Wie hängen Computer eigentlich zusammen?

Diese App begleitet dich durch Arbeitsblatt 1. Alles, was du hier eingibst, sammelt sich im Heft am Ende – das kannst du ausdrucken oder abschreiben.

Pflicht

A2 · A3 · A4 · A10

Bausteine, Client/Server, Topologie-Tabelle und die Sicherung.

Freiwillig

Z1 – Z4

Befehlszeile, Vollvermaschung, Hybridtopologien, dein Netz zu Hause.

Werkzeug

Labor & Konsole

Kabel durchtrennen, ping ausführen, Netze selbst bauen.

So arbeitest du

Oben durch die Module klicken – die Reihenfolge ist frei.
Erst selbst überlegen, dann Hilfe aufklappen. Die Hilfen sind gestuft.
Die Balkenanzeige zählt beantwortete Aufgaben, keine Noten.
Nichts wird gespeichert oder verschickt. Beim Neuladen ist alles leer.

Schwierigkeitsgrade wie auf dem Blatt: ★☆☆ Grundlagen · ★★☆ Anwendung · ★★★ Transfer und Bewertung

1 · Die Bausteine eines Netzwerks

Fünf Bauteile, fünf Aufgaben – und jedes taucht in FILIUS unter einem eigenen Namen auf.

Baustein	Aufgabe	So heißt es in FILIUS
Client	Ein Rechner, der Dienste in Anspruch nimmt – z. B. über einen Webbrowser.	Notebook
Server	Ein Rechner, der Dienste anbietet – z. B. Webseiten oder E-Mail.	Rechner
Kabel	Verbindet zwei Geräte physikalisch miteinander.	Kabel
Switch	Verteilt Datenpakete innerhalb eines Netzes an das richtige Gerät.	Switch
Router	Verbindet verschiedene Netze miteinander.	Vermittlungsrechner

Aufwärmen

Zuordnungs-Check

…

Runde 1 von 6 · richtig: 0

A2 ★☆☆

Switch oder Router?

Erkläre in eigenen Worten den Unterschied. Verwende dabei den Begriff „Netz“.

Frage dich: Bleibt die Nachricht im selben Netz oder muss sie hinaus?

Ein Gerät sortiert innen, das andere baut Brücken nach außen. Welches ist welches?

Beispiel: Ein Switch arbeitet innerhalb eines Netzes: Er nimmt ein Datenpaket entgegen und schickt es gezielt an das Gerät im selben Netz, für das es bestimmt ist. Ein Router verbindet dagegen verschiedene Netze miteinander – er entscheidet, über welchen Weg ein Paket das eigene Netz verlässt und ein anderes Netz erreicht. Kurz: Der Switch verteilt drinnen, der Router vermittelt zwischen den Netzen.

A3 ★★☆

Smartphone: Client, Server oder beides?

Dein Smartphone ruft eine Webseite auf und streamt gleichzeitig Musik. Begründe.

Deine Begründung

Denk an den Merkkasten: „Server“ bezeichnet streng genommen ein Programm, nicht das Gerät.

Beispiel: In beiden Fällen fordert das Smartphone Daten an – Webseite und Musikstrom werden von fremden Rechnern geliefert. Es nimmt also Dienste in Anspruch und ist damit Client, und zwar gleichzeitig für zwei Dienste. Zum Server würde es erst, wenn auf ihm selbst ein Serverprogramm liefe, das anderen Geräten etwas anbietet – etwa beim Teilen des Bildschirms oder als WLAN-Hotspot.

2 · Topologie-Labor

Wähle eine Topologie und klicke auf ein Kabel, um es zu durchtrennen. Die App rechnet aus, wer danach noch mit wem sprechen kann. Genau das brauchst du für A4.

● Gerät■ Verteiler (Switch)— Kabel (klickbar) ╌ durchtrennt

Wähle oben eine Topologie.

A4 ★★☆

Die Tabelle vervollständigen

Trage Vorteil, Nachteil und die Folge eines Kabelbruchs ein. Probiere jede Zeile vorher im Labor aus.

Topologie	Vorteil	Nachteil	Ausfall eines Kabels

Vergleiche immer drei Dinge: Kabelmenge (Kosten), gleichzeitiges Senden (Geschwindigkeit) und Ersatzwege (Ausfallsicherheit).

