Netzwerke an der Duale Hochschule Baden-Württemberg

Produktionsgrobplanung, Kostenrechnung ,Bestellabwicklung, Finanzbuchführung

Kommunikation der Ebenen hat unterschiedliche Anforderungen

Leitebene: Keine Echtzeitanforderungen. Hohe Datenmengen

Prozessebene: Teilweise Echtzeit Richtung Sensor/Aktor-Ebene. Größere Datenmenge, insbesondere zur Leitebene

Sensor-/Aktor-Ebene: Echtzeitanforderungen mit wenig Daten

Zwischen den Ebenen sind Übersetzer (Gateways) notwendig, um zwischen unterschiedlichen Feldbussen die Kommunikation zu gewährleisten.

• Der Primärbereich verbindet einzelne Gebäude untereinander. Jedes Gebäude besitzt einen Gebäudeverteiler, der das Netzwerk innerhalb des Gebäudes verteilt.
• Der Sekundärbereich verbindet die einzelnen Etagen miteinander. Vom Gebäude- bzw. Standortverteiler wird das Netzwerk sternförmig zu den einzelnen Etagen verbunden.
• Der Tertiärbereich beschreibt die Verbindung vom Etagenverteiler zu den einzelnen Arbeitsplätzen, an denen Datenendgeräte angeschlossen werden können.

Eingesetzt bei hoher Dichte an Teilnehmern

Vorteile: 

• Niedrige Kosten pro Port (Komponenten mit hohen Portdichten)
• Flexibilität bei Erweiterungen
• Einfache Administration und Diagnose
• Ausfall eines Teilnehmers ohne Auswirkungen für den Rest

Nachteile: 

• Hohe Kosten und Verkabelungsaufwand bei weit verteilten Systemen (Kabellänge, Kanalvolumen) 
• Reduzierte Verfügbarkeit wegen des zentralen Knotens.

Linientopologie

Eingesetzt bei räumlich ausgedehnten, linear aufgebauten Systemen und bei Verbindung mehrerer Teilnehmer innerhalb einer Maschine

Vorteile: 

• Kostengünstig bei weiträumigen Systemen.
• Gleiche Topologie wie bei Feldbussen.
• Aktive Netzwerkkomponenten und Teilnehmer sind im selben Schaltschrank untergebracht.
• Einfache Stromversorgung.
• Schutz gegen Umwelteinflüsse.

Nachteile: 

• Eine Unterbrechung innerhalb der Linie teilt diese in zwei Segmente, die nicht mehr miteinander kommunizieren können.

Layer 1: Zugriffsverfahren CSMA/CD

• Kommt es zur Kollision merkt das der am nächsten gelegene Netzwerkadapter als erstes und sendet JAM-Block in das gemeinsame Medium -> Alle merken, sie dürfen nicht mehr senden und stoppen
• Die beiden Stationen, welche die Kollision verursacht haben, wissen, dass ihr Signal zerstört wurde.
• Um eine sofortige neue Kollision nach einem Jam-Block zu vermeiden, beginnt auf jedem Adapter nach der Kollision (dem Ende des Jam-Signals) ein Timer anzulaufen, bevor alles von vorne beginnt.
   Dabei werden unterschiedliche Verfahren angewandt. Manche Hersteller setzen auf randomisierte Timer, andere bemühen die Hardwareadressen als Berechnungsgrundlage der Wartezeit.

Layer 2: Die Bridge

Eine Bridge teilt ein Netzwerk in zwei Kollisionsbereiche. Somit ist es möglich, die Netzwerkbelastung zu reduzieren.

• Die Bridge merkt sich an jedem ihrer Ports die jeweils angeschlossenen Geräte (MAC-Adresse) per ARP-Requests.
• Ein Rundsenden an alle (Broadcast), wie z.B. ein ARP-Request wird an allen Ports ausgegeben. Ebenso das Senden an noch unbekannte Adressen und Multicasts.
• Die Bridge speichert die ankommenden Informationen zwischen und packt diese bis zum OSI-Layer 2 aus, um die MAC-Adresse lesen zu können. Dies ermöglicht es, den Layer 1 zu erneuern und zwischen unterschiedlichen Zugriffsverfahren zu verbinden, z.B. Token-Ring-Segment mit Ethernet.
• Bei Verbindung zweier Netzwerke unterschiedlicher Geschwindigkeiten muss durch einen Steuermechanismus sichergestellt werden, dass die Zwischenspeicher nicht überlaufen.

