Local Area Network

Local Area Network
15 Mrz 2019

Local Area Network

Von einem Local Area Network oder der Abkürzung LAN hört man sehr oft, was es damit aber genau auf sich hat wissen jedoch die wenigsten!

LAN vs. WAN

Ein LAN ist vereinfacht erklärt eine kabelgebundene Verbindung aus mehreren Computern im selben Gebäude! WANs (Wide Area Networks) sind Netzwerke welche sich meist auf größere Gebiete erstrecken um sozusagen die kleinen LANs miteinander zu verbinden! Während ein Local Area Network meist gut überschaubar bleibt, ist ein WAN für Außenstehende oft schwer zu durchschauen!

Die Internet-Provider (Anbieter wie z.B. A1!) bilden WANs und stellen uns diese für unsere LANs zur Verfügung um uns mit dem Internetwork (oder Internet!) zu verbinden! Die WANs und LANs der Anbieter sind wiederum untereinander verbunden, dann spricht man vom sogenannten Kern des Internets, dem Internet Core!Netzwerkkabel

Im Prinzip bilden alle LAN, WLAN (Funk statt Kabel, deshalb W für Wireless!) und WAN-Verbindungen zusammen weltweit das Internet! Die Hauptaufgabe von (W)LAN und WAN ist letztendlich aber fast immer die Übertragung von Daten von einem Gerät zu einem Anderen!

Die Entfernung spielt durch den Einsatz beider Technologien keine Rolle!

Man spricht wenn es um reine LAN – Netzwerke geht (kabelgebunden!) auch oft vom sogenannten Ethernet, welches sich auf Schicht 1 und 2 des OSI – Modells sowie auf Schicht 1 des TCP/IPModells befindet (siehe dazu auch meinen Blog – Beitrag zu Netzwerkmodelle und Schichten!)!

Es geht daher meist um Kabel, Stecker und Anschlüsse (Ports) um Daten korrekt von einem Gerät zu einem Anderen im gleichen Netzwerk zu übertragen!

Geräte zur Verteilung sind meistens Patch Panel (Schicht 1) sowie Switches (Schicht 2) !

Bei WLANs werden sogenannte Access Points (APs) zur Verteilung und um das Signal zu verstärken sogenannte Repeater genutzt!

LAWLANN und WLAN

Wenn man die beiden Wörter genauer betrachtet, wurde bei WLAN nur das W vor das LAN hinzugefügt! Das W bedeutet Wireless (drahtlos), die Geräte werden im selben Gebäude daher NICHT mit Kabeln sondern über Funkwellen miteinander verbunden!

Ein WLAN ist sehr ähnlich wie ein LAN, beide Technologien können auch kombiniert werden! IEEE 802.3 beschreibt sämtliche Geräte welche durch Kabel miteinander verbunden werden (teilweise auch im WAN!)! Man spricht dann vom sogenannten Ethernet!

IEEE 802.11 beschreibt sämtliche WLAN – Technologien wo Geräte in einem Gebäude statt mit Kabeln via Funkwellen miteinander verbundenGlasfaserkabel werden! Bei LANs kommen meist 8-adrige Kupferkabel zum Einsatz,  bei WAN-Verbindungen welche Ethernet nutzen wird heutzutage als Medium meist Glasfaserkabel verwendet!

Kupferkabel übertragen die Daten mittels Elekritzität, Glasfaserkabel durch den Einsatz von Licht von A nach B!

Frames

Daten welche in einem Local Area Network (kabelgebunden, Ethernet!) auf Schicht 2 übertragen werden nennt man Frames! Auf Schicht 1 z.B. im Kabel werden die Daten mit Nullen und Einsen (Binärformat) übertragen!

Unweigerlich kommt man im physischen Übertragunsbereich welcher eben das LAN betrifft auch sehr schnell mit sogenannten MAC-Adressen und dem Wort Ports in Kontakt!

Ein Port ist im Local Area Network ein physischer Anschluss welcher sich mit einer sogenannten MAC-Adresse (Media Access Control – Adresse) in der Regel weltweit eindeutig (!) zu erkennen gibt. Ports sind meist LAN-Anschlüsse direkt beim Computer welche mittels LAN – Kabeln mit sogenannten Switches oder Router verbunden werden!

Switches sind intelligente Verteiler, welche die Frames (die Daten!) korrekt weiterleiten!