Bus	sehr wenig Kabel, einfach zu erweitern	nur ein Gerät kann gleichzeitig senden; Kollisionen	Bruch der Hauptleitung teilt das Netz in zwei Hälften – oft fällt alles aus
Stern	schnell, störungsarm, leicht zu warten	viel Kabel, der Verteiler ist ein Einzelfehlerpunkt	nur das eine Gerät ist abgeschnitten, der Rest läuft weiter
Ring	wenig Kabel, klare Reihenfolge, kein zentrales Gerät nötig	Daten laufen über viele Stationen, langsam bei vielen Geräten	ein Bruch wird noch überstanden (Weg andersherum), der zweite trennt das Netz
Vermascht	viele Ersatzwege, sehr ausfallsicher	sehr viel Kabel, teuer und aufwendig	fast folgenlos – die Daten nehmen einen anderen Weg

A5 ★★★

Neuer Computerraum mit 30 Arbeitsplätzen

Entscheide dich begründet für eine Topologie. Gehe auf mindestens zwei der Kriterien Kosten, Geschwindigkeit und Ausfallsicherheit ein.

Rechne kurz mit: 30 Rechner vollvermascht wären 435 Kabel. Im Stern sind es 30.

Erwartet wird: Entscheidung für den Stern mit Switch. Begründung über Kosten (30 Kabel statt 435), Geschwindigkeit (jedes Gerät hat eine eigene Leitung zum Switch, kein Warten wie am Bus) und Ausfallsicherheit (ein defektes Kabel betrifft nur einen Platz). Sehr gut ist, wenn du den Schwachpunkt nennst: Fällt der Switch aus, steht der ganze Raum – deshalb hat die Schule ein Ersatzgerät.

A6 ★★★

Warum nimmt man beim Internet den Aufwand in Kauf?

Erläutere, warum das Internet vermascht aufgebaut ist. Beziehe die historische Entstehung ein.

Was ist der eine große Vorteil der Vermaschung? Und wovor hatte man in den 1960er-Jahren Angst?

Stichworte: ARPANET (1969), Paul Baran, „verteiltes Netz“, Paketvermittlung, kein zentraler Knoten.

Beispiel: Vermaschung kostet viele Leitungen, liefert dafür aber für jede Nachricht mehrere mögliche Wege. Genau das war das Ziel: Das Vorläufernetz ARPANET wurde ab 1969 aufgebaut, nachdem Paul Baran ein „verteiltes“ Netz vorgeschlagen hatte, das auch dann noch funktioniert, wenn einzelne Knoten ausfallen. Ein Stern hätte einen zentralen Punkt, dessen Ausfall alles lahmlegt. Weil das Internet heute weltweit kritische Dienste trägt, ist diese Ausfallsicherheit den Aufwand wert – ergänzt durch die Paketvermittlung, bei der einzelne Pakete unterschiedliche Wege nehmen dürfen.

Z2 ★★★

3 · Vollvermaschung – wie viele Kabel?

In einem vollständig vermaschten Netz ist jedes Gerät mit jedem anderen direkt verbunden. Schiebe den Regler und zähle mit.

Geräte: 4

Mitzählen

n	Kabel	dazugekommen

a) und b) – Formel aufstellen

a) Wie viele Kabel braucht man bei 4, bei 5 und bei 10 Geräten?

n = 4

n = 5

n = 10

b) Stelle eine allgemeine Formel für n Geräte auf und begründe sie.

Von jedem der n Geräte gehen Kabel zu allen anderen. Wie viele „andere“ sind das?

So zählst du jedes Kabel doppelt – einmal von jedem Ende aus. Was folgt daraus?

Formel: K(n) = n·(n−1)/2. Begründung: Jedes der n Geräte hat n−1 Nachbarn, das ergibt n·(n−1) Kabelenden. Da jedes Kabel zwei Enden hat, wird jedes Kabel dabei doppelt gezählt – also durch 2 teilen. Probe: 4 → 6, 5 → 10, 10 → 45.

c) Warum ist das Internet nicht vollständig vermascht?

Erkläre mit deinem Ergebnis aus b).

Setze n = 1000 ein: 1000·999/2 = 499 500 Kabel. Für nur tausend Geräte. Im Internet hängen Milliarden.

Beispiel: Die Kabelzahl wächst quadratisch: Verdoppelt man die Geräte, vervierfacht sich ungefähr der Aufwand. Bei 1000 Geräten wären es schon 499 500 Leitungen, bei Milliarden von Geräten ist das physikalisch und finanziell unmöglich. Deshalb ist das Internet nur im Kern vermascht: Große Knoten sind mehrfach untereinander verbunden, sodass es Ersatzwege gibt. Die Endgeräte hängen dagegen sternförmig an einem Router. So bekommt man den Nutzen der Vermaschung – mehrere Wege – zu bezahlbaren Kosten.

Z3 ★★☆

4 · Mischformen: Baum & Co.

Neben den vier Grundformen gibt es Hybridtopologien. Klicke eine an – rechts steht, wo sie in der Praxis vorkommt.

Baumtopologie

Deine Notiz

Skizziere eine Hybridtopologie in dein Heft und notiere, wo sie in der Praxis eingesetzt wird.

