Vertiefung Netzwerke

In der letzten Einheit haben wir den Begriff Netzwerk definiert und kennengelernt, wie die Kommunikation im weltumfassenden Netzwerk Internet grundlegend abläuft. Dies haben wir nach dem Client-Server-Modell am Beispiel der Kommunikation zwischen einem Webbrowser und einem Webserver betrachtet.

Damit Netzwerkteilnehmer miteinander kommunizieren können um Dienste (E-Mail, Videostream, Dateiübertragung…) in Anspruch zu nehmen, müssen sie über Netzwerkkomponenten miteinander verbunden werden.

Beispielsweise können 2 Tabletts/Handys/Computer, nicht einfach so miteinander kommunizieren. Sie benötigen dazu Netzwerkkomponenten wie einen WLAN-Adapter, einen Bluetooth-Adapter oder ganz altmodisch einen LAN-Adapter mit Kabel.

Netzwerkteilnehmer können auf verschiedene Arten miteinander physikalisch verbunden werden. Geht es nur um 2 Geräte, so reicht ein Kabel. Aber wie sieht es aus, wenn sich alle Handys eurer Schulklasse, der Schule, Leipzigs, Deutschlands oder sogar der ganzen Welt verbinden wollen? Dies wollen wir im folgenden genauer betrachten.

Vorbereitung: Ihr braucht Stift und Papier.

Aufgabe

Seht euch folgendes Video an und bearbeitet die dort gestellte Aufgabe!

Aufgabe: Folgende Städte wollen als Netzwerkteilnehmer miteinander kommunizieren. Zeichne mit Stift und Papier verschiedene Verbindungslinien (Kabel) ein, sodass alle Teil eines Netzwerks werden!

Versuche verschiedene Lösungen zu finden, die folgende Eigenschaften haben:

  1. minimale Anzahl an Verbindungen
  2. kürzeste Wege
  3. hohe Ausfallsicherheit
  4. gute Kontrollmöglichkeit

Die Lösung ist gültig, solange jede Stadt mit jeder anderen (über beliebig viele Zwischenstationen) verbunden ist.

1. minimale Anzahl an Verbindungen (andere Reihenfolge möglich) – Bus-Topologie

2. & 3. kürzeste Wege & hohe Ausfallsicherheit (vollständig vermaschte Topologie „alle mit allen“)

4. Kontrollmöglichkeiten, da alle Verbindungen Gold City laufen (Stern-Topologie)

Aufgabe

Lest euch folgende Zusammenfassung durch und übernehmt sie unter der Überschrift Topologien in euren digitalen Hefter!

Topologien

Die Struktur, durch die Netzwerkteilnehmer miteinander verbunden sind, wird Topologie genannt. Verschiedene Topologien haben unterschiedlich Vor- und Nachteile.


typische Beispiele für Topologien
Vor- und Nachteile ausgewählte Topologien

Es wird zwischen physikalischer und logischer Topologie unterschieden. Die physikalische Topologie beschreibt den Aufbau der Netzverkabelung (MAC-Adressen); die logische Topologie den Datenfluss zwischen den Endgeräten (IP-Adressen). (Hinweis: mehr zu IP und MAC-Adresse folgt später.)

Aufgabe

Lest und übernehmt folgenden Abschnitt in euren Hefter!

Netzwerkdimensionen

Netzwerke können nach ihrer räumlichen Ausdehnung eingeteilt werden. Je nach Größe kommen verschiedene Technologien mit verschiedenen Übertragungsgeschwindigkeiten zum Einsatz.

NetzwerkdimensionUmfasstAusdehnung
PAN
Personal Are Network
Privates Umfeldbis 10m
LAN
Local Area Network
Gebäude / Grundstückbis 1km
MAN
Metropolitan Area Network
Großraum / Stadtbis 50km
WAN
Wide Area Network
Land / Kontinentbis 1000km
GAN
Global Area Network
Welt / Internetglobal

Folgende Abbildung stellt die Netzwerkdimensionen LAN, WAN und GAN dar. PAN und MAN wurden zur Vereinfachung ausgelassen.

Netzwerk-Dimensionen LAN, WAN und GAN Quelle: Elektronik-Kompendium

Netzwerkadressen

Damit die Netzteilnehmer miteinander kommunizieren können, benötigen sie eine IP-Adresse. Diese hat die gleiche Bedeutung wie eine Post-Adresse. Sie besteht allerdings nicht aus Straße, Hausnummer, Postleitzahl, Stadt, sondern 4 Zahlen zwischen 0 und 255. Beispiel: 192.168.0.10.

Um Daten in einem Netzwerk zu versenden, muss der Sender die IP-Adresse des Empfängers kennen. Intern nutzt das Netzwerk noch eine MAC-Adresse. Diese könnt ihr euch vorstellen wie eine nur innerhalb der Post verwendete Adresse. Beispiel: 78:4f:43:4c:ac:f8 

Aufgabe

Findet die IP-Adresse und die MAC-Adresse eures aktuellen Endgerätes heraus.

Nutzt eine Suchmaschine.

Beispiel Suchbegriff 1: „IP-Adresse Windows“ oder MacOS, Linux, Android, iOS; je nachdem welches Betriebssystem ihr verwendet.

Beispiel Suchbegriff 2: „MAC-Adresse Windows“ oder MacOS, Linux, Android, iOS; je nachdem welches Betriebssystem ihr verwendet.

Zusatz: Gib an, warum sich die gefundene IP-Adresse von der auf dieser Internetseite (https://www.wieistmeineip.de/) ausgegebenen IP-Adresse unterscheidet.


In der nächsten Einheit werden wir selbst Netzwerke (wie in der rechten Abbildung) mit dem Programm Filius aufbauen und simulieren.

Aufgabe

Lest und übernehmt folgende Zusammenfassung in euren digitalen Hefter.

Netzwerksimulation mit Filius

In Filius können Netzwerke mit folgenden Komponenten aufgebaut und simuliert werden.

Rechner / Notebook

Auf ihnen können Server und Clients installiert werden. Beide besitzen einen Netzwerkadapter, an den ein Kabel angeschlossen werden kann.

Switch

Ist eine Netzwerkkomponente, mit der mehrere Netzwerkteilnehmer an einem Punkt (Stern-Topologie) miteinander verbinden können. Dafür besitzt der Switch mehrere Netzwerkadapter.

Vermittlungsrechner (Router)

Der Aufbau und Betrieb von Netzwerken ist eine komplexe Aufgabe. Um Anforderungen wie hohe Verbindungsqualität (Ausfallsicherheit und Bandbreite) und Sicherheit zu ermöglichen werden große Netzwerke in viele kleine Netzwerke unterteilt. Diese sog. Subnetze können über Router verbunden werden. Diese übernehmen das Routing, also die Wegsuche, sodass Requests zum gewünschten Ziel gelangen.

Modem

Verbindung zum MAN/WAN.

Bearbeitet das Abschlussquiz: https://www.classtime.com/code/9ZN3K9

Als Namen für das Quiz tragt ihr bitte Klasse_Klassenbuchnummer ein. Beispiel: Die Schüler*in Gerda Taro aus der Klasse 9/8 mit der Klassenbuchnummer 76 trägt den Namen 98_76 ein. Wer seine Klassenbuchnummer nicht kennt, der findet sie in LernSax im Informatikkurs unter Dateien > Klassenbuchnummer.xlsx.

Mit falschem Namen gilt die Wochenaufgabe als nicht bearbeitet!