mehrere Rechner verbinden
Bisher haben wir immer nur zwei Rechner direkt miteinander verbunden. In einem Computernetzerk können werden jedoch mehr als zwei Rechner miteinander verbunden.
sternförmige Netzwerke mit einem Switch
Heute ordnet man Rechner in einem kabelgebundenen Netzwerk sternförmig an. In der Mitte des Sterns befindet sich ein Gerät, das man Switch nennt. Jeder Rechner ist mit einem Netzwerkkabel mit dem Switch verbunden. In dem Netzwerkkabel gib es mehrere Leitungen. Manche Leitungen werden genutzt, um Bitfolgen vom Rechner an den Switch zu übertragen. Andere Leitungen werden genutzt, um Bitfolgen vom Switch an den Rechner zu übertragen.
Der Switch verfügt über mehrere Anschlüsse, die nummeriert sind. Im Bild: 1, 2, 3 und 4. Ein Netzwerkadministrator schliet die Rechner an den Switch an. Der Switch weiß zunächst nicht, welcher Rechner an welchem Anschluss angeschlossen wird.
Diese Situation können wir in einem Rollenspiel nachspielen: Die Rechner werden von den Personen A, B, C und D gespielt. Der Switch wird von Person S gespielt. Die Personen A bis D möchten untereinander Nachrichten austauschen. Sie müssen diese Nachrichten jedoch zunächst auf einen Zettel schreiben und an Person S weitergeben, die die Nachricht dann an den Empfänger weitergibt.
Die folgenden Aufgaben können in einem Rollenspiel nachgespielt werden. Dabei spielen die Personen A, B, C und D je einen Rechner. Die Person S spielt den Switch. Die Netzerkkabel können mit Seilen dargestellt werden. Die Anschlüsse am Switch können mit Aufstellern, die man aus je einem Blatt Papier faltet, dargestellt werden.
Aufgabe 1
- Person A möchte an Person B die Nachricht "Hallo" schicken. Person S erhält über Anschluss 4 einen Zettel auf dem "Hallo" steht - und sonst nichts. Beschreibe die Probleme, vor denen die Personen nun stehen. Beschreibe auch, wie sie gelöst werden können.
-
Problem: Der Switch weiß nicht, an wen die Nachricht gerichtet ist und an welchem Anschluss die Zielperson angeschlossen ist.
Lösung: Er leitet die Nachricht an alle Personen weiter. -
Problem: Alle Personen erhalten die Nachricht.
Die Nachricht ist jedoch nur für Person B gedacht.
Es gibt im Moment keine Möglichkeit, dies zu erkennen.
Lösung: A sollte nicht nur die Nachricht, sondern auch den Namen des Empfängers verschicken. Außerdem sollte er seinen eigenen Namen als Absender eintragen, damit der Empfänger antworten kann.
- Person B möchte die Antwort "Hi" schicken. Beschreibe das Problem, vor dem B nun steht. Beschreibe auch, wie das Problem gelöst werden kann.
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Problem: B weiß nicht, von wem die Nachricht stammt.
Lösung: A muss bei siner Nachricht auch seinen Namen als Absender eintragen.
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S erhält über Anschluss 4 von A die Nachricht "von A an B: Hallo".
Da S noch nicht weiß, an welchem Anschluss B angeschlossen ist, sendet S die Nachricht über die Anschlüsse 2, 3 und 4.
Kurz danach erhält S die Nachricht "von B an A: Hi!". Begründe, dass S diese Nachricht nun nur noch über Anschluss 1 weiterleitet.
S verwaltet eine Tabelle, in der für jeden Person festegehalten wird, an welchem Anschluss die Person angeschlossen ist. S erhält über Anschluss 4 von A die Nachricht "von A an B: Hallo". Daran erkennt er, dass A an Anschluss 4 angeschlossen ist. Diese Information speichert S in seiner Tabelle.
Erweiterung des Bitübertragungsprotokoll
Wir erweitern unser Bitübertragungsprotokoll um die Adresse des Absenders und des Empfängers. Da wir zwischen einem Rechner und dem Switch nur Nullen und Einsen übertragen können, müssen wir die Adressen als Folge von Nullen und Einsen (d.h. als Binärzhal) schreiben. Die gesamte Bitfolge, die ein Rechner sendet (einschließlich Adressen, Start- und Stoppbit und Paritätsbit), nennen wir Datenpaket (kurz: Paket). Das folgende Datenpaket wird von dem Rechner mit der Adresse 0000 an den Rechner mit der adresse 0010 gesendet. Es enthält die Bitfolge 0010 0001. Bei der Berechnung des Paritätsbits werden auch die Adressen berücksichtigt, das Start- und Stoppbit jedoch nicht.
Aufgabe 2
Anna, Bernd, Christian und Diana haben ihre Rechner über einen Switch verbunden. Ihre Rechner besitzen folgende Adressen:
| Name | Adresse des Rechners |
|---|---|
| Anna | 0000 |
| Bernd | 0001 |
| Christian | 0010 |
| Diana | 0011 |
- Anna möchte Bernd die Bitfolge 0011 1100 schicken. Gib das Paket an, das sie an den Switch senden muss.
- Diana möchte Christian die Bitfolge 1100 1101 schicken. Gib das Paket an, das sie an den Switch senden muss.
-
Der Switch besitzt folgende Tabelle:
Der Switch erhält nacheinander folgende Datenpakete. Beschreibe jeweils, wie der Switch handelt.Anschluss Adresse 1 2 3 4 0001 - über Anschluss 2 erhält der Switch: 1 0010 0001 10100101 0 0
- über Anschluss 2 erhält der Switch: 1 0010 0011 10100101 1 0
- über Anschluss 1 erhält der Switch: 1 0011 0001 10100101 0 0
- über Anschluss 2 erhält der Switch: 1 0010 0001 10100101 0 0
-
Christian erhält folgendes Datenpaket:
1 0001 0010 11100001 1 0
Von wem stammt das Datenpaket? Begründe!
Ist das Datenpaket wirklich für Christian bestimmt? Begründe!
Untersuche, ob es zu einem Übertragungsfehler gekommen ist. Wir gehen davon aus, das höchstens ein Bit verändert wurde.
Übertragen von Zeichenketten
Nun soll ein Buchstabe übertragen werden. Dazu muss der Buchstabe in eine Binärzahl umgewandelt werden. Mit dem Befehl ord('A') kannst in einem Python-Dialog die Unicode-Zahl zu deinem Zeichen ermitteln. Anschließend kann diese Zahl in eine Binärzahl umgewandelt werden. Dazu kannst du das folgende Tool benutzen Zahlensysteme umrechnen auf inf-schule verwenden. Mit dem Python-Befehl chr(65) kann die Unicode-Zahl wieder in ein Zeichen umgewandelt werden.
Aufgabe 3
- Bernd möchte Diana das Zeichen '?' schicken. Gib das Paket an, das Anna senden muss.
-
Das folgende Paket wird übertragen. Gib den Sender, den Empfänger und das übertragene Zeichen an.
1 0011 0000 00100001 0 0
Aufgabe 4
- Begründe, dass man für jedes Zeichen ein eigenes Paket benötigt.
- Gib die Pakete an, die Christian senden muss.
