Transcript Paul-Emile Müller Telekommunikation Arbeitsheft zur Telematik und zu den Richtlinien des VSEI für Elektroberufe Folien mit Lösungen, Auflage 11 / 2015 01: Systemübersicht 02: Grundlagen.

Paul-Emile Müller
Telekommunikation
Arbeitsheft zur Telematik und zu den Richtlinien des VSEI für Elektroberufe
Folien mit Lösungen, Auflage 11 / 2015
01: Systemübersicht
02: Grundlagen der Telefonie
03: Gebäudeerschliessung
04: ISDN
05: Endgeräte
06: Einzelteile und Zusatzgeräte
07: Universelle Kommunikationsverkabelung
08: Lichtwellenleiter
09: Zusatzdienste
10: Breitbandtechnologien
11: Netzwerke
12: Teilnehmervermittlungsanlagen
13: Drahtlose Kommunikation
14: Koaxiale Systeme
15: Übertragungssysteme
16: Richtlinien
Telekommunikation Auflage 11- 2015 - © Paul-Emile Müller
Hinweise
Technische Systeme 1.1 a
1 Systemübersicht
Unsere technische Welt besteht aus verschiedenen Systemen, die über den
Austausch von Energie und Informationen zusammenwirken. Neben dem in
der Energietechnik bekannten technischen Energiesystem besteht ein
entsprechendes technisches Signalsystem, welches die Grundlage der
Telekommunikationstechnik darstellt.
Ein Lift braucht Betriebsenergie (Energiesystem) und Information wohin er
fahren soll (Signalsystem). Nach der Fahrt wird das Stockwerk angezeigt.
Die Systeme sind anhand einer Liftfahrt zu ergänzen.
Abgegebene Energie
Zugeführte Energie
Technisches
Energiesystem
Elektrische Energie

Signalaustausch
Zugeführte Information
- Stockwerk wählen
-
Türe Schliessen
Transport auf höher
gelegenes
Stockwerk
Energie für Steuerung
Abgegebene Information
Technisches
Signalsystem
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Anzeige des erreichten

Stockwerkes
Liftanlagen
1
Elektrotechnisches Energiesystem 1.1 b
1 Systemübersicht
Elektrische Systeme
Elektrotechnisches Energiesystem
Zugeführte Energie
mechanisch
Abgegebene Energie
Erzeuger
Betriebseinrichtung
Verbraucher
thermisch
thermisch
chemisch
Solarzellen
Strahlung
Generatoren
Primärelemente
Schalter
Lampen
Leitungen
Motoren
Transformatoren
Akkumulatoren
Weitere Beispiele
Erzeuger
Betriebseinrichtung
Verbraucher
mechanisch

Thermoelement, Akkumulator
Stecker, Kabel, elektronische Schaltung


Heizung, Kopfhörer
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Beispiele
3
chemisch
Strahlung
Elektrotechnisches Signalsystem 1.1 c
1 Systemübersicht
Elektrotechnisches Signalsystem
Alle Themenbereiche in der Kommunikationstechnik lassen sich in
das elektrotechnische Signalsystem eingliedern.
Ein Telefon beispielsweise erzeugt im Mikrofon aus Schallwellen ein
elektrisches Signal.
Dieses Signal wird mittels geeigneten Übertragungsmedien zur
Signalverarbeitungstelle (Swisscomzentrale) weitergeleitet.
Von da weg wird das Signal zur Signalausgabe, sprich einem
Telefonapparat, weitergeleitet.
Der Lautsprecher im Mikrotel wandelt nun das elektrische Signal
wieder in Schallwellen um.
Symbole für…
Telefonapparat
Zentrale
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Kommunikationstechnik
1
Elektrotechnisches Signalsystem 1.1 d
1 Systemübersicht
Zugeführte Signale
Elektrisch
Abgegebene Signale
Signalerzeuger
Übertrager
Signalausgabe
Optisch
Optisch
Schall
Bild
Mikrofon
Software
Hörer
Sensor
TVA/PBX
Aktoren
Tastatur
Verkabelung
Display
Ergänzen Sie mit weiteren Beispielen…
Erzeuger
Übertrager
Signalausgabe
Elektrisch
CD-Player,
Mobiltelefon

