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12.03.2012
Folge 313

Netzwerk und Co.

Aus dem Forum erreicht uns von Hörer „felix“ der Vorschlag, mal einen Beitrag über Proxy-Server zu machen. Danke für die Anregung, die wir genutzt haben, etwas ausführlicher über Rechnernetze und ihre Komponenten zu berichten.

Die Texte hier auf der Webseite sind aus Wikipedia zusammengestellt. Über die Links kommt man zu den entsprechenden Artikeln, die alle sehr ausführlich und informativ sind. Deswegen habe ich auch die Zusammenfassungen nicht neu geschrieben, denn die Wikipedia-Autoren habe so kompetent gearbeitet, dass es kaum zu toppen ist.

Rechnernetz
http://de.wikipedia.org/wiki/Rechnernetz
Ein Rechnernetz ist ein Zusammenschluss verschiedener technischer, primär selbstständiger elektronischer Systeme (insbesondere Computer, aber auch Sensoren, Aktoren, Agenten und sonstige funktechnische Komponenten usw.), der die Kommunikation der einzelnen Systeme untereinander ermöglicht. Ziel ist hierbei z. B. die gemeinsame Nutzung von Ressourcen wie Netzwerkdruckern, Servern, Mediendateien und Datenbanken. Wichtig ist auch die Möglichkeit zur zentralen Verwaltung von Netzwerkgeräten, Netzwerkbenutzern, deren Berechtigungen und Daten. Besondere Bedeutung hat heute auch die direkte Kommunikation zwischen den Netzwerkbenutzern (Chat, VoIP-Telefonie etc.).

Die Kommunikation erfolgt über verschiedene Protokolle, die mit dem ISO/OSI-Modell strukturiert werden können. Obwohl in der Praxis kein Rechnernetz das ISO/OSI-Modell vollständig abbildet, ist es von entscheidender Bedeutung für das Verständnis von Rechnernetzen, da hierbei aus kleinen grundlegenden Strukturen durch Verknüpfung größere und komplexere Strukturen gebildet werden. Dabei greifen höhere (komplexere) Protokollschichten auf die Funktionalitäten einfacherer darunter liegender Protokollschichten zu.

Ethernet
http://de.wikipedia.org/wiki/Ethernet
Ethernet wurde ursprünglich am Xerox Palo Alto Research Center (PARC) entwickelt. Eine weitverbreitete Geschichte besagt, dass Ethernet 1973 erfunden wurde, als Robert Metcalfe ein Memo über das Potenzial von Ethernet an seine Vorgesetzten schrieb. Er leitete das Protokoll von dem an der Universität von Hawaii entwickelten funkbasierten ALOHAnet ab. Daher auch der Name Ethernet (englisch für „Äther“, der nach historischen Annahmen das Medium zur Ausbreitung von (Funk-)Wellen wäre). Metcalfe selbst sagt, dass Ethernet über mehrere Jahre entwickelt worden sei und sich daher kein Anfangszeitpunkt festmachen ließe.

Robert Metcalfe verließ Xerox 1979, um die Nutzung von Personal Computern und LANs zu fördern, und gründete die Firma 3Com. Er überzeugte DEC, Intel und Xerox, mit ihm zusammenzuarbeiten, um Ethernet zum Standard zu machen. Ihre erste Ethernet-Version 1 wurde ab 1980 vom IEEE (Institute of Electrical and Electronics Engineers) in der Arbeitsgruppe 802 weiterentwickelt.

CSMA/CD-Algorithmus
http://de.wikipedia.org/wiki/Carrier_Sense_Multiple_Access/Collision_Detection
Ein Algorithmus mit dem Namen „Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection“ (CSMA/CD) regelt den Zugriff der Systeme auf das gemeinsame Medium. Es ist eine Weiterentwicklung des ALOHAnet-Protokolls, das in den 1960er-Jahren auf Hawaii zum Einsatz kam.

