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Computernetzwerke: Der ultimative Leitfaden zu Computernetzwerkgrundlagen und Netzwerkkonzepten
Computer und das Internet haben diese Welt und unseren Lebensstil in den letzten Jahrzehnten erheblich verändert.
Vor einigen Jahrzehnten, als wir jemanden über Ferngespräche anrufen wollten, mussten wir eine Reihe langwieriger Verfahren durchlaufen, um dies zu erreichen.
In der Zwischenzeit wäre es sowohl zeitlich als auch finanziell sehr kostspielig. Im Laufe der Zeit haben sich die Dinge jedoch geändert, da jetzt fortschrittliche Technologien eingeführt wurden. Heute müssen wir nur noch einen kleinen Knopf drücken und innerhalb von Sekundenbruchteilen können wir ganz einfach mit Hilfe von Smartphones, Internet und Computern einen Anruf tätigen, eine Text- oder Videonachricht senden.
Der Hauptfaktor, der hinter dieser fortschrittlichen Technologie steckt, ist kein anderer als Computernetzwerke. Es ist eine Reihe von Knoten, die durch eine Medienverbindung verbunden sind. Ein Knoten kann ein beliebiges Gerät sein, z. B. ein Modem, ein Drucker oder ein Computer, das Daten senden oder empfangen kann, die von den anderen Knoten über das Netzwerk generiert wurden.
Liste der Tutorials in Computer Networking Series:
Nachfolgend finden Sie eine Liste aller Netzwerk-Tutorials in dieser Reihe als Referenz.
Beginnen wir mit dem ersten Tutorial dieser Reihe.
Was du lernen wirst:
- Einführung in das Computernetzwerk
Einführung in das Computernetzwerk
Das Computernetzwerk ist im Grunde ein digitales Telekommunikationsnetzwerk, mit dem die Knoten Ressourcen zuweisen können. Ein Computernetzwerk sollte aus zwei oder mehr als zwei Computern, Druckern und Knoten bestehen, die Daten über kabelgebundene Medien wie Kupferkabel oder optische Kabel oder kabellose Medien wie WLAN senden oder empfangen.
Der besteBeispieleines Computernetzwerks ist das Internet.
Ein Computernetzwerk bedeutet nicht ein System, bei dem eine einzelne Steuereinheit mit den anderen Systemen verbunden ist, die sich als Slaves verhalten.
Darüber hinaus sollte es in der Lage sein, bestimmte Kriterien wie unten erwähnt zu erfüllen:
- Performance
- Verlässlichkeit
- Sicherheit
Lassen Sie uns diese drei im Detail diskutieren.
# 1) Leistung:
Die Netzwerkleistung kann berechnet werden, indem die Laufzeit und die Antwortzeit gemessen werden, die wie folgt definiert sind:
- Transitzeit: Es ist die Zeit, die Daten benötigen, um von einem Quellpunkt zu einem anderen Zielpunkt zu gelangen.
- Reaktionszeit: Es ist die Zeit, die zwischen der Abfrage und der Antwort vergangen ist.
# 2) Zuverlässigkeit:
Die Zuverlässigkeit wird durch Messen von Netzwerkfehlern überprüft. Je höher die Anzahl der Fehler ist, desto geringer ist die Zuverlässigkeit.
# 3) Sicherheit:
Sicherheit ist definiert als der Schutz unserer Daten vor unerwünschten Benutzern.
Wenn Daten in einem Netzwerk fließen, durchlaufen sie verschiedene Netzwerkebenen. Daher können Daten von unerwünschten Benutzern verloren gehen, wenn sie zurückverfolgt werden. Daher ist Datensicherheit der wichtigste Teil von Computernetzwerken.
Ein gutes Netzwerk ist ein Netzwerk, das hochsicher, effizient und leicht zugänglich ist, sodass Daten ohne Lücken problemlos im selben Netzwerk ausgetauscht werden können.