• Bei der IANA kann ein Bereich von IP-Adressen beantragt werden. Erhält nun eine Organisation einen Bereich von IP-Adressen zur eigenen Verwaltung, ist dies weltweit registriert.
• IP-Addressen erstrecken sich im Bereich der Adresse 0.0.0.0 bis 255.255.255.255.
• IP-Adressen sind streng hierarchisch geordnet. Sie sind in 5 unterschiedliche Klassen unterteilt, die sich darin unterscheiden, wie viele Hosts adressiert werden können und welche Funktionen sie haben.
  
   
• Klasse A: sehr große Netzwerke, zum Beispiel Großkonzerne, Provider, Militär und Universitäten.
   Das erste Byte ist fix, die anderen frei: 0.0.0.0 bis 127.255.255.255.
• Klasse B: mittlere bis große Unternehmen, Universitäten, Provider.
   Die ersten beiden Byte sind fix, der Rest ist frei: 128.0.0.0 bis 191.255.255.255.
• Klasse C: kleinere Unternehmen, Provider. Klasse C:
   Die ersten drei Byte sind fix, der Rest ist frei: 192.0.0.0 bis 223.255.255.255.
• Klasse D und E sind nicht für den „normalen“ Netzwerkverkehr vorgesehen.
  
   
• Provider sind je nach Größe in allen Klassen vorhanden.
• Der fixe Bereich nennt sich Netzwerkteil, der freie Hostteil.

Da es nicht gut wäre, wenn zum Beispiel alle 65536 Hosts eines Klasse-B-Netzes auf Layer 1 oder 2 miteinander verschaltet sind, weil beim Rundsenden das Netzwerk völlig überlastet wäre, muss es eine Möglichkeit geben, die Netze innerhalb ihrer Adressbereiche im Hostteil noch weiter zu segmentieren.

• Das Gerät, das diese Segmentierung ermöglicht, ist der Router.
• Router sorgen dafür, dass die Kommunikation zwischen LAN-Segmenten bis weltweit funktioniert. 
• Router leiten Broadcasts normalerweise nicht weiter.

• In Netzen und Subnetzen gibt es auf Layer 3 fest reservierte Adressen, die keinem Host zugeordnet werden dürfen.
• So benötigt das Netzwerk selber eine Adresse und es wird eine Adresse für Rundsprüche (Broadcasts) benötigt.
• Die kleinste Adresse ist die Netzwerkadresse.
• Die größte Adresse ist die Broadcast-Adresse.

• Für bestimmte Zwecke, Tests, Adresstranslation, isolierte Netzwerke ohne Internetanbindung.
• Private Adressen werden im Internet normalerweise nicht geroutet.
• „Private Adressen“ sind niemandem zugeteilt, jeder darf sie frei verwenden. Daher dürfen sie im Internet nicht verwendet werden, da ein weltweites Routing nur funktioniert, wenn die Adressen eindeutig lokalisierbar sind.
• Private Adressen sind in jeder Klasse vorzufinden:
  Klasse A (10.0.0.0 bis 10.255.255.255)
  Klasse B (172.16.0.0 bis 172.31.0.0)
   Klasse C (192.168.0.0 bis 192.168.255.255)

Layer 3: Der Router – Superprivate Adressen

• In der Liste der offiziellen Adressen gibt es eine Lücke. Es ist der Bereich von 127.0.0.0 bis 127.255.255.255.
• Diese Adressen sind sogenannte Loopback-Adressen.
• Jeder Netzwerkadapter hat eine solche.
• Sie werden verwendet um Netzwerkapplikationen testen zu können, ohne vernetzt zu sein.
• Ein Paket an diese Adresse wird vom Netzwerkadapter nicht ins Netz geleitet, sondern sofort wieder zurück, es erscheint so, als wäre es vom Netzwerk hereingekommen.
• Viele interne Prozesse, Client-Server-Lösungen, etc. senden auf Netzwerkebene Daten, obwohl sie nur (oder auch) für den eigenen Rechner selbst bestimmt sind.
• Hat ein Rechner mehrere Netzwerkadapter, bekommen sie der Reihe nach aufsteigende Loopback-Adressen.
• Die erste Adresse, 127.0.0.1 wird im Fachjargon „Localhost“ genannt.