Kabel,
Funkstrecke, Bussysteme

Lautsprecher, Headset

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Beispiele
3
Schall
Bild
Analoge Signale 1.2 a
1 Systemübersicht
Signalarten
Analoge Signale
Mikrofon
Analoge Signale können in einem
vorgegebenen Wertebereich zu
jedem Zeitpunkt einen anderen
Wert haben (Momentanwerte).
Analoge Signale verändern sich
kontinuierlich, sie sind
mathematisch betrachtet stetig
veränderbar.
Das Signal ist zu erweitern. 
Wie gross ist der bezeichnete
Momentanwert?
Beispiele von
analogen Signalen
aus der Praxis:
Spannung in Volt
7
6
5
4
3
2
1
0
Momentanwert = 6 V
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Zeit in s
Spannung vom Mikrophon, Strom an einem Lautsprecher

Ausgangsspannung eines Potenziometers

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Oszilloskop-Signal
1
Binäre Signale, Binärcode 1.2 b
1 Systemübersicht
Binäre Signale, Binärcode
Binäre Signale können nur zwei
mögliche Zustände annehmen,
entweder 0 oder 1, also im Beispiel
0 oder 5 Volt (bi = dual = zwei).
Zahlensysteme
Dualzahlen
oder
Binärcode
000
001
010
011
100
101
110
111
Dezimalzahlen
0
1
2
3
4
5
6
7
Ist zum Beispiel eine Leuchte
eingeschaltet, ist sie im Zustand 1.
Wird die Leuchte ausgeschaltet,
liegt keine Spannung an und der
Zustand ist somit 0.
Werden mehreren binären Zuständen zusammengefasst (z.B. 3) entsteht ein Binärcode. Diesem kann
Zahlen oder Buchstaben zugeordnet werden.
Beispiele von binären Signalen
und Binärcodes aus der Praxis:
Das Signal ist zu erweitern. 
Die Zustände und die entsprechenden
Zahlen sind zu ergänzen.
Spannung in Volt
6
5
4
3
2
1
0
0 1 1 0 0 0
binäre Zustände 0 oder 1
1 0 1 1 0 0 1 0
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Zeit in s
3
0

5
4
Dezimalzahlen, die sich aus dem
3. Bit-Binärcode ergeben
Schalter Schema 0, Schalter Schema 1
Thermostat meldet zu kalt oder zu heiss
Ton- oder Datenspur auf einer CD-ROM
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CD-DVD-Blueray
1
Digitale Signale 1.2 c
1 Systemübersicht
Digitale Signale,
Abtastung
Digitale Signale können
mehrere, abzählbare
Zustände haben
(lateinisch digitus = Finger).
Digitales Telefon
Das Signal ist zu erweitern. 
Die Abtastwerte sind zu ergänzen
Spannung in Volt
Die Abbildung zeigt die Abtastwerte eines analogen Signals
(auf ein ganzes Volt gerundet).
Durch Codierung können diese
in ein binäres Signal umgewandelt werden. [TK15.5].
Weitere Beispiele
6
5
4
3
2
1
0
Abtastwerte in Volt (gerundet)
2 3 5 4 5 6 6 4 2 2 4 6 5 3
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
Zeit in s
-
Digitalisierung von Tönen oder Bildern
-
Internettelefonie, Voice over IP (VoIP), All-IP
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1 Systemübersicht
Kupferleitungen 1.3 a
Übertragungsmedien
Kupferleitungen
In der Telekommunikationstechnik, wie auch
in anderen technischen Bereichen, werden
nach wie vor die meisten Signale mittels
Kupferleitungen übertragen.
Innenleiter
Dielektrikum
Folie Al
Geflecht Cu
Isolierfolie PE
Aussenmantel
Kupferleitungen haben allerdings von den
3 gebräuchlichsten Übertragungsmedien
(Kupfer, Lichtwellenleiter, Funk) die grössten
Dämpfungen. Das heisst auf langen
Leitungen werden die zu übertragenden
Signale am stärksten abgeschwächt.
Koaxialkabel
Anwendungen für Kupferleitungen in der Telekommunikation.
- Leitung zwischen der Anschlussausrüstung in der Zentrale und der