Welche Mischform beschreibst du? Aufbau in eigenen Worten Einsatz in der Praxis

5 · FILIUS-Trainer

Die drei Arbeitsmodi und die Befehlszeile zum Üben, bevor du am Rechner sitzt.

✏️ Entwurfsmodus

Netz bauen und verändern: Geräte platzieren, verkabeln, IP-Adressen eintragen.

▶️ Aktionsmodus

Das Netz läuft. Software installieren, Datenverkehr beobachten, ping ausführen.

🏷️ Dokumentationsmodus

Beschriftungen und Gruppierungen im Netzplan ergänzen.

Z1 ★★☆ A8 · A9

Befehlszeile ausprobieren

Das Netz aus A7: 192.168.0.10 und 192.168.0.11, Netzmaske 255.255.255.0, verbunden mit einem Kabel. Du sitzt an Rechner 0.10. Tippe help, um loszulegen.

Verbindung: verbunden

>

Verfügbar: help · ipconfig · host localhost · dir · ping <ip> · traceroute <ip> · clear

Z1 · Notiere stichwortartig

ipconfig

host localhost

dir

ein weiterer Befehl deiner Wahl

A8 b) und c) · A9

A8 b) Wie viele Pakete wurden gesendet, wie viele empfangen? A8 c) Was beobachtest du im Datenaustausch-Fenster? A9 Kabel getrennt und erneut ping – erkläre die Ausgabe und den Bezug zu A4.

Welche Topologie liegt bei zwei Rechnern und einem Kabel vor? Und was sagt deine A4-Zeile dazu?

Beispiel: Nach dem Trennen meldet FILIUS, dass die Zielstation nicht erreichbar ist – es kommen 0 Antwortpakete zurück, alle gesendeten Pakete gehen verloren. Zwei Rechner an einem Kabel sind der einfachste Fall eines Netzes ohne Ersatzweg (wie eine Bus- oder Punkt-zu-Punkt-Verbindung). Genau das steht in meiner A4-Zeile: Wo es nur einen Weg gibt, unterbricht ein einziger Kabelbruch die gesamte Verbindung. In einem vermaschten Netz wäre stattdessen ein zweiter Weg genutzt worden.

Z4 ★★★

6 · Dein Netzwerk zu Hause

Klicke Geräte an, die bei dir am Netz hängen. Stelle für jedes ein, ob es per Kabel oder Funk verbunden ist. Die App zeichnet daraus deinen Netzplan.

Deine Geräte

Noch keine Geräte gewählt.

Auswerten

Welche Topologie liegt vor? Begründe. Was passiert, wenn das zentrale Gerät ausfällt? Beurteile.

Der WLAN-Router zu Hause ist Router, Switch und Funk-Zugangspunkt in einem Gehäuse.

Beispiel: Alle Geräte sind einzeln mit der Fritzbox verbunden – per LAN-Kabel oder per WLAN. Damit ist mein Heimnetz eine Sterntopologie: Der Router ist der zentrale Verteiler, die Geräte reden nicht direkt miteinander, sondern immer über ihn. Fällt er aus, fällt zweierlei aus: die Verbindung ins Internet und die Verbindung der Geräte untereinander – Drucken vom Laptop geht dann ebenso wenig wie Streaming. Das ist der typische Schwachpunkt des Sterns: ein einziger Ausfallpunkt. Geräte mit Mobilfunk (Handy) kommen weiterhin ins Internet, aber nicht mehr ins Heimnetz.

A10 ★☆☆

7 · Sicherung

Antworte in jeweils ein bis zwei Sätzen. Diese Notizen sind die Grundlage für die nächste Doppelstunde, in der es um den Aufbau von IP-Adressen geht.

a) Was ist ein Rechnernetz? b) Welche Topologie ist heute in Schulen und Büros üblich – und warum? c) Wofür brauchen wir in FILIUS den Unterschied zwischen Entwurfs- und Aktionsmodus?

a) Ein Rechnernetz verbindet eigenständige Geräte so miteinander, dass sie Nachrichten austauschen und Ressourcen wie Drucker, Dateien oder Rechenleistung gemeinsam nutzen können.

b) Der Stern: Jedes Gerät hat eine eigene Leitung zu einem zentralen Verteiler (Switch). Das ist schnell, leicht zu warten, und ein defektes Kabel betrifft nur einen Arbeitsplatz.

c) Im Entwurfsmodus wird das Netz gebaut und verändert – Geräte, Kabel, IP-Adressen. Im Aktionsmodus läuft das Netz: Erst dort kann man Software installieren, Befehle ausführen und den Datenverkehr beobachten. Die Trennung verhindert, dass man am laufenden Netz herumbaut, und macht sichtbar, dass Planung und Betrieb zwei verschiedene Dinge sind.

Selbstcheck

Zehn Fragen quer durch das Blatt. Ohne Note, nur zum Prüfen.

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