In der Praxis funktioniert dieser Algorithmus bildlich wie eine Party, auf der alle Gäste ein gemeinsames Medium (die Luft) benutzen, um miteinander zu sprechen. Bevor sie zu sprechen beginnen, warten sie höflich darauf, dass der andere Gast zu reden aufgehört hat. Wenn zwei Gäste zur gleichen Zeit zu sprechen beginnen, stoppen beide und warten für eine kurze, zufällige Zeitspanne, bevor sie einen neuen Anlauf wagen.

Die Stelle, die Daten senden möchte, lauscht also auf dem Medium (Carrier Sense), ob es bereits belegt ist und sendet erst, wenn die Leitung frei ist. Da zwei Stellen gleichzeitig zu senden anfangen können, kann es trotzdem zu Kollisionen kommen, die dann festgestellt werden (Collision Detection), woraufhin beide Stellen sofort mit dem Senden aufhören und eine zufällige Zeit warten, bis sie einen erneuten Sendeversuch starten.

Internet Protocol
http://de.wikipedia.org/wiki/Internet_Protocol
Das Internet Protocol (IP) ist ein in Computernetzen weit verbreitetes Netzwerkprotokoll und stellt die Grundlage des Internets dar. Es ist die Implementierung der Internetschicht des TCP/IP-Modells bzw. der Vermittlungsschicht (engl. Network Layer) des OSI-Modells. IP ist ein verbindungsloses Protokoll, d.h. bei den Verbindungspartnern wird kein Zustand etabliert. Erst durch die Nutzung von TCP kommt Zustand in den Endgeräten zustande.

IP-Adresse
http://de.wikipedia.org/wiki/IP-Adresse
Eine IP-Adresse ist eine Adresse in Computernetzen, die – wie z. B. das Internet – auf dem Internetprotokoll (IP) basieren. Sie wird Geräten zugewiesen, welche an das Netz angebunden sind und macht die Geräte so adressierbar und damit erreichbar. Die IP-Adresse kann einen einzelnen Empfänger oder eine Gruppe von Empfängern bezeichnen (Multicast, Broadcast). Umgekehrt können einem Computer mehrere IP-Adressen zugeordnet sein.

Die IP-Adresse wird verwendet, um Daten von ihrem Absender zum vorgesehenen Empfänger transportieren zu können. Ähnlich der Postanschrift auf einem Briefumschlag werden Datenpakete mit einer IP-Adresse versehen, die den Empfänger eindeutig identifiziert. Aufgrund dieser Adresse können die „Poststellen“, die Router, entscheiden, in welche Richtung das Paket weiter transportiert werden soll. Im Gegensatz zu Postadressen sind IP-Adressen nicht an einen bestimmten Ort gebunden.

Die bekannteste Notation der heute geläufigen IPv4-Adressen besteht aus vier Zahlen, die Werte von 0 bis 255 annehmen können und mit einem Punkt getrennt werden, beispielsweise 192.0.2.42. Technisch gesehen ist die Adresse eine 32-stellige (IPv4) oder 128-stellige (IPv6) Binärzahl.

MAC-Adresse
http://de.wikipedia.org/wiki/MAC-Adresse
Die MAC-Adresse (Media-Access-Control-Adresse) ist die Hardware-Adresse jedes einzelnen Netzwerkadapters, die zur eindeutigen Identifizierung des Geräts in einem Rechnernetz dient. Bei Apple wird sie auch Ethernet-ID, Airport-ID oder Wi-Fi-Adresse genannt, bei Microsoft Physikalische Adresse.

In den ersten 24 Bits (Bit 3 bis 24) wird eine von der IEEE vergebene Herstellerkennung (auch OUI – Organizationally Unique Identifier genannt) beschrieben, die weitgehend in einer Datenbank einsehbar sind[4]. Die verbleibenden 24 Bits (Bit 25 bis 48) werden vom jeweiligen Hersteller für jede Schnittstelle individuell festgelegt. Compaq zum Beispiel hat eine OUI mit der Adresse 00-50-8b. Innerhalb dieser OUI darf Compaq alle verfügbaren Adressen verwenden, also 00-50-8b-xx-xx-xx. Es ergeben sich 224 = 16777216 (16,8 Millionen) individuelle Adressen.