Netztrennstelle in einem Einfamilienhaus
-
Anschlusskabel für Telefone und Modems
-
Verbindung zwischen Kommunikationssteckdosen und Verteiler
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1 Systemübersicht
Lichtwellenleitungen 1.3 b
Kern
Cladding
Faser
Lichtwellenleitungen
Coating
Aussenmantel
Lichtwellenleiter
Werden hohe Anforderungen an die
Übertragungsgeschwindigkeit von Daten
gestellt, so kommen heute vermehrt
Lichtwellenleiter zum Einsatz.
Lichtwellenleiter haben gegenüber
Kupferleitungen eine viel geringere Dämpfung.
Dadurch lassen sich Leitungen von mehreren
Kilometern Länge erstellen, ohne dass ein
Verstärker zwischengeschaltet werden muss.
Weiter sind Lichtwellenleiter unempfindlich
gegenüber elektromagnetischer Strahlung.
Anwendungen für Lichtwellenleitern in der Telekommunikation.
-
Anschlussleitungen von Carriern (z.B. Swisscom, Sunrise)
-
Computernetzwerke mit grossen Übertragungsgeschwindigkeiten
-
Verbindung von einzelnen Internetknotenpunkten
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1 Systemübersicht
Funkverbindungen 1.3 c
Funkverbindungen
Werden Signale durch die Luft
transportiert, so spricht man von einer
Funkverbindung oder von drahtloser
Kommunikation.
Die Signale werden dabei mit Hilfe von
elektromagnetischen Wellen im
Radiofrequenzbereich übertragen.
Anwendungen für Funkverbindungen in der Telekommunikation.
-
Schnurloses Telefon (cordless), Mobiltelefon, Pager
-
Radio, TV, Near Field Communication (NFC)
-
Fernverbindungen mittels Satellit oder Richtstrahl
-
Breitband Internet, Wireless Local Area Network (WLAN), Bluetooth
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Automatisierungssysteme 1.4 a
1 Systemübersicht
Automatisierungssysteme
Die verschiedenen Signalarten und Übertragungsmedien spielen nicht nur in der
Telekommunikationstechnik eine wichtige Rolle, sondern auch in
Automatisierungssystemen. Von Automatisierung spricht man, wenn eine Steuerung oder
eine Regelung einen Prozess selbstständig aufrecht erhält.
Bei einer Heizungsanlage in einem Einfamilienhaus handelt es sich also um ein
Automatisierungssystem.
Abluft
Vorlauf
Rücklauf
Steuerung oder Regelung
Warmwasser
Brenner
Expansionsgefäss
Nachfolgend soll anhand einer Heizungsanlage der Unterschied zwischen einer
Steuerung und einer Regelung aufgezeigt werden.
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Steuerung 1.4 b
1 Systemübersicht
Steuerung
Bei einer Heizungssteuerung
erfasst ein Aussenfühler die
Umgebungstemperatur.
Bei kühler Aussenluft wird
dadurch die Heizung
eingeschaltet, indem die
Ventilstellung beeinflusst wird.
Aussenfühler
Bleibt ein Fenster offen, bleibt
es trotz Heizbetrieb den ganzen
Tag kalt im entsprechenden
Raum, weil diese „Störung“ von
der Steuerung nicht erkannt
wird.
offenes Fenster AussenStörgrösse
fühler

Aussentemperatur
Eingangsgrösse

Raumtemperatur
Innenfühler

Steuergerät
Ausgangsgrösse
Heizkörper
Ventilmotor
Von einer Steuerung spricht man, wenn eine Eingangsgrösse
(z.B. Aussentemperatur) eine Ausgangsgrösse (z.B.
Raumtemperatur) beeinflusst.
Merke
Weitere Beispiele:
Die Ausgangsgrösse wirkt nicht auf die Eingangsgrösse zurück!
Eine Störgrösse kann damit nicht ausgeglichen werden.
Schaltuhr steuert die Treppenhausbeleuchtung.

Das Potenziometer steuert die Lautstärke.

Programmschaltwerk einer Waschmaschine steuert Waschvorgang.

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Handy steuert Energie
1
Regelung 1.4 c
1 Systemübersicht
Regelung
Bei einer Heizungsregelung wird die
Raumtemperatur gemessen und mit
einem vorgegebenen Sollwert z.B.
20°C verglichen.
Heizungsregler
Vorteil gegenüber der Steuerung: Bei
einem offenen Fenster wird das
Absinken der Raumtemperatur
erkannt, und je nach Abweichung
bezüglich Sollwert erfolgt eine
Erhöhung der Wärmezufuhr.
offenes Fenster
Störgrösse

Raumtemperatur
Innenfühler

Regelgerät
Ausgangsgrösse
Heizkörper
Die Raumtemperatur bleibt
unabhängig von der Störung durch
das offene Fenster konstant.
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Istwert