Grundlegendes Kommunikationsmodell
Komponenten der Datenkommunikation:
- Botschaft: Es sind die zu liefernden Informationen.
- Absender: Absender ist die Person, die die Nachricht sendet.
- Empfänger: Empfänger ist die Person, an die die Nachricht gesendet wird.
- Mittel: Es ist das Medium, über das die Nachricht gesendet wird. Zum Beispiel , Ein Modem.
- Protokoll: Dies sind Regeln, die die Datenkommunikation regeln.
Andere Aspekte von Computernetzwerken:
Es unterstützt alle Arten von Daten und Nachrichten, die in Form von Sprache, Video oder Text vorliegen können.
Es ist sehr schnell und benötigt nur einen Bruchteil einer Sekunde für die Datenkommunikation. Es ist ein hochsicheres Kommunikationsmedium, sehr kostengünstig und äußerst effizient und daher auch leicht zugänglich.
Notwendigkeit für Computernetzwerke
Nachfolgend sind die verschiedenen Bedürfnisse aufgeführt:
- Kommunikation zwischen einem PC und einem anderen PC.
- Datenaustausch zwischen verschiedenen Benutzern derselben Plattform.
- Austausch von teurer Software und Datenbank.
- Weitergabe von Informationen über VAN .
- Wird für die gemeinsame Nutzung von Hardwaregeräten sowie von Software wie Druckern, Modems, Hubs usw. verwendet.
Verwendung von Computernetzwerken
Schauen wir uns einige Beispiele für Computernetzwerke an, sowohl in unserem täglichen Leben als auch für geschäftliche Zwecke, und wir werden auch sehen, wie dies eine Revolution in diesen Bereichen bringen wird.
# 1) gemeinsame Nutzung von Ressourcen : Das einzige Ziel ist es, alle Software- und Hardwaregeräte, insbesondere Drucker und Switches, für jeden im Netzwerk zugänglich zu machen, unabhängig vom physischen Standort des Absenders oder Empfängers.
# 2) Server-Client-Modell : Stellen Sie sich ein Modell vor, in dem die Daten eines Unternehmens auf einem intelligenten Computer gespeichert werden, der mit Firewalls hochsicher ist und sich im Büro des Unternehmens befindet. Jetzt muss ein Mitarbeiter des Unternehmens über seinen einfachen Desktop remote auf Daten zugreifen.
In diesem Modell ist der Desktop des Mitarbeiters der Client und der Computer im Büro der Server.
# 3) Kommunikationsmedium : Ein Computernetzwerk bietet eine starke Einrichtung des Kommunikationsmediums zwischen den Mitarbeitern in einem Büro.
Nahezu jedes Unternehmen (mit zwei oder mehr Computern) wird eine E-Mail-Funktion (E-Mail) verwenden, die alle Mitarbeiter im Allgemeinen für einen guten Handel mit der täglichen Kommunikation verwenden.
# 4) E-Commerce: Heutzutage liegt es im Trend, online einzukaufen, indem Sie bequem von zu Hause aus sitzen.
Geschäfte mit den Verbrauchern über das Internet zu machen ist sehr bequem und spart auch Zeit. Fluggesellschaften, Buchhandlungen, Online-Einkäufe, Hotelbuchungen, Online-Handel und Musikanbieter sind der Meinung, dass Kunden die Leichtigkeit des Einkaufens von zu Hause aus mögen.
Die beliebtesten Formen des E-Commerce sind in der folgenden Abbildung aufgeführt:
| Tag & vollständiger Name | Beispiel |
|---|---|
| B-2-C Business to Consumer | Handy online bestellen |
| B-2-B Business to Business | Fahrradhersteller bestellt Reifen bei Lieferanten |
| C-2-C Verbraucher zu Verbraucher | Gebrauchthandel / Auktion online |
| G-2-C Regierung zum Verbraucher | Regierung gibt elektronische Einreichung der Einkommensteuererklärung |
| P-2-P Peer-to-Peer | Objekt- / Dateifreigabe |
Arten von Netzwerktopologien
Die verschiedenen Arten von Netzwerktopologien werden nachfolgend mit einer bildlichen Darstellung zum leichteren Verständnis erläutert.
