Physische Netzwerke

Topologien bestimmen, wie einzelne Komponenten des Netzwerks miteinander verbunden sind und somit auch deren physischen Aufbau. Verwendung finden hauptsächlich Bus-, Ring-, Stern- und Baumanordnungen:

Bus-Topologie

Die einzelnen Komponenten sind alle direkt am Übertragugsmedium angeschlossen. Alle Komponenten teilen sich somit die Bandbreite/Übertragungsgeschwindigkeit des Mediums. Ist das Kabel als Übetragungsmedium defekt, ist die Kommunikation aller Komponenten unterbrochen. Das Orten solcher Kabelbrüche ist mitunter sehr zeitaufwendig. Komponenten am Bus können Daten uU abfangen, d.h. nicht abhörsicher. Das Hinzufügen von weiteren Komponenten ist problemlos möglich. Wird eine neue Komponente ins Netz gehängt, kommt es zu einem kurzen Ausfall aller Verbindungen.

Stern-Topologie

Die Komponenten hängen zentral an einem Verteiler (z.B. Hub, Switch). Beim Ausfall des Verteilers ist die gesamte Kommunikation lahmgelegt.
Fallen einzelne Komponenten aus, können die restlichen weiter über den Verteiler kommunizieren. Je nach zentraler Komponente können Kollisionen der Datenpakete auftreten.

Ring-Topologie

Hier ist die Steuerung des Datenflusses dezentral auf alle Rechner verteilt. Der Ausfall einer Station unterbricht die Kommunikation aller Komponenten. Jede Komponente ist mit den zwei Nachbar-Komponenten verbunden (geringe Verkabelungskosten, keine Kollisionen, ständiger refresh des Signals).
Anwendung findet diese Topologie beim Token-Ring Verfahren: Eine Sendeberechtigung wird im Ring von Station zu Station weitergesendet (immer in eine Richtung). Ist der Ring über sehr viele Komponenten gelegt, leidet die Reaktionszeit (Ping). Komponenten im Ring können Daten uU abfangen, d.h. nicht abhörsicher. Auch hier gilt: Wird eine neue Komponente ins Netz gehängt, kommt es zu einem kurzen Ausfall aller Verbindungen.

Baum-Topologie

Durch eine hierarchische Anordnung von Bus-, Stern- oder Ringtopologien wird eine Baumstruktur hergestellt.

Hybride-Topologien

Hybride Topologien verwenden mindestens 2 verschiedenartige Anbindungen in einem Netz, z.B. Stern-Bus Topologie.

Der Anfang: die erste schematische Darstellung von Robert Metcalfe des Ethernets. Anfangs hieß es noch Alto Aloha Network, wurde aber 1973 umbenannt in "Ethernet", um klarzustellen, dass die Netzumsetzung grundsätzlich mit jedem Rechner funktioniert (- oder von "Äther").

Die Patenteinreichung.

Das Ethernet ist ein Paket vermittelndes Netz (packet) - die Daten werden in kleinere Einheiten zerlegt und danach versandt. Die Pakete können dabei unterschiedliche Wege im Netz nehmen und werden am Zielpunkt wieder zusammengesetzt. Ursprünglich war das Ethernet als logischer Bus (mit Koaxialkabel) aufgebaut, d.h., dass alle Stationen die gesendeten Daten bekommen haben und nur die betreffende Station die an sie adressierten Pakete vom Medium nimmt.

Der logische Bus, also der Hauptstrang, mit dem die Netzwerkkomponenten verbunden sind, befindet sich heutzutage miniaturisiert in z.B. Hubs (zentrale Verteiler).

Analoge Übertragung (z.B. Sprach-Telefon)
Schallwellen werden in elektrische Signale (Impulse) gewandelt, übertragen und beim Empfänger wieder zurück in Schallwellen gewandelt.

Beim Modem (Modulation/Demodulation) wird das digitale Signal in ein Analoges gewandelt, übertragen und auf der Empfängerseite wieder zurück in ein Digitales gewandelt (Demodulation).

ISDN

Hier werden keine Schwingungen, sondern 2 fixe Spannungswerte übertragen. Ein Spannungswert steht dabei für "binär 0", der andere für 1.
Vorteil zur analogen Technik: weniger störungsanfällig, höhere Bandbreite möglich, ohne AD/DA Wandler möglich (analog/aigital Wandler).

