilfe der Informationen in der Routing-Tabelle oder der Routing-Richtlinie wird das Paket an das nächste Netzwerk weitergeleitet.

    Router enthalten häufig auch erhebliche zusätzliche Funktionen, um zu wissen, wohin Datenpakete weitergeleitet werden sollen, und um Adressen zu übersetzen.

Hinweis zu den Switches und Hubs der Ethernet-Router:

Ethernet-Router, -Switches und -Hubs sind wesentliche Elemente für Computerdatennetzwerke, sodass Daten nach Bedarf verwaltet und weitergeleitet werden können. Router, Switches und Hubs sind unterschiedlich und verfügen über unterschiedliche Funktionen. Obwohl sie häufiger mit Ethernet verwendet werden, sind sie auch weit verbreitet, insbesondere für große Netzwerke mit anderen Schnittstellen.

Lesen Sie mehr über die Switches & Hubs für Ethernet-Router.

Klassen von Datennetzwerken

Es ist oft hilfreich, die Größe eines Computers oder Datennetzwerks zu messen. EIN

  • Lokales Netzwerk, LAN: Wie der Name schon sagt, erstreckt sich dieser Netzwerktyp über einen relativ kleinen Bereich. Es wurde vorgeschlagen, dass es maximal bis zu 2 km breit sein könnte. Oft wird es für ein einzelnes Unternehmen verwendet, in dem nicht nur die Computer miteinander verbunden werden, sondern auch gemeinsame Ressourcen wie Drucker, Speicher und möglicherweise einige andere Aspekte bereitgestellt werden sowie eine Verbindung zum Internet und eine gemeinsame Firewall hergestellt werden.
  • Metropolitan Area Network, MAN: Der Name für das Metropolitan Area Network wurde ein wenig nicht mehr verwendet, da es sich weder um ein lokales Netzwerk noch um ein Wide Area Network handelt und es keine eindeutige Definition gibt. In einigen Quartalen wurde jedoch vermutet, dass es zwischen 2 und 50 km breit sein könnte.

    Im Wesentlichen ist die Terminologie nützlich, um ein Netzwerk anzugeben, das über das eines lokalen Netzwerks hinausgewachsen ist und zusätzliche Ressourcen und Planung erfordert, um es zu warten. Um die Verbindungsgeschwindigkeit zwischen den Knoten aufrechtzuerhalten, müssen Glasfaserverbindungen verwendet werden. Diese und andere Verbesserungen sind erforderlich, um die Leistung für die größere Größe aufrechtzuerhalten.

  • Weitverkehrsnetz, WAN: Die weit verbreitete Netzwerkterminologie wird immer noch häufig verwendet, und es wurde vermutet, dass dieser Netzwerktyp wahrscheinlich einen Durchmesser von mehr als 50 km aufweist. Mit einem Weitverkehrsnetz sind nicht nur viele Ressourcen verbunden, sondern es müssen auch schnelle Verbindungen bestehen und gut geplant sein.

Der Begriff lokales Netzwerk wird wahrscheinlich am häufigsten verwendet, da er möglicherweise am besten definiert ist. Die meisten Unternehmen verfügen über ein lokales Netzwerk an einem einzigen Standort.

Netzwerkarchitektur

Die Art und Weise, wie ein Datennetzwerk entworfen und implementiert wird, hat erhebliche Auswirkungen auf seine Leistung. Obwohl es den Anschein hat, dass Router und Switches nach Bedarf hinzugefügt werden können, ist dies nicht die optimale Methode zum Aufbau eines effektiven Netzwerks.

Bei Unternehmenscomputernetzwerken werden häufig zusätzliche Bereiche hinzugefügt, die relativ einfach untergebracht werden können. Es ist immer am besten, die Netzwerkarchitektur so zu planen, dass die optimale Leistung erzielt wird.