# 1) BUS-Topologie:
In dieser Topologie ist jedes Netzwerkgerät mit einem einzigen Kabel verbunden und überträgt Daten nur in eine Richtung.
Vorteile:
- Kosteneffizient
- Kann in kleinen Netzwerken verwendet werden.
- Es ist leicht zu verstehen.
- Im Vergleich zu den anderen Topologien ist sehr wenig Kabel erforderlich.
Nachteile:
- Wenn das Kabel fehlerhaft wird, fällt das gesamte Netzwerk aus.
- Langsam im Betrieb.
- Kabel hat eine begrenzte Länge.
# 2) RING-Topologie:
In dieser Topologie ist jeder Computer in Form eines Rings mit einem anderen Computer verbunden, wobei der letzte Computer mit dem ersten verbunden ist.
Jedes Gerät hat zwei Nachbarn. Der Datenfluss in dieser Topologie ist unidirektional, kann jedoch bidirektional gemacht werden, indem die doppelte Verbindung zwischen jedem Knoten verwendet wird, die als duale Ringtopologie bezeichnet wird.
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In einer Dual-Ring-Topologie arbeiten zwei Ringe in der Haupt- und Schutzverbindung. Wenn eine Verbindung ausfällt, fließen die Daten durch die andere Verbindung und halten das Netzwerk am Leben, wodurch eine selbstheilende Architektur bereitgestellt wird.
Vorteile:
- Einfach zu installieren und zu erweitern.
- Kann leicht zur Übertragung großer Verkehrsdaten verwendet werden.
Nachteile:
- Der Ausfall eines Knotens wirkt sich auf das gesamte Netzwerk aus.
- Die Fehlerbehebung ist in einer Ringtopologie schwierig.
# 3) STAR-Topologie:
Bei dieser Art von Topologie sind alle Knoten über ein Kabel mit einem einzelnen Netzwerkgerät verbunden.
Das Netzwerkgerät kann ein Hub, ein Switch oder ein Router sein, der ein zentraler Knoten ist, und alle anderen Knoten werden mit diesem zentralen Knoten verbunden. Jeder Knoten verfügt über eine eigene dedizierte Konnektivität mit dem zentralen Knoten. Der zentrale Knoten kann sich wie ein Repeater verhalten und mit OFC, verdrillten Drahtkabeln usw. verwendet werden.
Vorteile:
- Die Aktualisierung eines zentralen Knotens kann einfach durchgeführt werden.
- Wenn ein Knoten ausfällt, wirkt sich dies nicht auf das gesamte Netzwerk aus und das Netzwerk läuft reibungslos.
- Die Fehlerbehebung ist einfach.
- Einfach zu bedienen.
Nachteile:
- Hohe Kosten.
- Wenn der zentrale Knoten fehlerhaft wird, wird das gesamte Netzwerk unterbrochen, da alle Knoten vom zentralen Knoten abhängig sind.
- Die Leistung des Netzwerks basiert auf der Leistung und Kapazität des zentralen Knotens.
# 4) MESH-Topologie:
Jeder Knoten ist mit einem anderen Knoten mit einer Punkt-zu-Punkt-Topologie verbunden, und jeder Knoten ist miteinander verbunden.
Es gibt zwei Techniken zum Übertragen von Daten über die Maschentopologie. Einer ist Routing und der andere ist Flut. Bei der Routing-Technik folgen die Knoten einer Routing-Logik gemäß dem Netzwerk, das erforderlich ist, um die Daten auf dem kürzesten Weg von der Quelle zum Ziel zu leiten.