Basisbandtechnik

Digitale Informationen (bits) werden über eine einzige analoge Signalfrequenz übertragen.

Die digitalen Daten werden als Spannungspegel (bzw. bei Glasfaserkabel als optische Impulse) über das Medium geschickt. Innerhalb eines Zeittaktes kann genau 1 Signal übertragen werden. Die Bandbreite (nicht zu verwechseln mit Breitbandtechnik) gibt die maximale Übertragungsgeschwindigkeit an.

Bei der Ausbreitung des Signals im Medium verringert sich die Signalstärke. Durch bessere Schirmung oder optische Systeme kann dem gegengesteuert werden.

Breitbandtechnik

Im Gegensatz zur Basisbandtechnik werden die digitalen Daten (bits) über mehrere Signalfrequenzen übertragen.

Durch Unterteilung des vorhandenen Frequenzspektrums in so genannte Frequenzbänder ist es möglich, in jedem Frequenzband unterschiedliche Daten zu senden, d.h. eine gleichzeitige Übertragung verschiedener Medien (Sprache, Daten) ist möglich.

Kabellose Techniken

• Infrarot (durch infraroten Lichtstrahl, direkte Sichtverbindung muss vorhanden sein)
• Streu-Infrarot (wird z.B. an Wänden reflektiert, bis zu 25m möglich)
• Schmalbandfunk (Sender und Empfänger arbeiten auf der gleichen Frequenz, Geschwindigkeit ca. 5mbit)
• Laser (optisch, ähnlich zu Glasfaserverbindung, direkte Sichtverbindung nötig)
  

Betriebsarten
asynchron: Sender und Empfänger arbeiten ohne vorgegebenen Zeittakt
synchron: Ein Taktsignal (z.B. eigene Takt-Leitung oder im Signal moduliert) läuft zwischen Sender und Empfänger mit.
simplex-Betrieb: Eine Station sendet nur, die andere empfängt nur (z.B. Radio/Mensch)

symmetrische/asymmetrische Übertragung
symmetrisch: Upstream/downstream sind gleich schnell (z.B. entweder 2 mbit Upload oder auch 2 mbit Download möglich)
asymmetrisch: verschieden, z.B. nur 512 kbit Upload bzw. 1 mbit Download möglich.

Als VLANs werden virtuelle Netze bezeichnet. Sie besitzen eine logische Netzstruktur, die unabhängig von der zugrundeliegenden physischen Struktur ist.

Ein VLAN kann über verschiedene Möglichkeiten der Abkoppelung vom übrigen Netz erfolgen:

• z.B. managebare Switches, die z.B. genau 2 bestimmte Ports miteinander verbinden können.
• Ganze Gruppen von Ports bilden verschiedene VLANs (Vorteil: kleinere collision-domains, speziell konfigurierbar).

Softwaremäßig:

• Z.B. über Arbeitsgruppen in Windowsnetzwerken, eine Arbeitsgruppe hat keine Zugriffsmöglichkeit auf Ressourcen der anderen Arbeitsgruppe.

VPN - Virtual Private Networks

VPNs sind sozusagen virtuelle Netze im WAN-Bereich (Wide Area Network).
Sie nutzen die Strecken zwischen den oft weit auseinanderliegenden Teilnetzen nur als Transportmedium. Der Transport der Datenpakete erfolgt dabei meist durch Tunneling. LAN Datenpakete werden in WAN Protokolle verpackt (wrapped) und so über das WAN an ein entferntes anderes LAN-Netz übertragen - kurz: Das LAN-Frame ist getunnelt im WAN-Protokoll. Ver-und Entschlüsselung auf beiden Seiten des Tunnels führen zu sicherer und günstiger Vernetzung mittels IP-Protokoll.

Allgemein zu Kabel

Die Kalbelimpedanz gibt den Wellenwiderstand des Kabels an. Die Dämpfung bezeichnet die frequenzabhängige Abschwächung des Signals im Kabel, wodurch eine Signalverzerrung entsteht (je höher die Frequenzen, desto höher ist die Dämpfung). Mit Signaljitter werden Taktschwankungen des Signals bezeichnet. Sinalrauschen kann durch interne oder externe Störsignale entstehen (dagegen hilft meist eine Abschirmung des Kabels - je besser die Abschirmung ist, desto höher ist der sogenannte "Störabstand").

