Prüfung

1. Physische Schicht (Physical Layer)

   • Überträgt Rohdatenbits über ein physisches Medium.

   • Beinhaltet Kabel, Funkwellen, elektrische Signale usw.

   • Beispiel: Ethernet-Kabel, WLAN-Signale.

2. Sicherungsschicht (Link Layer)

   • Verantwortlich für die fehlerfreie Übertragung von Daten zwischen zwei direkt verbundenen Knoten.

   • Erkennt und korrigiert Fehler in der physikalischen Übertragung.

   • Beispiel: Ethernet, WLAN (802.11).

3. Netzwerkschicht (Network Layer)

   • Sorgt für die Vermittlung und Weiterleitung von Datenpaketen zwischen verschiedenen Netzwerken.

   • Implementiert Routing-Algorithmen.

   • Beispiel: IP (Internet Protocol), ICMP.

4. Transportschicht (Transport Layer)

   • Gewährleistet eine zuverlässige oder unzuverlässige Ende-zu-Ende-Kommunikation zwischen Anwendungen.

   • Verwendet Protokolle wie TCP (verbindungsorientiert) oder UDP (verbindungslos).

   • Beispiel: TCP, UDP.

5. Anwendungsschicht (Application Layer)

   • Stellt Netzwerkanwendungen und deren Protokolle bereit.

   • Ermöglicht Benutzern die Kommunikation über das Netzwerk.

   • Beispiel: HTTP (Web), FTP (Dateitransfer), SMTP (E-Mail).

Technologien im SDN-Ökosystem

SDN basiert auf verschiedenen Technologien und Konzepten, darunter:

1. OpenFlow

• Ein standardisiertes Kommunikationsprotokoll zwischen der Steuerungsebene und der Datenebene.

• Ermöglicht das zentrale Management von Switches und Routern.

2. SDN-Controller

• Eine Softwareplattform, die das gesamte Netzwerk steuert und Anweisungen an die Netzwerkgeräte weiterleitet.

• Beispiele: ONOS (Open Network Operating System), OpenDaylight, Ryu, Floodlight.

3. Netzwerk-Virtualisierung

• Ermöglicht die Erstellung virtueller Netzwerke (Overlay-Netzwerke) über bestehende physische Netzwerke hinweg.

• Technologien: VXLAN (Virtual Extensible LAN), NVGRE, Geneve.

4. APIs (Northbound und Southbound APIs)

• Northbound APIs: Erlauben Anwendungen, mit dem SDN-Controller zu kommunizieren.

• Southbound APIs: Ermöglichen die Steuerung der Netzwerkhardware durch den SDN-Controller.

• Beispiele: REST APIs, OpenFlow, NETCONF.

5. NFV (Network Functions Virtualization)

• Ermöglicht die Virtualisierung von Netzwerkfunktionen wie Firewalls, Load Balancers und WAN-Optimierung.

• Technologien: vRouter, vFirewall, vSwitch (Open vSwitch - OVS).

Vorteile von SDN

✅ Zentrale Steuerung

• Netzwerkadministratoren können das gesamte Netzwerk über eine zentrale Konsole verwalten.

✅ Automatisierung und Agilität

• Netzwerkkonfigurationen können durch Software geändert werden, was schnelle Anpassungen ermöglicht.

✅ Effizienzsteigerung und Kostenreduktion

• Durch den Einsatz von kostengünstigen White-Box-Switches anstelle von teurer proprietärer Hardware.

✅ Verbesserte Sicherheit

• DDoS-Schutz, Firewalls und andere Sicherheitsmechanismen können softwaregesteuert zentral verwaltet werden.

✅ Netzwerkvirtualisierung und Multi-Tenancy

• Ermöglicht flexible, mandantenfähige Netzwerke für Cloud- und Rechenzentren.

✅ Bessere Fehlerdiagnose und Netzwerküberwachung

• Echtzeitüberwachung und Analysetools verbessern das Troubleshooting.

Nachteile von SDN

❌ Komplexität der Implementierung

• Erfordert spezielles Know-how und eine Umstellung auf eine neue Netzwerkarchitektur.

❌ Anfälligkeit für Softwarefehler

• Wenn der SDN-Controller ausfällt oder angegriffen wird, kann das gesamte Netzwerk betroffen sein.

❌ Mangelnde Standardisierung

• Verschiedene Hersteller setzen unterschiedliche SDN-Ansätze um, was zu Inkompatibilitäten führen kann.