Bei der Flooding-Technik werden dieselben Daten an alle Knoten des Netzwerks übertragen, daher ist keine Routing-Logik erforderlich. Das Netzwerk ist im Falle einer Überflutung robust und es ist schwer, Daten zu verlieren. Dies führt jedoch zu einer unerwünschten Belastung des Netzwerks.
Vorteile ::
- Es ist robust.
- Fehler können leicht erkannt werden.
- Sehr sicher
Nachteile ::
- Sehr teuer.
- Installation und Konfiguration sind schwierig.
# 5) BAUM-Topologie:
Es hat einen Wurzelknoten und alle Unterknoten sind in Form des Baums mit dem Wurzelknoten verbunden, wodurch eine Hierarchie gebildet wird. Normalerweise hat es drei Hierarchieebenen und kann je nach Bedarf des Netzwerks erweitert werden.
Vorteile ::
- Die Fehlererkennung ist einfach.
- Kann das Netzwerk bei Bedarf gemäß den Anforderungen erweitern.
- Einfache Wartung.
Nachteile ::
- Hohe Kosten.
- Bei Verwendung für WAN ist die Wartung schwierig.
Übertragungsmodi in Computernetzwerken
Dies ist die Methode zum Übertragen der Daten zwischen zwei Knoten, die über ein Netzwerk verbunden sind.
Es gibt drei Arten von Übertragungsmodi, die im Folgenden erläutert werden:
# 1) Simplex-Modus:
In diesem Modus können Daten nur in eine Richtung gesendet werden. Daher ist der Kommunikationsmodus unidirektional. Hier können wir nur Daten senden und keine Antwort darauf erwarten.
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Beispiel : Lautsprecher, CPU, Monitor, Fernsehsendung usw.
# 2) Halbduplex-Modus:
Halbduplex-Modus bedeutet, dass Daten in beiden Richtungen auf einer einzigen Trägerfrequenz übertragen werden können, jedoch nicht gleichzeitig.
Beispiel : Walkie-Talkie - In diesem Fall kann die Nachricht in beide Richtungen gesendet werden, jedoch jeweils nur in einer.
# 3) Vollduplexmodus:
Vollduplex bedeutet, dass die Daten gleichzeitig in beide Richtungen gesendet werden können.
Beispiel : Telefon - in dem beide Benutzer gleichzeitig sprechen und zuhören können.
Übertragungsmedien in Computernetzwerken
Übertragungsmedien sind das Medium, über das wir Daten in Form von Sprache / Nachricht / Video zwischen dem Quell- und dem Zielpunkt austauschen.
Die erste Schicht der OSI-Schicht, d. H. Die physikalische Schicht, spielt eine wichtige Rolle bei der Bereitstellung des Übertragungsmediums zum Senden von Daten vom Sender zum Empfänger oder zum Austauschen von Daten von einem Punkt zum anderen. Wir werden dies weiter im Detail untersuchen.
Abhängig von den Faktoren wie Netzwerktyp, Kosten und einfache Installation, Umgebungsbedingungen, den Anforderungen des Unternehmens und den Entfernungen zwischen Sender und Empfänger entscheiden wir, welches Übertragungsmedium für den Datenaustausch geeignet ist.
Arten von Übertragungsmedien:
# 1) Koaxialkabel:
Koaxialkabel sind grundsätzlich zwei Leiter, die parallel zueinander sind. Kupfer wird hauptsächlich im Koaxialkabel als zentraler Leiter verwendet und kann in Form eines durchgezogenen Drahtes vorliegen. Es ist von einer PVC-Anlage umgeben, in der eine Abschirmung eine äußere Metallhülle aufweist.
Der äußere Teil wird als Abschirmung gegen das Rauschen und auch als Leiter verwendet, der den gesamten Stromkreis vervollständigt. Der äußerste Teil ist eine Kunststoffabdeckung, die zum Schutz des gesamten Kabels verwendet wird.