Allgemein wird zwischen

• Primärverkabelung (Gabäude-, Geländeverkabelung),
• Sekundärverkabelung (zB. Verbindung von Stockwerken) und
• Tertiärverkabelung (Anschluss von Endgeräten)

unterschieden.

Ethernet-Verkabelung

Anwendung finden meist Koaxialkabel (Impedanz 50Ohm), Twiste-Pair(meist 100 Ohm) (beide mit elektrischer Leitfähigkeit) und Glasfaserkabel/Fibre Optic Cable (optische Leitfähigkeit).

Koaxialkabeln

Koaxilakable waren das ursprüngliche Übertragungsmedium. Die Kabeln unterschieden sich in ihrer Qualität und folglich auch in der maximal spezifizierten Bandbreite bzw. Reichweite (Thick Coax 10Base-5 mit 500m VS Thin Coax mit nur 185m, dafür ist Thin Coax auch billiger und wird auch Cheapernet). Als physischer Bus werden die Kabeln z.B. über so genannte BNC-T-Stecker

und Kabel verbunden (British Naval Connector, Anschlussstecker für Koaxialverbindungen).

Die Enden der Verkabelung werden über einen Endwiderstand abgeschlossen (Terminator) um Reflexionen an den Kabelenden, die zu Fehler führen können, zu vermeiden.

Über das Koaxkabel steht nur 1 Übertragungskanal bereit (d.h. es kann immer nur Information in die eine oder andere Richtung fließen - also nicht gleichzeitig, allgemein genannt half-duplex Betrieb).

Twisted Pair

In den 90er Jahren wurde die Ethernetspezifikation für (Unshilded)-Twisted- Pair Kabel (UTP, verdrillte Leitungen) erweitert (8 Adern zu je 4 Paaren sind verdrillt). Die verdrillten Leitungen sind nicht abgeschirmt (unshilded). Die zugehörigen Stecker werden RJ45-Stecker genannt.

Sind wie unten im Bild die Leitungspaare zueinander abgeschirmt, werden die Kabel STP (Shielded TP) genannt. Ist das ganze Kabel abgeschirmt, fügt sich ein "S/" (shielded) vor die eigentliche Bezeichnung, also S/UTP bzw wie hier im Bild ein S/STP Kabel - also sowohl die Leitungspaare als auch das ganze Kabel selbst sind abgeschirmt. Übertragungsgeschwindigkeit, Reichweite und negative Einflüsse von Außen lassen sich durch Abschirmung optimieren. ITP (Industrial Twisted Pair - wie S/STP aber mit nur 2 Adernpaare)

S/STP-Kabel

Mit Twisted-Pair Kabeln stehen für das Senden bzw. Empfangen eigene Kanäle zur Verfügung, d.h., es kann gleichzeitig gesendet und empfangen werden - full-duplex).

Duplex bezeichnet so die Art der Kommunikation. Halbduplex lässt die Kommunikation nur in die eine oder andere Richtung zu einem Zeitpunkt zu. Vollduplex bietet eine gleichzeitige Zweirichtungskommunikation. Dieses Verhalten kann mit früheren Soundkarten verglichen werde, dort war es anfangs auch nur möglich entweder aufzunehmen oder abzuspielen. Heutzutage lässt sich jede billig-Soundkarte im Vollduplex-Modus betreiben - z.B. ist dies ja für Internettelefonie nötig.

(Gerätemanager - ist der Wert auf auto, steht das für auto-sensing, d.h. die Karte handelt sich mit der daran angeschlossenen Komponnente die Geschwindigkeit und den Duplex-Modus eigenständig aus)

Der Sendekanal (transmit - Tx) und der Empfangskanal (receive - Rx) sind also getrennt auf je einem Adernpaar. Kollisionen lassen sich durch gleichzeitige Verwendung der Tx und Rx Leitung erkennen. Verbindet man 2 Rechner direkt miteinander, wird ein Cross-Overkabel verwendet, bei dem die Rx und Tx Leitungen an einem Ende verkreuzt sind. Werden mehrere Rechner miteinander verbunden, wird meist auf eine zentrale Vermittlungsstation in Form eines Hubs oder Switchs zurückgegriffen. Einige Komponenten lassen sich intern kreuzen über die Schalternkombinationen DTE(ein)/DCE(aus) oder MDI(aus)/MDI-X(ein), steht ein "auto" davor, z.B. auto MDI-X, wird dies automatisch erledigt.