Netzwerkgeräte brauchen dann eine MAC-Adresse, wenn sie auf Schicht 2 explizit adressiert werden sollen, um Dienste auf höheren Schichten anzubieten. Leitet das Gerät wie ein Repeater oder Hub die Netzwerkpakete nur weiter, ist es auf der Sicherungsschicht nicht sichtbar und braucht folglich keine MAC-Adresse. Bridges und Switches untersuchen zwar die Pakete der Sicherungsschicht, um das Netzwerk physikalisch in mehrere Kollisionsdomänen aufzuteilen, nehmen aber selbst nicht aktiv an der Kommunikation teil, brauchen also für diese Basisfunktionen ebenfalls keine MAC-Adresse.

OSI-Modell
http://de.wikipedia.org/wiki/OSI-Modell
Als OSI-Schichtenmodell (auch OSI-Referenzmodell; englisch Open Systems Interconnection Reference Model) wird ein Schichtenmodell der Internationalen Organisation für Normung (ISO) bezeichnet, das als Designgrundlage von Kommunikationsprotokollen in Rechnernetzen entwickelt wurde.

Die Aufgaben der Kommunikation wurden dazu in sieben aufeinander aufbauende Schichten (layers) unterteilt. Für jede Schicht existiert eine Beschreibung, in der steht, was diese zu leisten hat. Diese Anforderungen müssen von den Kommunikationsprotokollen realisiert werden. Die konkrete Umsetzung wird dabei nicht vorgegeben und kann daher sehr unterschiedlich sein. Somit existieren mittlerweile für jede der sieben Schichten zahlreiche solcher Protokolle.

Standardisiert ist das Modell seit 1983 von der Internationalen Organisation für Normung (ISO). Die Entwicklung begann aber bereits 1979.

Schicht 7 – Anwendungsschicht (Application Layer)
Protokolle und Normen: X.400, X.500, ISO 8571 (FTAM), ISO 9040/9041 (VT), ISO 9506 (MMS), MHS, VTP, FTP, NFS, Telnet, SMTP, HTTP, LDAP, JTM, SSH

Schicht 6 – Darstellungsschicht  (Presentation Layer)
Protokolle und Normen: ISO 8822 / X.216 (Presentation Service), ISO 8823 / X.226 (Connection-Oriented Presentation Protocol), ISO 9576 (Connectionless Presentation Protocol)

Schicht 5 – Sitzungsschicht  (Session Layer)
Protokolle und Normen: ISO 8306 / X.215 (Session Service), ISO 8327 / X.225 (Connection-Oriented Session Protocol), ISO 9548 (Connectionless Session Protocol)

Schicht 4 – Transportschicht (Transport Layer)
Protokolle und Normen: ISO 8073/X.224, ISO 8602, TCP, UDP, SCTP.

Schicht 3 – Vermittlungsschicht (Network Layer)
Hardware auf dieser Schicht: Router, Layer-3-Switch (BRouter)
Protokolle und Normen: X.25, ISO 8208, ISO 8473 (CLNP), ISO 9542 (ESIS), IP, IPsec, ICMP

Schicht 2 – Sicherungsschicht (Data Link Layer)
Hardware auf dieser Schicht: Bridge, Switch (Multiport-Bridge)
Protokolle und Normen, die auf anderen Schicht-2-Protokollen und -Normen aufsetzen: HDLC, SDLC, DDCMP, IEEE 802.2 (LLC), ARP, RARP, STP

Protokolle und Normen, die direkt auf Schicht 1 aufsetzen: IEEE 802.11 (WLAN), IEEE 802.4 (Token Bus), IEEE 802.5 (Token Ring), FDDI

Schicht 1 – Bitübertragungsschicht (Physical Layer)
Hardware auf dieser Schicht: Leitungen, Stecker, u.a.
Protokolle und Normen: V.24, V.28, X.21, RS 232, RS 422, RS 423, RS 499

Hub
http://de.wikipedia.org/wiki/Hub_(Netzwerk)
Der Hub (englisch hub ‚Nabe‘ [technisch], ‚Knotenpunkt‘) bezeichnet in der Telekommunikation Geräte, die Netzknoten (physisch) sternförmig verbinden. Normalerweise wird die Bezeichnung Hub für Multiport-Repeater gebraucht. Sie werden verwendet, um Netzknoten oder auch weitere Hubs, z. B. durch ein Ethernet, miteinander zu verbinden.