Es wurde in analogen Kommunikationssystemen verwendet, in denen ein einzelnes Kabelnetz 10K-Sprachsignale übertragen kann. Kabelfernsehnetzanbieter verwenden das Koaxialkabel auch häufig im gesamten Fernsehnetz.
# 2) Twisted Pair-Kabel:
Es ist das beliebteste kabelgebundene Übertragungsmedium und wird sehr häufig verwendet. Es ist billig und einfacher zu installieren als Koaxialkabel.
Es besteht aus zwei Leitern (üblicherweise wird Kupfer verwendet), die jeweils eine eigene Kunststoffisolierung aufweisen und miteinander verdrillt sind. Einer ist geerdet und der andere dient zum Übertragen von Signalen vom Sender zum Empfänger. Zum Senden und Empfangen werden separate Paare verwendet.
Es gibt zwei Arten von Twisted-Pair-Kabeln, d. H. Ungeschirmte Twisted-Pair-Kabel und geschirmte Twisted-Pair-Kabel. In den Telekommunikationssystemen wird häufig ein RJ 45-Verbindungskabel verwendet, das eine Kombination aus 4 Kabelpaaren darstellt.
Es wird für LAN-Kommunikation und Telefon-Festnetzverbindungen verwendet, da es über eine Kapazität mit hoher Bandbreite verfügt und Verbindungen mit hoher Daten- und Sprachrate bietet.
# 3) Glasfaserkabel:
ZU Glasfaserkabel besteht aus einem Kern, der von einem transparenten Mantelmaterial mit einem geringeren Reflexionsindex umgeben ist. Es nutzt die Eigenschaften von Licht, damit Signale zwischen ihnen wandern können. Somit wird Licht im Kern gehalten, indem die Methode der Totalreflexion angewendet wird, die bewirkt, dass die Faser als Wellenleiter wirkt.
In Multimodefasern gibt es mehrere Ausbreitungswege und die verwendeten Fasern haben breitere Kerndurchmesser. Diese Art von Faser wird hauptsächlich in gebäudeinternen Lösungen verwendet.
Während in Einmodenfasern ein einziger Ausbreitungsweg vorhanden ist und der verwendete Kerndurchmesser vergleichsweise kleiner ist. Dieser Fasertyp wird in Weitverkehrsnetzen verwendet.
Eine optische Faser ist eine flexible und transparente Faser, die aus Quarzglas oder Kunststoff besteht. Optische Fasern übertragen Signale in Form von Licht zwischen den beiden Enden der Faser und ermöglichen daher die Übertragung über größere Entfernungen und mit einer höheren Bandbreite als die Koaxial- und Twisted-Pair-Kabel oder elektrischen Kabel.
In diesem Fall werden Fasern anstelle von Metalldrähten verwendet. Daher wird das Signal mit sehr geringem Signalverlust vom Sender zum Empfänger übertragen und ist auch immun gegen elektromagnetische Störungen. Somit sind seine Effizienz und Zuverlässigkeit sehr hoch und es ist auch sehr leicht.
Aufgrund der oben genannten Eigenschaften von Glasfaserkabeln sind diese für die Fernkommunikation gegenüber elektrischen Drähten meist vorzuziehen. Der einzige Nachteil von OFC sind die hohen Installationskosten und die Wartung.
Drahtlose Kommunikationsmedien
Bisher haben wir die drahtgebundenen Kommunikationsmodi untersucht, in denen wir Leiter oder geführte Medien für die Kommunikation verwendet haben, um Signale von der Quelle zum Ziel zu übertragen, und wir haben Glas- oder Kupferdraht als physikalische Medien für die Kommunikationszwecke verwendet.
Das Medium, das die elektromagnetischen Signale ohne Verwendung eines physischen Mediums transportiert, wird als drahtloses Kommunikationsmedium oder ungeführtes Übertragungsmedium bezeichnet. Die Signale werden über die Luft gesendet und stehen jedem zur Verfügung, der sie empfangen kann.