Glasfaserkabeln

Die limitierte Reichweite der Kupferkabel führte zur Einführung von Glasfaserkabel. Bei Glasfaserkabeln wird der Strom sozusagen in Lichtimpulse zur Übertragung gewandelt und von außen nicht durch elektrische oder elektromagnetische Störungen beeinflusst. Informationsübermittlung erfolgt über 2 Phasern (Wellenlänge Ethernet: 850, Wellenlänge Fast-Ethernet: 1350)

ST- (Steckverschluss, verbinden jeweils 1 Faser, d.h. zur "bidirektionalen" Übertragung werden 2 Stecker benötigt) und SC-Stecker (Drehverschluss, 1 Stecker verbindet 2 Fasern):

Kabelklassen und Bezeichnungen

Aufgrund der Bandbreite werden Kabeln in unterschiedliche Klassen eingeteilt. Die maximale theoretische Bandbreite beträgt für Binärsignale (Digitalsignale) "2 Bit pro Hertz (hz)".

Je größer die Bandbreite, desto mehr Informationen können übertragen werden. Die Geschwindigkeitsangaben werden meist im "Bit pro Sekunde" angegeben (bps für bits per second bzw Mbps für megabits per second, und gibt die Anzahl der übertragenen Bits pro Sekunde an) - (vgl. 1 Baud entspricht 1er Signaländerung pro Sekunde = Abtastrate, diese muss nicht mit der Bitrate übereinstimmen (nur wenn 1 Bit pro Sekunde übertragen wird, entspricht die Bitrate der Baudrate)).

z.B. Class A: bis 100 kHz, Class B bis 1 MHz, Class C bis 16 MHz, Class D bis 100 MHz (dies hat natürlich nichts mit den IP-Klassen zu tun) und deren Reichweite je nach Kategorie und Bandbreite (in Hz): Die Einteilung aufgrund von Kabel und zugehörenden Steckverbindungen wird Kategorien genannt (cat.):

Bezeichnung US / Europa	Cat1/Class A	Cat2/Class B	Cat3/Class C	Cat4	Cat5/Class D	Cat5e	Cat6/Class E	Cat7/Class F
mbit		4	10	16	100
Mhz	(<) 1	1 ( bis 4)	16	20	100	100	200(-250)	600
Gebrauch üblich	POTS - plain old telephon service, Türglocke	früher IBM-Token Ring . Apple Talk	Sprache, Daten 10-BaseT, UTP Token Ring, digital/analog Telefon	16mbit Token Ring	100Base (2 Adernpaare) Gigabit-Ethernet (4 Adernpaare)	100/1000Base... wie 5e aber höhere Testanforderungen an das Kabel Gigabit-Ethernet (4 Adernpaare)	1000Base...
Max Distanz mit Cat5 Kabel	3000m	260m	160m		100m		100m	100m
	relativ veraltet				"up to date"

Aufschlüsselung der Bezeichnungen:

xBASE........ x gibt die mbit an (Megabit per Sekunde), also die Übertragungsgeschwindigkeit
BASE...baseband (Basisband)
F steht für... Fibre (Glasfaser)
T steht für... Twisted Pair, T4... 4 solcher verdrillten Paare
L steht für... long wavelegth (Wellenlänge, also: optisch)
S steht für... short wavelegth (Wellenlänge, also: optisch)
FL... fibre link (also: optisch)
FP/FB (nicht mehr in Gebrauch) P... passive, B... backbone
CX...Copper Twinax

