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Grundlagen Netzwerke

Overview

In diesem Kapitel behandel ich die Themen des CCNA Semester 1 Kapitel 2.
Ihr werdet erfahren, aus welchen Komponenten ein Netzwerk besteht, welche Arten von Netzwerken es gibt, die unterschiedlichen Netzwerktopologien und das 3-Layer Hierarchical Model von Cisco.
Zu dem 3-Layer Hierarchical Model von Cisco gibt es jetzt schon zu sagen, dass es elementar ist, dass Ihr das Modell versteht. In Prüfungen werden häufig Fragen zu dem Modell gestellt.

Was ist eigentlich Bestandteil eines Netzwerkes?

Endgeräte: Als Endgeräte werden die Devices bezeichnet, die dem Benutzer Anwendungen zur Verfügung stellen. Ob ein PC, wie die meisten ihn zu Hause stehen haben, um über einen Browser in das Internet zu kommen, oder ein Server, der komplexe Applikationen zur Verfügung stellt. Drucker, IP Telefone und Smartphones stellen ebenso ein Endgerät dar.
Netzwerkgeräte: Netzwerkgeräte sind für die Übertragung der Daten zwischen den Endgeräten zuständig. Switche, Router, Access Points, Firewalls, etc. werden als Netzwerkgeräte bezeichnet.
Übertragunsmedien: Übertragunsmedien verbinden Netzwerkgeräte physikalisch. Mögliche Medien wären Kupfer-, Glas-, oder serielle Kabel. Auch eine wireless Verbindung wäre möglich.
Protokolle: Protokolle stellen Regeln dar, wie etwas übertragen wird. Das wohl bekannteste Protokoll ist das HTTP (Hyper Text Transfer Protocol). Jeder Zugriff auf www.google.de oder www.facebook.de wird über das HTTP abgewickelt. Das kann im Browser beobachtet werden, da in der Eingabezeile http://www.google.de/ steht. Andere Beispiele wären SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) für E-Mail oder FTP (File Transfer Protocol) zum Dateitransfer.
Nutzdaten: Nutzdaten sind die Eigentlichen Nachrichten, die über Computernetzwerke übertragen werden. Das können E-Mails, Sprachdaten, Grafiken, Webseiten, etc. sein.

Netzwerkkomponenten Endgeräte, Netzwerkgeräte und Übertragungsmedien

Arten von Netzwerken – LAN, WAN, PAN, …

Neben den bekannten Bezeichnungen des „LAN“ und „WAN“ gibt es weitere Netzwerkmodelle. Diese werde in dem CCNA kurz angesprochen, sind aber nicht Prüfungsrelevant.

LAN: Ein Local Area Network, kurz LAN, stellt ein räumlich begrenztes Netzwerk dar. Meistens ist innerhalb eines Gebäudes oder einer Büroetage. In einem LAN befinden sich Router, Switche, PCs, Notebooks, Server oder auch Firwalls.
Mehr über das LAN erfahrt ihr in Semester 2 und 3.Übertragungsmedien im LAN:

  • Ethernet(10Mbit/s), Fast Ethernet (100Mbit/s, Gigabit Ethernet (1000Mbit/s)
WAN: Ein Wide Area Network, kurz WAN, verbindet LANs über weite geografisch entfernte Orte. Um ein WAN nutzen zu können, muss ein Netzprovider beauftragt werden. Die Deutsche Telekom oder Vodafone sind Beispiele für deutsche Netzprovider.
Mehr über WAN Technologien erfahrt in im Semester 4Übertragungstechniken im WAN:

  • Frame Relay
  • ATM
  • MPLS
PAN: Ein Personal Area Network, kurz PAN, sind Netzwerke mit kurzer Reichweite. Beispiele für ein PAN wären etwa Bluetooth Verbindungen zwischen zwei Smartphones oder wie in den alten Zeiten das Verbinden zweier Handys über Infrarot.
MAN: Ein Metropolitan Area Network, kurz MAN, verbindet mehrere LANs in einem gleichen geografischen Gebiet.
Die größte eines MANs liegt zwischen der eines LANs und eines WANs. Ein Beispiel für ein MAN wäre eine Verbindung zwischen zwei Gebäuden innerhalb der gleichen Stadt. MANs können über ca. 100km strecken und stellen hohe Bandbreiten von bis zu 10Gbit/s zur Verfügung (Stand 2014).
GAN: Ein Global Area Network, kurz GAN, streckt sich über den ganzen Globus. Beispiele hierfür wären weltweit vernetzte Standorte einer Firma. Fälschlicherweise wird das Internet als das GAN bezeichnet. Sicher ist das Internet ein Globales Netzwerk und damit auch ein GAN. Allerdings ist es nicht das einzige. GAN ist nicht die direkte Bezeichnung für das Internet, da es theoretisch mehrere GANs abgeschottet und unabhängig geben kann.
SAN: Ein Storage Area Network, kurz SAN, stellt ein High-Speed Netzwerk für Speichergeräte und Fileservern dar. In Zeiten, in der massige Daten anfallen ist es notwendig, diese schnell und effizient zu verarbeiten. Daher sind solche Netzwerke mit Einheiten von Festplatten, Controllern und der nötigen Verkabelung ausgestattet. Beispiele für SAN Technologien wären iSCSI oder FibreChannel.
VPN: Ein virtuelles privates Netzwerk, kurz VPN, stellt (meist) sichere Verbindungen zwischen zwei Netzwerkknoten über das Internet her. Es gibt verschiedene Möglichkeiten, ein VPN aufzubauen. SiteToSite, EndToSite oder EndToEnd sind Möglichkeiten, ein VPN aufzubauen. „Site“ bedeutet, dass ein ganzes Netzwerk verbunden wird, und „End“ bedeutet, dass ein einzelner Host (Computer, Server, Smartphone,…) verbunden wird. SiteToSite sind somit zwei Netzwerke, die verbunden werden, EndToSite verbindet einen Host mit einem Netzwerk und EndToEnd verbindet zwei Hosts miteinander. VPN Verbindungen werden meist mit IPsec, PPTP oder SSL-VPN realisiert.