Die für die drahtlose Kommunikation verwendete Frequenz reicht von 3 kHz bis 900 THz.
Wir können die drahtlose Kommunikation auf drei Arten kategorisieren, wie unten erwähnt:
# 1) Radiowellen:
Die Signale mit einer Sendefrequenz von 3 kHz bis 1 GHz werden als Funkwellen bezeichnet.
Diese sind omnidirektional, da eine Antenne, wenn sie die Signale sendet, diese in alle Richtungen sendet, was bedeutet, dass die Sende- und Empfangsantennen nicht aufeinander ausgerichtet sein müssen. Wenn man die Funkwellensignale sendet, kann jede Antenne mit den Empfangseigenschaften diese empfangen.
Sein Nachteil ist, dass die Signale, da sie über Funkwellen übertragen werden, von jedem abgefangen werden können. Daher ist sie nicht zum Senden klassifizierter wichtiger Daten geeignet, sondern kann für den Zweck verwendet werden, bei dem nur ein Sender und viele Empfänger vorhanden sind.
Beispiel: Es wird in AM, FM-Radio, Fernsehen und Paging verwendet.
# 2) Mikrowellen:
Die Signale mit einer Sendefrequenz von 1 GHz bis 300 GHz werden als Mikrowellen bezeichnet.
Dies sind unidirektionale Wellen, dh wenn das Signal zwischen Sender- und Empfängerantenne übertragen wird, müssen beide ausgerichtet werden. Mikrowellen haben weniger Interferenzprobleme als die Funkwellenkommunikation, da sowohl die Sender- als auch die Empfängerantenne an beiden Enden aufeinander ausgerichtet sind.
Die Mikrowellenausbreitung ist der Sichtlinien-Kommunikationsmodus, und die Türme mit montierten Antennen müssen sich in direkter Sichtlinie befinden. Daher muss die Turmhöhe für eine ordnungsgemäße Kommunikation sehr hoch sein. Zwei Arten von Antennen werden für die Mikrowellenkommunikation verwendet, d.h. Parabolschale und Horn .
Mikrowellen sind aufgrund ihrer unidirektionalen Eigenschaften in Eins-zu-Eins-Kommunikationssystemen nützlich. Daher ist es in der Satelliten- und WLAN-Kommunikation sehr verbreitet.
Es kann auch für die Ferntelekommunikation verwendet werden, da Mikrowellen im gleichen Zeitintervall Tausende von Sprachdaten übertragen können.
Es gibt zwei Arten der Mikrowellenkommunikation:
- Terrestrische Mikrowelle
- Satellitenmikrowelle
Der einzige Nachteil der Mikrowelle ist, dass sie sehr teuer ist.
# 3) Infrarotwellen:
Die Signale mit einer Sendefrequenz von 300 GHz bis 400 THz werden als Infrarotwellen bezeichnet.
Es kann für die Kurzstreckenkommunikation verwendet werden, da Infrarot mit hohen Frequenzen die Räume nicht durchdringen kann und somit die Interferenz zwischen einem Gerät und einem anderen verhindert.
Beispiel : Verwendung der Infrarot-Fernbedienung durch die Nachbarn.
Fazit
In diesem Tutorial haben wir die Grundbausteine der Computernetzwerke und ihre Bedeutung in der heutigen digitalen Welt untersucht.
Die verschiedenen Arten von Medien, Topologie und Übertragungsmodi, die zum Verbinden der verschiedenen Arten von Knoten im Netzwerk verwendet werden, wurden ebenfalls hier erläutert. Wir haben auch gesehen, wie Computernetzwerke für Intra-Building-Netzwerke, Inter-City-Netzwerke und World Wide Web, d. H. Internet, verwendet werden.
Literatur-Empfehlungen
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