Bezeichnung	10Base2	10Base5	10BaseT	100BaseT	1000BaseT	100BaseFl	100BaseTX	100BaseFX	1000BaseT
	Thinwire Ethernet / Thinnet / Cheapernet	Standard Ethernet / Thick Ethernet / Thicknet Original 802.3 Standard Ethernet (10Broa36 mit 75Ohm-Kabel und 3600m max. Ausdehnung)	Twisted Pair Ethernet 10Base FL (5km, bis 20km mit Monomode-Faser (single mode fiber ca ble)	Fast Ethernet 802.3i Standard 100BaseT2: 4 adrig statt 2 adrig (fumktioniert auch noch mit Cat3/16mhz Verkabelung) 100BaseT4: 8 adrig statt 4 adrig (auch noch mit Cat3/16mhz) 100BaseFX mit Glasfaser (400m, bis 40km Monomode Faser)	Gigabit Ethernet			1000BaseLX ebenfalls mit Glasfaser und 1 Gbit (550-5km)	Gigabit Ethernet 802.3z Standard - CX (Twinax Kupferkabel mit 150 Ohm, max. 25m) -SX (bis zu 500m) -LX (BIS 5km)
Medium	Thin Coax 50 ohm Ø ~4,7-4,9mm mit BNC-Stecker relativ biegsam Thinnet gehört zu der Gruppe der RG-58 Kabel. RG58A/U RG58C/U	Thick Coax 50 ohm Ø ~10,2mm mit DB-15 Stecker wenig biegsam RG-8, RG-11	UTP Cat 3, 4, 5+ Rj45-Stecker 4 Paar Kabel 2 Adernpaare in Gebrauch Pins 1,2,3,6 sehr biegsam	UTP Cat , 5/5+	UTP Cat5, Cat6 4 Adernpaare in Gebrauch	62.2/125 micron multi-mode fiber 850nm meist ST-Stecker	UTP Cat 5+ 4 Paar Kabel 2 Adernpaare in Gebrauch	62.2/125 micron multi-mode oder single mode 1350nm fiber Kabel mit ST- oder (meist) SC-Steckern	UTP Cat 5+ 4 Paar-Kabel 2 Adernpaare in Gebrauch
Max. Segment Länge	185m (Mindestabstand 2,5m)	500m	100m		100m	2000m	100m	410 (full duplex) / 2000m (half duplex) 40,000m (single mode Fasern)	100m
Physiche Topology	Bus	Bus	Stern	Stern		Stern	Stern	Stern	Stern
Logische Topology	Bus	Bus	Bus	Bus		Bus	Bus	Bus	Bus
Transfer Rate	10Mbps	10Mbps	10Mbps		1000Mbps	100Mbps	100Mbps	100Mbps	1000Mbps
sonstiges	50 Ohm Terminator an jedem Ende, mit BNC-T Stück weitergeleitet und die Enden terminiert.	50 Ohm Terminator an jedem Ende	Mindestlänge Twisted-Pair-Kabel: 0,6m						Mindestlänge Twisted-Pair-Kabel: 0,6m
	max. 30 Stationen (Abstand mind 0,5m)		1024 Stationen

Um nun die verschiedenen Geschwindigkeiten von 10/1000/1000mbit abwärtskompatibel zu machen, wurde die auto-negotation Funktion entwickelt. Bauteile, die diese Funktionalität aufweisen, wählen automatisch die größtmögliche Geschwindigkeit bei der Übertragung über das auto-negotiation-protokoll (ANP). Das Aushandeln der Übertragungsgeschwindigkeit findet am Anfang - bei der Initierung der Übertragung - statt. Wird folglich eine 10/100mbit Netzwerkkarte mit einer 1000mbit Netzwerkkarte verbunden, einigen sich beide auf eine Übertragungsgeschwindigkeit von 100mbit. Für Gigabit-Ethernet ist auto-negotation verpflichtend vorgeschrieben.

10GE

Das Ende der Fahnenstange ist aber mit 1000mbit (1Gbit) noch nicht erreicht . Standards wie 10GBase-SX und 10GBase-LX - also mit 10.000mbit - sind über Glasfaserkabel möglich. (Ethernet-LAN nun für Ethernet-MANs/Ethernet-WANs voll geeignet (Standard: IEEE 802.3ae)). Auch auf Kupferleitungen laufen mittlerweile (2007)  40GbE, also 40 Gigabit pro Sekunde (Brutto: 5.120 Megabyte pro Sekunde) bzw per Lichtwellen Leiter mit 100 Gigabit pro Sekunde (12 800 Megabyte pro Sekunde): genauer Standard: 802.3ba

RJ45 Stecker für UTP-Kabel

RJ45 Stecker mit 8 Steckkontakten (auch Westernstecker genannt)

Pinbelegung und Adernpaare des RJ-45 Steckers.

