Kommunikationsstrukturen - Cheatsheet

Bus-Topologie

Definition:

Bus-Topologie bezeichnet ein Netzwerkdesign, bei dem alle Geräte über ein gemeinsames Übertragungsmedium (den Bus) verbunden sind.

Details:

• Einfacher Aufbau und kostengünstig.
• Datenkollisionen können auftreten, wenn mehrere Geräte gleichzeitig senden.
• Terminatoren an beiden Enden des Busses erforderlich, um Signalreflexionen zu verhindern.
• Eignet sich für kleine Netzwerke mit wenigen Geräten.
• Ein Kabelbruch legt das ganze Netzwerk lahm.
• Sendsignale nutzen das Trägermedium gemeinsam (\textit{shared medium}).

OSI-Modell

Definition:

Das OSI-Modell dient der Standardisierung der Kommunikationsprotokolle in verschiedenen Netzwerken und unterteilt dieses in sieben Schichten.

Details:

• Schicht 1: Physikalische Schicht (Bitübertragung)
• Schicht 2: Sicherungsschicht (Rahmen, MAC-Adressen)
• Schicht 3: Netzwerkschicht (Routing, IP-Adressen)
• Schicht 4: Transportschicht (TCP, UDP)
• Schicht 5: Sitzungsschicht (Sitzungskontrolle)
• Schicht 6: Darstellungsschicht (Datenformate, Verschlüsselung)
• Schicht 7: Anwendungsschicht (HTTP, FTP, SMTP)

Kryptographie

Definition:

Studie von Methoden zum gesicherten Informationsaustausch durch Verschlüsselungstechniken.

Details:

• Klartext: Originalnachricht
• Chiffre: Verschlüsselte Nachricht
• Symmetrische Verschlüsselung: Gemeinsamer Schlüssel \(K\) für Ver- und Entschlüsselung
• Asymmetrische Verschlüsselung: Öffentliches \(K_{pub}\) und privates \(K_{priv}\) Schlüsselpaar
• Hashfunktionen: Einwegfunktionen, z. B. \(H(M)\), für Integritätsprüfung
• Beispiele: AES, RSA, SHA-256

QoS (Quality of Service)

Definition:

Maßnahmen zur Gewährleistung bestimmter Performanzmerkmale in Kommunikationssystemen. Ziel: Optimierung der Dienstgüte für Anwendungen und Benutzer.

Details:

• Wichtige Parameter: Latenz, Jitter, Durchsatz, Paketverlust
• Gängige Methoden: Priorisierung von Paketen, Traffic Shaping, Bandbreitenmanagement
• Relevante Protokolle: DiffServ, IntServ, RSVP
• Latenz (\textit{delay}): Zeitverzögerung bei der Datenübertragung
• Jitter: Schwankung der Latenzzeiten
• Durchsatz (\textit{throughput}): Menge der übertragenen Daten pro Zeiteinheit
• Paketverlust (\textit{packet loss}): Anteil verlorener oder verworfener Datenpakete

Netzwerkvirtualisierung

Definition:

Netzwerkvirtualisierung ermöglicht es, physische Netzwerkressourcen in mehrere virtuelle Netzwerkebenen aufzuteilen, um Flexibilität und Effizienz zu erhöhen.

Details:

• Trennung von Hardware und Netzwerkfunktionen
• Erlaubt Erstellung und Verwaltung von virtuellen Netzwerken (VLANs, overlay networks)
• Verbesserte Skalierbarkeit und Ressourcennutzung
• Unterstützung durch Technologien wie SDN (Software Defined Networking) und NFV (Network Functions Virtualization)
• Wichtig für Cloud-Computing und flexible IT-Infrastrukturen

Ring-Topologie

Definition:

Netzwerk-Topologie, bei der jeder Knoten mit genau zwei anderen Knoten verbunden ist, um einen geschlossenen Ring zu bilden.

Details:

• Datenpakete bewegen sich in einer Richtung (unidirektional) oder in beiden Richtungen (bidirektional).
• Jeder Knoten fungiert als Repeater, der Daten verstärkt und weiterleitet.
• Ausfall eines einzelnen Knotens kann das gesamte Netzwerk beeinträchtigen.
• Typischerweise einfache Implementierung für kleine Netze.
• Anwendungsbeispiele: Token-Ring-Netzwerke.

TCP/IP-Modell

Definition:

Das TCP/IP-Modell ist ein konzeptionelles Rahmenwerk für die Netzwerkkommunikation, das aus vier Schichten besteht: Netzwerkschicht, Internetschicht, Transportschicht und Anwendungsschicht.

Details:

• Netzwerkschicht: Physikalische und Datenübertragungsverbindungen (z.B. Ethernet)
• Internetschicht: Logische Übertragung von Datenpaketen, Routing (z.B. IP)
• Transportschicht: Verbindungssteuerung, Datenfluss, Fehlerkorrektur (z.B. TCP, UDP)
• Anwendungsschicht: Netzwerkdienste und Schnittstellen (z.B. HTTP, FTP, SMTP)

5G und 6G Netzwerke

Definition:

5G und 6G Netzwerke sind die neuesten Generationen der Mobilfunktechnologie, die verbesserte Datenübertragungsraten, geringere Latenzzeiten und höhere Kapazitäten bieten.

Details:

• 5G: Etwa 10 Gbps Geschwindigkeit, <1 ms Latenz, höhere Frequenzbänder (mmWave)
• 6G: Geplant bis 1 Tbps Geschwindigkeit, <100 µs Latenz, Nutzung von TeraHertz-Frequenzen
• Technologien: MIMO, Beamforming, Network Slicing
• Anwendungsbereiche: IoT, autonome Fahrzeuge, Augmented Reality
• Herausforderungen: Infrastrukturaufbau, Energieeffizienz, Sicherheit