Switch
http://de.wikipedia.org/wiki/Switch_(Computertechnik)
Ein Switch (vom Englischen für „Schalter“ oder „Umschalter“) auch Netzwerkweiche (kurz Weiche) oder Verteiler genannt, ist ein Kopplungselement, das Netzwerksegmente miteinander verbindet. Der Begriff bezieht sich allgemein auf eine Weiterentwicklung einer Netzwerk-Bridge – ein aktives Netzwerkgerät – das Datenpakete auf dem Data Link Layer (Layer 2) des OSI-Modells weiterleitet. Switches, die zusätzlich Daten auf der Netzwerkebene (Layer 3 und höher) verarbeiten, werden oft als Layer-3-Switches oder Multilayer-Switches bezeichnet. Der erste Ethernet-Switch wurde von Kalpana im Jahr 1990 eingeführt.

Router
http://de.wikipedia.org/wiki/Router
Router sind Netzwerkgeräte, die mehrere Rechnernetze – je nach Sichtweise – koppeln oder trennen. Dabei analysiert der Router die ankommenden Datenpakete nach ihrer Zieladresse und blockt diese oder leitet sie weiter. Geroutete, d. h. weitergeleitete, Pakete gelangen so entweder in ein direkt am Router angeschlossenes Zielnetz (auch Ziel-Subnetz) oder werden zu einem anderen im Netz erreichbaren Router weitergeleitet.

Proxy
http://de.wikipedia.org/wiki/Proxy_(Rechnernetz)
Ein Proxy (von englisch proxy representative ‚Stellvertreter‘, von lateinisch proximus ‚der Nächste‘) ist eine Kommunikationsschnittstelle in einem Netzwerk. Er arbeitet als Vermittler, der auf der einen Seite Anfragen entgegennimmt, um dann über seine eigene Adresse eine Verbindung zur anderen Seite herzustellen.

Wird der Proxy als Netzwerkkomponente eingesetzt, bleibt einerseits die wahre Adresse des einen Kommunikationspartners dem anderen Kommunikationspartner gegenüber komplett verborgen, was eine gewisse Anonymität schafft. Als (mögliches) Verbindungsglied zwischen unterschiedlichen Netzwerken realisiert er andererseits eine Verbindung zwischen den Kommunikationspartnern selbst dann, wenn deren Adressen zueinander inkompatibel sind und eine direkte Verbindung nicht möglich wäre.

Arpanet
http://de.wikipedia.org/wiki/Arpanet
Das Arpanet (Advanced Research Projects Agency Network) wurde ursprünglich im Auftrag der US-Luftwaffe ab 1962 von einer kleinen Forschergruppe unter der Leitung des Massachusetts Institute of Technology und des US-Verteidigungsministeriums entwickelt. Es ist der Vorläufer des heutigen Internets. Paul Baran (RAND-Studie) und Donald Watts Davies (dezentrale Netz-Struktur und Paketvermittlung) lieferten wichtige Erkenntnisse aus dem Bereich der teilvermaschten Netztopologie und der paketvermittelten Netze, die als Kommunikationsgrundlage in die Entwicklung des Arpanets einflossen.