Beispiel Pinbelegung Ethernet-10Base T / 100Base TX

1. Transmit Data TX+
2. Transmit Data TX -
3. Receive Data RX +
4. nicht genutzt -
5. nicht genutzt +
6. Receive Data RX -
7. nicht genutzt +
8. nicht genutzt -

Unterschiedliche Technologien nutzen auch unterschiedliche Pinbelegungen:

• Token Ring verwendet die mittleren Paare GRÜN, ROT
• 10BaseT, 100BaseTX GELB, ROT
• 100BaseT4 alle Paare
• ISDN verwendet die mittleren Paare GRÜN, ROT (wie Token Ring )
• ATM verwendet die äußeren Paare GELB und PURPUR

Wird heutzutage von Netzwerkkarten gesprochen, sind fast immer Ethernet-Netzwerkkarten gemeint. Ein Grund ist, dass Ethernet-Netzwerkkarten gleichzeitig die billigste modernste Lösung darstellen. Es gibt PCI-Netzwerkkarten, die auf das Mainboard gesteckt werden, welche die per USB angeschlossen werden und auch PCMCI-Karten für den Laptop-Schacht.

Je nach Verkabelungsart stehen auch passende Typen zur Verfügung: 10Base2, 10Base5, 10BaseT, 100BaseT, 1000BaseT etc (siehe Tabelle Verkabelung).

M 3COM 3C2000-T heißt z.B. wiederum: eine Gigabit Ethernet-Karte für 10/100/1000 ausgelegt mit RJ-45 Steckverbindung; die Zahl 2000 könnte wahrscheinlich auf den full-duplex Betrieb (2 x 1000mbit) hinweisen.

Netzwekkarten können zusätzliche Funktionen wie Wake-on-LAN (WoL) oder ein Bios zum Booten per Netz besitzen. Rechner mit WoL-Karten, deren Rechner-Bios ebenfalls WoL unterstützt, lassen sich über das Netzwerk einschalten. Dazu muss noch ein beiliegendes Karten-Kabel mit dem Mainboard des zu startenden Rechners verbunden werden und im Rechnerbios die Wake On Lan Funktion aktiviert werden. Wake Up weckt den Rechner aus dem Standby-Modus, Wake on Lan schaltet den Rechner ein. Abgeschaltetete Rechner werden über ihre MAC-Adresse durch ein spezielles Signal eingeschaltet.

Karten mit eigenem Bootbios können über das Netzwerk zB. ein Betriebssystem booten.

Bezeichnung	OSI Schicht	trennt collision-domains	erweitert collision-domains	unterbricht broadcasts (trennt broadcast-domains)	Broadcasts werden weitergesandt (vergrößert broadcast-domains)
Hub	1		X		X
Repeater	1		X		X
Bridge	2	X			X
Switche	2	X			X
Switche (managebar)	2	X		X
Router	3	X		X

Switch

Mit der Einführung der Twistd-Pair Kabel unter Verwendung eines Switch als zentraler Verbindungspunkt zwischen den Stationen wurde aus der physischen Bus-Topologie mit BNC-Kabel eine physische Stern-Struktur mit Twisted Pair Kabel. Alle Stationen werde dabei über den Switch als Punkt-zu-Punkt Verbindungen ausgeführt. Er bietet also eine dezidierte Verbindung von je 2 Ports. Durch Analyse der Datenpakete an den Switch-Ports, erkennt der Switch nach und nach welche Station an welchem Port hängt und kann eingehende Datenpakete aufgrund ihrer Zieladresse gleich direkt an die Empfängerstation weiterleiten, ohne dass die anderen Stationen von der Übertragung betroffen sind (paarweise Kommunikation der Stationen). Kollisionen von Datenpaketen nehmen daher enorm ab. Kennt der Switch die betroffenen Stationen zu Zeit noch nicht, sendet er - wie der Hub - die Datenpakete auf allen Ports raus.

Der Switch nützt die volle Bandbreite der Leitung (Vollduplex, dies wäre folglich bei einem Gigabit Ethernet Switch 2000mbit pro Port). Eingehende Datenpakete am Switch können dabei zuerst gänzlich empfangen werden und bei fehlerhafter Prüfsumme erst gar nicht weitergeleitet werden (store and forward Verfahren) oder sofort nach Erkennen der Zieladresse an das Ziel weitervermittelt werden (cut through Verfahren). Können Pakete nicht gleich weitergeschickt werden, weil der Zielport gerade belegt ist, wird ein Kollisionssignal zurückgeschickt oder aber der Switch hat einen Datenpuffer, indem er das Datenpaket kurz zwischenspeichern kann und nach Freiwerden des Ports auf diesen weiterleitet.