Sollwert

Ventilmotor
Regelgeräte
1
Regelung 1.4 d
1 Systemübersicht
Bei guten Heizungsregelungen werden Innen- und
Aussenthermostate installiert.
Weiterer Vorteil: Sinkt die Aussentemperatur in der
Nacht stark ab, kann das Heizungsventil schon geöffnet
werden, bevor der Raumthermostat etwas bemerkt.
Somit kann die Trägheit des Heizsystems überwunden
werden.
offenes Fenster
Störgrösse
Istwert
Raumtemperatur
Innenfühler
Ausgangsgrösse
Merke
•
•
Heizkörper
Von einer Regelung spricht man, wenn eine
Ausgangsgrösse (z.B. Raumtemperatur) fortlaufend
erfasst wird und mit einem Sollwert (z.B. 18 °C)
verglichen wird.
Sollwert
Regelgerät
Ventilmotor
Im Unterschied zur Steuerung liegt bei der Regelung
ein geschlossener Wirkungsablauf vor.
Weitere
Beispiele
- Thermostat im Bügeleisen regelt die eingestellte Bügeltemperatur
- Netzgerät regelt die konstante Ausgangsspannung
- Ein aufrechter Stab wird mit der Hand balanciert
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1 Systemübersicht
IT - Systeme 1.5 a
IT - Systeme
Allgemeines
Die Installationen von informationstechnologischen Systemen (IT - Systeme) dienen
der Übertragung von Signalen. Diese werden in Form von Sprache, Bildern, Texten
und Daten übertragen.
RJ45 Stecker
Die elektrotechnische Informationsverarbeitung kann analog, digital oder gemischt
erfolgen. Meist werden Computer für die Aufarbeitung der Informationen verwendet.
Grundlage der digitalen Informationsverarbeitung ist das Programmieren z.B. einer
Telefon-Kommunikations-Anlage.
In telekommunikationstechnischen Netzwerken findet der Datenaustausch direkt, das
heisst ohne Speicherung auf Datenträgern statt. Die Informationsverarbeitung erfolgt
leitungsgebunden oder drahtlos.
Bezüglich der räumlichen Abmessung werden zwei Netzwerktypen unterschieden.
Lokales Netzwerk LAN
Ein lokales Netzwerk (engl. Local Area Network: LAN) ist ein Computernetz, das auf
einen Raum oder ein Gebäude beschränkt ist. In grossen Industriebetrieben kann ein
LAN auch ein ganzes Areal umfassen und so mehrere Gebäude miteinander
verbinden.
Übertragungsgeschwindigkeit?
100 Mbit/s bis etwa 10 Gbit/s.