Internet
http://de.wikipedia.org/wiki/Internet
Das Internet (von englisch interconnected network), kurz das Netz, ist ein weltweites Netzwerk, bestehend aus vielen Rechnernetzwerken, durch das Daten ausgetauscht werden. Es ermöglicht die Nutzung von Internetdiensten wie E-Mail, Telnet, Usenet, Dateiübertragung, WWW und in letzter Zeit zunehmend auch Telefonie, Radio und Fernsehen. Im Prinzip kann dabei jeder Rechner weltweit mit jedem anderen Rechner verbunden werden. Der Datenaustausch zwischen den einzelnen Internet-Rechnern erfolgt über die technisch normierten Internetprotokolle. Die Technik des Internets wird durch die RFCs der Internet Engineering Task Force (IETF) beschrieben. Umgangssprachlich wird „Internet“ häufig synonym zum World Wide Web verwendet, da dieses einer der meistgenutzten Internetdienste ist und wesentlich zum Wachstum und der Popularität des Mediums beigetragen hat. Im Gegensatz dazu sind andere Mediendienste wie Telefonie, Fernsehen und Radio erst kürzlich über das Internet erreichbar geworden und haben parallel dazu ihre ursprüngliche Verbreitungstechnik.[1] Das Internet hat durch seine neuartige Technik und Verwendung eine eigene Sprachlichkeit hervorgebracht.

World Wide Web
http://de.wikipedia.org/wiki/Www
Das Web entstand 1989 als Projekt an der Forschungseinrichtung CERN, in der Nähe von Genf auf schweizerischem und französischem Gebiet liegend, an dem Tim Berners-Lee ein Hypertext-System aufbaute. Das ursprüngliche Ziel des Systems war es, Forschungsergebnisse auf einfache Art und Weise mit Kollegen auszutauschen. Eine Methode dafür war das „Verflechten“ von wissenschaftlichen Artikeln – also das Erstellen eines Webs.

Das World Wide Web (kurz Web oder WWW aus dem Englischen für: „Weltweites Netz“) ist ein über das Internet abrufbares System von elektronischen Hypertext-Dokumenten, die durch Hyperlinks miteinander verknüpft sind und über die Protokolle HTTP bzw. HTTPS übertragen werden.

Zur Nutzung des World Wide Web wird ein Webbrowser benötigt, welcher die Daten vom Webserver holt und zum Beispiel auf dem Bildschirm anzeigt. Der Benutzer kann den Hyperlinks im Dokument folgen, die auf andere Dokumente verweisen, gleichgültig ob sie auf demselben Webserver oder einem anderen gespeichert sind. Dadurch ergibt sich ein weltweites Netz aus Webseiten. Das Verfolgen der Hyperlinks wird oft als Internetsurfen bezeichnet.

Das WWW wird im allgemeinen Sprachgebrauch oft mit dem Internet gleichgesetzt[1], obwohl es jünger ist und nur eine von mehreren möglichen Nutzungen des Internets darstellt (so wie wiederum das Internet nur einer von verschiedenen möglichen Serververbünden ist). Es gibt durchaus Internet-Dienste, die nicht in das WWW integriert sind (am bekanntesten ist E-Mail, aber z. B. auch IRC und Telnet

Domain Name System
http://de.wikipedia.org/wiki/Domain_Name_System
DNS ist ein weltweit auf tausende von Servern verteilter hierarchischer Verzeichnisdienst, der den Namensraum des Internets verwaltet. Dieser Namensraum ist in so genannte Zonen unterteilt, für die jeweils unabhängige Administratoren zuständig sind. Für lokale Anforderungen – etwa innerhalb eines Firmennetzes – ist es auch möglich, ein vom Internet unabhängiges DNS zu betreiben.

Hauptsächlich wird das DNS zur Umsetzung von Domainnamen in IP-Adressen („forward lookup“) benutzt. Dies ist vergleichbar mit einem Telefonbuch, das die Namen der Teilnehmer in ihre Telefonnummer auflöst. Das DNS bietet somit eine Vereinfachung, weil Menschen sich Namen weitaus besser merken können als Zahlenkolonnen. So kann man sich einen Domainnamen wie example.org in der Regel leichter merken als die dazugehörende IP-Adresse 192.0.32.10. Dieser Punkt gewinnt im Zuge der Einführung von IPv6 noch an Bedeutung, denn dann werden einem Namen jeweils IPv4- und IPv6-Adressen zugeordnet. So löst sich beispielsweise der Name www.kame.net in die IPv4-Adresse 203.178.141.194 und die IPv6-Adresse 2001:200:0:8002:203:47ff:fea5:3085 auf.


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