Hub

Im Gegensatz der Hub: Hier werden alle Pakete immer an alle Stationen gesandt (natürlich mit Ausnahme der Sendestation selbst, die das Paket ja verschickt hat). So verursacht der Hub viel Netzverkehr (traffic).So kann es auch zu Kollisionen von Datenpaketen kommen, wenn 2 Rechner gleichzeitig ein Datenpaket wegschicken. Der Hub generiert Kollisionssignale (Jam-Signal), wenn mehrer Stationen gleichzeitig senden, und koppelt gegebenenfalls einzelne Sationen kurze Zeit ab. Alle Stationen müssen sich die Bandbreite des Hubs teilen (z.B. 16 Stationen mit 100-mbit Netzwerkkarten auf einem 16-Port-100mbit-Hub unter Volllast: 100mbit % 16 = 6,25 mbit stehen theroetisch pro Station zur Verfügung, also nur ca. 78 Kilobyte/s = 0,078 Megabyte/s).

Aktive Hubs regeneriern das Signal wie ein Repeater, passive Hubs haben fest verdrahtete Schaltungen und regenerieren das Signal nicht.

Oft bieten Router auch eingebaute Hub- oder Switch-Funktionalität.

Als 'Stackable' Hub/Switch/Router bezeichnet man Komponenten selben Typs, die über spezielle Buskabel miteinander verbunden werden und durch zugehörige geeignete Managmentfunktionalität als eine Hardwarekomponente erscheinen (also als 1 Gerät ansprechbar sind):

(stackable system)

Ein Repeater ist ein "bidirektionaler Signalverstärker", d.h. er frischt die über ihn in beide Richtungen laufenden Signale auf (signal amplification). So können größere Übertragungsstrecken realisiert werden. Er wird verwendet um gleiche LAN-Strukturen miteinander zu verbinden. Repeater auf Bitebene: Er nimmt nur den reinen Datenfluss auf Bitebene wahr und verstärkt ihn (also am Physical Layer). Es gibt auch Repeater, die zwischen elektrischen und optischen Signalen vermitteln können. Zwischen 2 Stationen solle aber nie mehr als 4 Repeater liegen (ein Grund: "Ethernet-Kollisionserkennung über so weite Strecken").

(signalrefresh)

Router arbeiten auf Layer 3, also dem Netzwerkslayer, d.h. sie arbeiten mit logischen Adressen und nicht mit den Hardwareadressen. - Sie nehmen so - im Gegensatz zu Bridges - auch nur Pakete an, die direkt an sie adressiert wurden. Für nicht routbare Protokolle (z.B. das veraltete Windows NetBEUI-Protokoll) muss ein sogenannter Brouter verwendet werden, der eine Bridge-Funktionalität besitzt. Broadcasts werden von Routern nicht weitergeleitet.

Weitere Unterschiede:

• besitzen einen Routing-Algorithmus
• verwenden logische Netzwerkadressen
• Weiterleittung (forwarding) kann durch verschiedene Kriterien komplexer sein.

Durch eine Brücke (Bridge) werden auch Teilnetze miteinander verbunden - über Physikal und Datalink-Layer des ISO/OSI). D.h die Bridge operiert nicht nur auf Bitebene, sondern kennt Quell- und Zieladresse, daher leitet sie nur Datenpakete weiter, deren Zieladresse im anderen Teilnetz ist. Dafür assoziert die Bride MAC-Adressen der Netzwerkskomponeneten mit ihren Ports. Die Bridge ist also intelligent und merkt sich die MAC-Adressen der einzelnen Netzsegmente eine bestimmte Zeit (timestamp) und kann so gleich voraussagen, welche Pakete zurückzuweisen und welche weitergeleitet werden. 