Datennetzentwicklungen

Da die Anforderungen an große Datennetze mit der Effizienz steigen, müssen Zuverlässigkeit und Flexibilität immer erhöht werden. Neue Techniken wurden eingeführt, um die Anforderungen zu erfüllen.

  • Software Defined Networking, SDN: Eine der Schlüsseltechniken zur Verbesserung der Leistung von Datennetzen wird als softwaredefiniertes Netzwerk bezeichnet. Mit dieser Technik werden die Netzwerksteuerungs- und Weiterleitungsfunktionen getrennt, wodurch das Netzwerk einfacher neu konfiguriert werden kann, um den aktuellen Anforderungen gerecht zu werden. Wenn eine Netzwerküberwachung durchgeführt und die Ergebnisse präsentiert werden, kann eine Neukonfiguration mit vollständiger Kenntnis der Leistung des Netzwerks durchgeführt werden.
  • Netzwerkfunktionsvirtualisierung, NFV: Zusammen mit vielen anderen Bereichen, in denen die Verarbeitung verwendet wird, ist es möglich, eine Reihe von Verarbeitungshardware zu verwenden, die im gesamten Netzwerk Standard ist, und diese kann so konfiguriert werden, dass sie die erforderliche Funktion bietet. Wenn sich die Nutzung ändert, kann dies neu konfiguriert werden, um bei Bedarf eine andere Funktion bereitzustellen. Auf diese Weise kann das Datennetz einfacher und effektiver auf die Anforderungen der Minute reagieren.

Netzwerküberwachung

Große Datennetze können sehr komplizierte Elemente sein. Es kann schwierig sein, vorherzusagen, wie sie funktionieren werden, und selbst zu wissen, wann es ein Problem gibt. Wenn ein Knoten oder ein anderes Element ausfällt, leitet das System häufig automatisch Daten über eine andere Route weiter.

Obwohl dieser Automatisierungsgrad gut ist, ist es nicht immer leicht zu erkennen, wenn ein Problem auftritt, obwohl die Latenz (die Zeit, in der die Daten übertragen werden) zunimmt und es wahrscheinlich zu Datenengpässen kommt.

Um diese Probleme zu lösen, verfügt ein großes Datennetz normalerweise über hochentwickelte Netzwerkmonitore. Diese Netzwerkmonitore sind normalerweise in das System eingebettet. Infolgedessen können diese Netzwerkmonitore den Betrieb des Netzwerks überprüfen, Probleme erkennen und häufig erkennen, wie das Netzwerk neu konfiguriert werden kann, um seinen Betrieb zu optimieren.

Für große Datennetze ist das Vorhandensein von Netzwerkmonitoren unbedingt erforderlich, um den zuverlässigen Betrieb des Netzwerks sicherzustellen.

Netzwerksicherheit

Mit dem Einsatz von Computertechnologie in immer mehr Lebensbereichen und ihrer zunehmenden Bedeutung steigen auch die Risiken. Da Hacker immer einfallsreicher werden, ist das Thema Netzwerksicherheit von großer Bedeutung.

Die Netzwerksicherheit umfasst mehrere Aspekte, von der Sicherheit des Telekommunikationsnetzwerks bis hin zu verschiedenen Aspekten der Computernetzwerksicherheit.

Die Sicherheit von Computernetzwerken ist von besonderem Interesse für alle, die ein Computernetzwerk in irgendeiner Form betreiben, sei es für ein Heimcomputersystem oder für ein kleines oder großes Unternehmen.

Ob es uns gefällt oder nicht, Computernetzwerke wirken sich auf alle Bereiche unseres Lebens aus, von den von uns verwendeten Telekommunikationsnetzen über Heimcomputernetzwerke bis hin zu anderen großen Datennetzen, die von Unternehmen verwendet werden, wenn wir etwas kaufen müssen. Datennetze gibt es in allen Lebensbereichen, und obwohl sie für leicht unterschiedliche Zwecke verwendet werden, sind viele der Grundlagen genau gleich.

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