❌ Legacy-Kompatibilität

• Ältere Netzwerkinfrastrukturen sind oft nicht SDN-kompatibel und erfordern hohe Investitionen für die Umstellung.

❌ Sicherheitsrisiken durch Zentralisierung

• Ein kompromittierter SDN-Controller könnte das gesamte Netzwerk gefährden.

Two Different Switching Techniques

1. Circuit Switching (Traditional Telephone System)

• Used in the Public Switched Telephone Network (PSTN).

• Establishes a dedicated communication path (circuit) between the caller and the receiver for the entire duration of the call.

• Provides consistent and reliable voice quality because the path remains reserved exclusively for the call.

• Inefficient for modern communication, as the reserved circuit remains unused when there is silence in the conversation.

• Example: Traditional landline phone calls.

2. Packet Switching (Voice over IP Technology)

• Used in modern data networks, including the Internet.

• Breaks voice signals into small data packets and transmits them over a shared network.

• No dedicated circuit is required; packets take different paths and are reassembled at the destination.

• More efficient and cost-effective than circuit switching because bandwidth is shared dynamically.

• Example: Voice over IP (VoIP) services like Skype, Zoom, and WhatsApp calls.

  
  

Switching in Telephone Systems

Switching is the process of routing calls or data between users in a communication network. It enables connectivity between different users without requiring a direct physical link between each pair of communicating devices.

Phone System Principal Parts

A telephone system consists of two major components:

1. Outside Plant (Outside Switching Offices)

   • This includes all the physical infrastructure located outside the switching offices.

   • It consists of telephone lines, cables, poles, and underground fiber-optic or copper wiring that connects subscribers (users) to the network.

   • It provides the link between customer premises and central office switching equipment.

2. Inside Plant (Inside Switching Offices)

   • Located inside the switching office or central office (CO), this part consists of the hardware and software that manage call routing and signal processing.

   • It includes switching equipment, control systems, and databases needed to establish and maintain connections.

   • This is where calls are processed, routed, and transferred between networks.

1G (First Generation) – Analog Voice

• Introduced in the 1980s.

• Used analog signals for voice communication.

• Limited capacity and prone to interference.

• No support for data services (only voice calls).

• Example: AMPS (Advanced Mobile Phone System).

2G (Second Generation) – Digital Voice

• Introduced in the early 1990s.

• Shifted from analog to digital transmission for better call quality and security.

• Enabled SMS (Short Message Service) and basic mobile internet (GPRS, EDGE).

• Example: GSM (Global System for Mobile Communications) and CDMA networks.

3G (Third Generation) – Digital Voice + Data

• Launched in the early 2000s.

• Provided both voice and mobile data for the first time, enabling web browsing, emails, and video calls.

• Higher data rates (up to a few Mbps) using UMTS, HSPA, and CDMA2000 technologies.

• Example: 3G networks supporting mobile internet, streaming, and video calling.

4G Technology: High-Speed Packet Switching

4G introduced major improvements in speed and efficiency compared to 3G.

Key Features of 4G

• All-IP Network: Uses packet switching only, eliminating traditional circuit-switched voice calls.

• Physical Layer Transmission Enhancements: Incorporates technologies like OFDM (Orthogonal Frequency Division Multiplexing) for better signal efficiency.

• IP-Based Femtocells: Small cellular base stations (femtocells) improve indoor coverage.

• High-Speed Data: Supports speeds up to 100 Mbps (standard LTE) and 1 Gbps (LTE-Advanced).

• Example: LTE (Long-Term Evolution) and LTE-Advanced.

5G: The Future of Mobile Networks

5G is currently being rolled out, offering significant upgrades over 4G.

Key Features of 5G

• Ultra-Fast Speeds: Supports up to 20 Gbps under ideal conditions.

• Lower Latency: Reduces network delay to 1 millisecond or less, critical for real-time applications like autonomous vehicles and remote surgery.

• Higher Capacity & Density: Supports massive IoT (Internet of Things) and up to 1 million devices per square kilometer.

• Improved Energy Efficiency: Uses AI-driven network optimization for better power consumption.

• New Frequency Bands: Uses millimeter waves (mmWave) along with traditional spectrum for better performance.

• Example: 5G NR (New Radio) networks supporting smart cities, AR/VR, and advanced industrial automation.