Das Untersuchen der Pakete auf Quell- und Zieladresse wird filtering genannt. Je schneller die Bridge dabei ist, dest höher ist der Datendurchsatz von einem Teilnetz ins andere. Transparente Bridges verbinden Layers des gleichen Data-Link Typs - sie nimmt also keine Protokollumwandlung vor. Translating Bridges können auch unterschiedliche Datalink-Layer Protokolle vermitteln (z.B. Token Ring und Ethernet per translating Bridge verbinden, siehe Skizze).

Die Bridge besitzt auch eine Kollisionserkennung, ezeugt gegebenenfalls Jam-Signale und kann bei zu hoher Kollisionsrate Teilnetze vorübergehend abkoppeln. Fehlerhafte Pakete können zurückgewiesen werden. Broadcastpakete werden weitergeleitet (d.h. sie bilden eine broadcast-domain).

Bridges können unterstützen: LANs, WANs (remote bridge: LAN-Wan-Koppelung), mehrere Ports (multiport bridges, also mehr als 2 Teilnetze verbinden), selbstlernendes Routing, selektives Routing einzelner Ziel-/Queladressen, tunneling (LAN Datenpakete werden in WAN.Protokolle verpackt (wrapped) und so über das WAN an ein entferntes anderes LAN-Netz übertragen - kurz: LAN-Frame ist getunnelt im WAN-Protokoll)

Verbindet 2 Netzwerke durch Hard- u. Software, dabei wird uU zusätzlich zur Router-Funktionalität eine Protokollumwandlung vollzogen. Leider wird der Ausdruck Gateway sehr vielfältig benutzt, sodass verschiedene Komponenten gemeint sein können. Ursprünglich beschrieb ein Gateway die Verbindung von LANs über alle Schichten des ISO/OSI Modells. Hauptsächlich werden sie für die LAN-WAN und nicht für LAN-LAN Verbindungen eingesetzt.

Transceiver steht für transmitter-receiver, wurde früher als eigene Hardware verwendet um Signale von der Netzwerkkarte auf eine Coaxialleitung zu senden und von dieser Daten zu empfangen. Heute ist er standardmäßig Bestandteil der Netzwerkkarte.

Transceiverbezeichnung allgemein (hier Signalumwandlung)

Services wie Sprachtelefonie, Videokonferenzen oder "Video on Demand" stellen bestimmte ('realtime') Anforderungen. Einerseits müssen die Anwendungen z.B. für Sprachtelefonie gewährleisten, die analogen Signale für den Versand zeitgerecht aufzubereiten, andereseits müssen die Netze diese wiederum zeitgerecht und fehlerfrei übertragen.

Datenpakete die mit IPv6 Übertragen werden, haben gegenüber IPv4 einen wichtigen Vorteil: Sie besitzen ein dezidiertes Header-Feld namens "Flow" - so können zusammengehörige Datenpakete z.B. eines Videostreams eindeutig erkannt werden (IPv4 hat das Feld TOS - Type of Service, dies wird aber allzuoft für verschiedene andere nicht genormte Information mißbraucht - aber auch unter IPv4 läßt sich QoS realisieren).

Router, Netzwerkkarten und andere Netzkomponenten könnten somit einen Teil ihrer Bandbreite aufgrund der Absendeadresse, der Zieladresse und den Flow-Werten reservieren: z.B. das Routing wird für diese Pakete über gesicherte Wege vorgenommen. Die Reservierung der Bandbreite erfolgt dabei über ein Reservierungsprotokoll zwischen Client und Server (RSVP - Resource Reservation Setup Protocol).

QoS läßt sich nach verschieden Faktoren gliedern:

• Übertragungskapazität (z.B. Wie groß ist die garantierte Datenmenge pro Zeiteinheit)
• Verzögerung (z.B. Wie lange ist die garantierte minimale Übertragungszeit vom Server zum Client)
• Antwortzeit ( z.B. Wie lange braucht das System um auf einen Request zu antworten)
• Aufbauzeit (z.B. Wieviele Millisekunden braucht der Client um eine Verbindung zum Server herzustellen)
• Fehlertoleranz

Ist das Netz kein Internes, sind solche Faktoren mit dem Internet Service Provider (ISP) auszuhandeln (Service Level Agreement mit den jeweiligen Providern, die an der QoS Verbindung beteiligt sind).

QoS Paketplaner unter WindowsXP (z.B. um zu gewährleisten, dass Updates in Windows-Firmennetzwerken vor anderem Netztraffic priorisiert wird):