Netzwerktopologien

Point-to-Point (WAN) Auch als P2P-Verbindungen bezeichnet. Die P2P Topologie verbindet genau zwei Geräte miteinander. Es gibt noch weitere Auslegungen von P2P Topologien:Full-Mesh TopologieP2P fully meshed:Mit der Variante sind alle Geräte mit allen anderen Verbunden. Dies geschieht aber jeweils über separate, getrennte, Verbindungen. Die Regel, dass eine P2P Verbindung nur zwei Geräte verbindet, ist auch mit dieser Konstruktion beständig. Nicht vergessen: Auch hier wird von Peer-to-Peer gesrochen.

Parital-MashedP2P partial meshed:

Die Geräte im WAN sind indirekt, durch den Knoten in der Mitte der Zeichnung verbunden. Diese Topologie wird auch als Hub & Spoke bezeichnet.

Stern (Ethernet LAN): SterntopologieEin einzelnes Netzwerkgerät, häufig ein Switch, besitzt viele Point-to-Point Verbindungen zu anderen Geräten.Bei der Verwendung von einem Hub spricht man von einem shared Network (Hub ist ein Netzwerkgerät. Ein Hub wird heutzutage nur noch sehr selten eingesetzt. Der Switch hat den Hub als Netzwerkgerät abgelöst). Ein Hub verhält sich logisch wie ein Bus (wird nachfolgend erklärt). Der Datenverkehr über einen Hub wird an alle aktiven Netzwerk Ports ausgesendet. Mit Ausnahme an den Port, an dem die Daten von dem Hub empfangen worden.Bei der Verwendung eines Switch werden intelligente Entscheidungen zur Weiterleitung des Datenverkehrs getroffen. Man spricht von einem switched Network. Ein Switch sendet die Datenpakete nur zu dem Port aus, an den die Daten adressiert sind (mehr zu den Switching-Techniken werden wir in Semester 3 behandeln).
Bus (Ethernet LAN): BustopologieAlle angeschlossenen Geräte hängen an einem logischen Kabel. Sobald einer Daten aussendet, wandern diese über das logische Kabel.Da alle Geräte daran angeschlossen sind, können auch alle Geräte die ausgesendeten Daten empfangen.
Ring RingtopologieAlle angeschlossenen Geräte sind in einem Ring verbunden. Für das veraltete Token Ring gab es das „Token Passing“ Verfahren. Das Gerät, welches gerade das Token-Signal erhalten hat, darf senden. Nachdem das Gerät gesendet hat, was es senden musste, wurde das Token dem nächsten Gerät weitergereicht.

Netzwerkdesign – The 3-Layer Hierarchical Model

Das 3-Level Hierarchical Model findet über das komplette CCNA Verwendung.
Auch in den Prüfungen kann das Modell abgefragt werden.

Die Idee hinter dem Modell ist, dass ein hierarchisches Netzwerk aufgebaut wird.

Es wird zur Vereinfachung von Netz-Designs, – Implementierungen und Management angewandt.
Die Hierarchien werden unterschieden zwischen dem Access Layer, Distribution Layer und Core Layer.

3 Layer Hierachical Model

Die drei Schichten in der Übersicht

Access Layer Das ist die unterste Hierarchie. Hier werden die lokal vorhandenen Endgeräte verbunden. Da an Access Layer Switchen meist nur wenige Endgeräte hängen, wird diese Layer selten bis nie redundant ausgelegt. Wichtige Faktoren bei der Access Layer sind:

  • Netzzugangskontrolle (Switchport Security)
  • VLANs
  • Fast Ethernet (100 Mbit/s) / Gigabit Ethernet (1 Gbit/s)
  • PoE (Power over Ethernet) für PoE Endgeräte
  • Link Aggregation, um die Bandbreite zur Distribution Layer zu erhöhen.
  • QoS (Quality of Service), um Daten, die in Echtzeit übertragen werden müssen, vor den anderen Daten zu priorisieren.
Distribution Layer In der Distribution Layer werden die Datenströme anhand von Richtlinen (Policies) weitergeleitet. VLAN Routing ist hier das Stichwort. Wichtige Faktoren bei der Distribution Layer:

  • Layer 3 Funktionalitäten, da hier auf der OSI Schicht 3 (IP) geroutet wird (Das OSI Modell wird im nächsten Kapitel behandelt).
  • Access Listen, kurz ACLs. Mit ACLs wird bestimmter Netzwerkverkehr erlaubt oder blockiert.
  • Quality of Service, QoS
  • Redundanzen, um Ausfälle von den Switchen zu kompensieren. Somit bleibt das Netzwerk auch nach Ausfällen stabil. Auch mehrere Netzteile an einem Switch tragen der Ausfallsicherheit bei.
  • Link Aggregation, um die Bandbreite in die Core Layer zu steigern.
Core Layer Die Core Layer stellt ein High-Speed Backbone des Netzwerks dar. Die Core Layer routet IP Pakete über WAN Verbindungen in das Internet oder andere angebundene Standorte. Wichtige Faktoren der Core Layer:

  • Link Aggregation, um die Bandbreite zwischen der Distribution Layer zu erhöhen.
  • Redundanzen
  • QoS
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