Router werden mit Switches ebenso verbunden damit die Daten vom LAN auch in andere Netzwerke ((W)LANs, WANs) übermittelt werden können und auch ihre Ports haben eindeutige MAC-Adressen! Eine MAC-Adresse ist 6 Byte groß und besteht ausschließlich aus Hexadezimalen – Zahlen (0-9, A-F), eine gültige MAC-Adresse wäre also z.B. 12:34:56:AB:CD:EE!

Jeder Anschluss verfügt über eine solche weltweit eindeutige Adresse!

Wie werden die Adressen verwendet?

Dazu muss man sich den Inhalt eines Frames (Daten auf Schicht 2!) genauer ansehen! Ein Ethernet – Frame besteht aus einem Kopf (Header), dem Datenteil  wo sich Daten höherer Schichten befinden und dem „Anhänger“ oder Trailer der hauptsächlich für die Fehlererkennung zuständig ist falls Daten beschädigt ankommen!

Ethernet Frame

Die MAC – Adressen für die Zustellung werden vom Gerät welches sendet in den Header eingefügt! Absender- sowie Empfängeradresse nehmen jeweils 6 Byte in Anspruch! Der Datenteil kann zwischen 46 und 1500 Byte groß sein, in ihm befinden sich Daten von der nächst höheren Schicht (mehr zu den Schichten in meinem Blog – Beitrag Netzwerkmodelle und Schichten!)!

Data

Im Trailer befindet sich das FCS (Frame Check Sequence) – Feld welches 4 Byte benötigt, es dient zur Fehlererkennung falls etwas beschädigt ankommt!

Präambel dient grob beschrieben zur Synchronisation, SFD (Start Frame Delimiter) gibt an dass die nächsten Felder die MAC – Adressen beinhalten und das Type – Feld gibt an ob es sich beim gekapselten Paket im Daten-Teil um ein IPv4 oder IPv6 – Paket handelt!

Ein Router kann so beim auspacken (decapsulation) feststellen, um welche IP – Version es sich handelt!

Die Daten werden nach der Erstellung des Frames bevor Sie durch das Kabel gesendet werden in Nullen und Einsen konvertiert (umgewandelt)!

Switches welche die Frames im LAN korrekt verteilen konvertieren die Nullen und Einsen wieder zu einem Frame und merken sich die Absender-Mac-Adressen bzw. speichern diese zusammen mit der jeweiligen Anschluss-Nummer (Port-Nummer) in einer Tabelle direkt am Gerät (am Switch!)!

Somit ist bei Frames welche diese MAC-Adresse später event. als Empfänger-Adresse verwenden gewährleistet, dass der Frame nur über den Anschluss weitergeleitet wird mit dem das Empfänger-Gerät verbunden ist (und nicht über sämtliche andere Anschlüsse!)!

Ist dem Switch die Empfänger – Adresse (Destination MAC – Address!) noch nicht bekannt, schickt er zur Sicherheit das Frame über sämtliche Anschlüsse (außer der Anschluss über den das Frame empfangen wurde!) aus (Flooding) um auf jeden Fall den richtigen Computer zu erreichen!

Local Area Network

Empfängt der Computer im Local Area Network mit dem Anschluss (Port!) welcher der Destination – MAC – Address entspricht das Frame, packt er aus dem Datenteil das Schicht 3 – Packet aus und verwirft anschließend das Frame!

Letztendlich entkapselt er sämtliche Daten aus allen Schichten bis Schicht 4 oder 7 (je nach Netzwerkmodell!)! Was übrig bleibt sind die „reinen Daten“ z.B. ein Bild, ein Video etc.! In Ausnahmefällen könnte es also auch passieren, dass der Computer ein Frame erhält was nicht für ihn bestimmt ist, dann verwirft er es ohne weitere Schritte zu unternehmen!

Da Switches aber intelligente Übermittler sind, passiert eine falsche Zustellung selten!

Empfangen Router  Frames wird bis Schicht 3 ausgepackt (decapsulation) und anhand der Ziel IP – Adresse ermittelt an welchen Router weitergeleitet (vermittelt) werden muss! Man spricht dann von der Pfadfindung bzw. dem sogenannten Routing!

Die Frames werden bei der Zustellung via WAN – Ethernet in ein event. weiter entferntes LAN von Router zu Router im WAN weitergegeben, entfernen immer wieder das Frame und erzeugen ein neues Frame mit der MAC – Adresses ihres Anschlusses (neue Absender – MAC – Adresse) und der Empfänger – MAC – Adresse (Destination MAC – Adresse) des nächsten HOPs (nächster Router!)

Letztendlich landet das Frame beim „letzten Router“ im Zielnetz  – das Frame wird erneut verworfen und neu erstellt (Absender-MAC-Adresse  letzter Router, Empfänger MAC – Adresse Computer im Zielnetz!) bevor es endgültig zugestellt werden kann!

Wie weiß der Absender – Computer die Empfänger – MAC – Adresse?

Dazu gibt es zuerst einmal das sogenannte ARP – Protokoll (Address Resolution Protocol)! Ganz einfach erklärt schickt der Absender – Computer eine Anfrage an alle Computer im gleichen Local Area Network, man spricht von einem sogenannten Broadcast!

Der Absender kennt bereits die sogenannte IP – Adresse  (werde ich in einem späteren Blog – Beitrag genauer erläutern!) vom Empfänger, er schickt also eine „physische Anfrage„, einen Broadcast an alle Geräte um zu fragen wer diese IP – Adresse verwendet!

Das Gerät welches die IP – Adresse nutzt antwortet sofort mit seiner physischen MAC – Adresse von seinem Anschluss (Port), beide speichern anschließend die jeweiligen MAC – Adressen mitsamt der IP – Adresse für später in einer sogenannten ARP – Tabelle (ARP-Cache) um nicht wieder erneut suchen zu müssen!

Das ist jedoch eine alte Methode, in modernen IPv6 – Netzen müssen nicht mehr alle Hosts in einem LAN auf die Anfrage reagieren (ARP kommt nicht mehr zum Einsatz!) sondern nur mehr das Gerät für welches die Anfrage bestimmt ist!

Alle anderen ignorieren die Anfrage einfach! Man spricht dann von sogenannten Solicited – Node – Multicast – Adressen und die gefundenen MAC – Adressen der „Nachbarn“ werden dann in einer sogenannten Nachbarschaftstabelle gespeichert!

Bei WLAN – Netzen sieht es sehr ähnlich aus!

Wenn ich Lust und Laune habe werde ich vielleicht bei einem zukünftigen Beitrag näher auf die WLAN – Technologie eingehen!

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Gerald Leitner

Mein Name ist Gerald Leitner und bereits als Kind bestand bei mir ein Bedürfnis den Nachbarn in meiner Heimat Bad Mitterndorf bei Ihren PC-Problemen zu helfen. Im Laufe der Zeit brachte ich mir neben meiner Ausbildung als IT-Fachmann an der Handelsschule für Informationstechnologie in Bad Aussee auch sehr vieles selbst bei, in 3 weiteren Jahren maturierte ich in Graz. Relativ rasch wechselte ich in die Selbständigkeit und erwarb die Internet and Computing Core sowie die Office Specialist Certification von Microsoft. Seit dem Jahr 2008 unterrichte ich als IT-Trainer Kursgruppen verschiedenen Alters für das Unternehmen Institut 2F. Auch privat beschäftige ich mich sofern ich noch Zeit finde weiterhin mit meinem Hobby das ich mir zum Beruf gemacht habe. Unerlässlich sind laufende Schulungen und autodidaktische Weiterbildung, da der Bereich in dem ich tätig bin stetigen Änderungen unterliegt! Begonnen habe ich Anfang der 90er Jahre als Kind in MSDOS 6.22, in der Zwischenzeit hat sich enorm viel getan und die Möglichkeiten nehmen von Tag zu Tag immer weiter zu! In der Computerwelt erleben wir ein extrem schnelles exponentielles Wachstum, täglich kommen neue Geräte und Programme auf den Markt, die Möglichkeiten sind fast unbegrenzt! Das ist für mich bis heute das Faszinierende an der IT-Branche! Immer häufiger sind es heutzutage auch die alltäglichen Dinge die in irgendeiner Form mit der EDV in Zusammenhang stehen! Man spricht vom Internet of Things (kurz IoT). Was bisher nur ein Computer, Notebook oder Smartphone war ist in der Zukunft auch die Eingangstür, Garage, die Heizung oder der Kühlschrank! Durch VR (Virtual Realtiy) wird es künftig möglich sein, mit einer Brille in einer künstlichen 3D-Welt Gebäude zu besichtigen ohne dass Sie vorher gebaut werden, Autos können dem Kunden in verschiedenen Variationen, Farben etc. präsentiert werden ohne dass diese vor Ort sein müssen, aber auch im privaten Bereich und vor allem unter Spielern läutet Virtual Reality eine weitere Revolution im IT – Sektor ein! Es sind interessante Entwicklungen die in der Zukunft noch auf uns zukommen und ich freue mich auf sie!

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