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Lokale Netzwerk LAN 1.5 b
1 Systemübersicht
Die Geräte sind zu verkabeln.
Internet (WAN)
Firewall
Firewall
Router
WebServer
Router
E-MailServer
Switch
DateiServer
DNSServer
FTPServer
Notebook
LAN
Switch
PDA
Accesspoint
(Handy)
Desktop
Scanner
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Drucker
Desktop PC
Desktop Mac
1 Systemübersicht
IT - Systeme 1.5 c
Weites Netzwerk WAN
Ein Grossflächennetzwerk (engl. Wide Area Network WAN) erstreckt sich über grosse
Distanzen. WAN Netzwerke sind meist internationale Netzwerke, wie zum Beispiel das
Internet oder das weltweite digitale Telefonnetz.
Übertragungsgeschwindigkeit?
64
kbit/s bis mehrere Gbit/s.
Merke
LAN:
Local Area Network
WAN:
Wide Area Network
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Systemkopplungen 1.6 a
1 Systemübersicht
Systemkopplungen
LAN - LAN
In einem lokalen Netzwerk werden die verschiedenen Geräte wie Desktop-Computer,
Notebook und Drucker mit einem Switch (englisch Schalter) zusammengekoppelt.
Alle Geräte, auch diejenigen, die drahtlos angebunden werden, müssen softwaremässig
für das Netzwerk eingestellt werden.
Nur so können sie miteinander kommunizieren.
Rückseite
eines Switch
Wenn kein Internetzugang vorhanden ist, hat das Netz eine hohe Sicherheit gegen
Eindringlinge von aussen. Allerdings muss die Funkübertragung sicher konfiguriert
werden oder besser noch, man verzichtet zu Gunsten der Sicherheit ganz auf Geräte mit
drahtlosen Schnittstellen.
Switch
Mac
Drucker
PC
Accesspoint
Notebook
Smartphone
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Systemkopplungen 1.6 b
1 Systemübersicht
LAN - WAN
Um eine Verbindung zum Internet herzustellen, braucht es einen Übergangspunkt vom
LAN zum WAN. Dessen Übertragungsgeschwindigkeit ist ein wesentliches Merkmal und
hängt von der verwendeten Technologie ab:
• Telefonnetz mit analogem Modem oder digitalem Terminaladapter (langsam)
• Telefonnetz Breitbandanschluss mit DSL-Modem/Router (schnell)
• Glasfaseranschluss (sehr schnell)
• Cable-Modem (sehr schnell)
• Mobilfunk (schnell)
DSL Modem mit
integrierter
Firewall
In der Regel wird für den Übergang ins WAN ein DSL-Router oder ein Kabelmodem mit
zusätzlichem Router verwendet. Der Switch teilt den Internetzugang unter mehreren PCs
auf. Mit eingerichteter Firewall lässt sich das Netzwerk gegen Eindringlinge von aussen
(Hacker) schützen.
Internet
PC
Firewall
Diese Komponenten sind
bei kleinen Netzen in
einem Gerät integriert.
Switch
DSL-Router /
Kabelmodem+Router
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Drucker
Systemkopplungen 1.6 c
1 Systemübersicht
LAN-Vernetzung via WAN
Für die Vernetzung von Niederlassungen, Aussendienstmitarbeitern oder Teleworkern
braucht es einen sicheren Kommunikationskanal. Zwei "private" LANs werden
miteinander über einen VPN-Tunnel über das öffentliche WAN verbunden. Ein virtuelles
privates Netz-werk (VPN) wird entweder über eine Software im PC oder über eine
Firewall konfiguriert. Die Daten werden dabei verschlüsselt übertragen. Sie werden
sozusagen durch einen Tunnel transportiert, der vor fremden Blicken schützt.
Mac
PC
Internet
Tunnel
Hardware- oder
Softwarefirewall
Notebook
Router
Router
Notebook
Sicherheit
Schutzmassnahmen Kommunikation ist mit einem Risikofaktor verbunden.
Beispiele von Schutzmassnahmen, die nicht in diesem Buch besprochen werden:
SPAM
NAT (Network-Adress-Translation),
Paket-Filter, Stateful-Packet-Inspection,
Abwehr von DoS-Attaken (Denial-of-Service),
DMZ (demilitarisierte Zone)
und natürlich der richtige Umgang mit Anti-Viren Software.
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Hintergrund Sicherheit
2
Ende
Bilder zu Systemübersicht
Lift mit Bedientasten für die
Kommunikation
Billetautomat
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Liftanlagen
Bilder zu Systemübersicht
Solarzellen
Beispiele von Erzeugern
Generator
Primärelement
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Bilder zu Systemübersicht
Beispiele von Betriebseinrichtungen
Leitung
Kippschalter
Transformator
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Bilder zu Systemübersicht
Lampe
(Energiesparlampe)
Motor für Umwälzpumpe
Akkumulator
(Sekundärelement)
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Beispiele von Verbrauchern
Bilder zu Systemübersicht
Swisscom
Zentrale
Herdern
Telefonapparat
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Kommunikationstechnik
Bilder zu Systemübersicht
Beispiele von Signalerzeugern
Sensoren
(Wetter)
Mikrofon
Tastatur
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Bilder zu Systemübersicht
Beispiele für Übertrager
Software
CD-ROM
PBX Private Branch Exchange
TVA Teilnehmervermittlungsanlage
Verkabelung
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Bilder zu Systemübersicht
Beispiele für die Signalausgabe
Hörer
Touchscreen
(mit Aktor und Sensor)
Lautsprecher (Aktor)
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Bilder zu Systemübersicht
Analoge Signale
Oszilloskop mit Analogsignal (Sägezahn)
Oszilloskop mit Analogsignal (Sinus)
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Bilder zu Systemübersicht
Kapazität: 700 MByte
Vergleich Speichermedien
4.7 GByte
Aufnahmen mit Raster-Elektronen-Mikroskop. Massstab:
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25 GByte
2 m
Bilder zu Systemübersicht
Handy steuert Energie
Apps zur Energiesteuerung und Messung
Fenster, Heizkörper, Lichtschalter , TV- und Audiosysteme lassen sich über Handy-Apps kontrollieren.
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Bilder zu Systemübersicht
Regelthermostate für die Montage
an einen Heizkörper:
Regelthermostate
Regelthermostate für Wandmontage:
mechanisch
elektromechanisch, fernsteuerbar
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Bilder zu Systemübersicht
sicheres Surfen
Regeln für sicheres Surfen
1. Nie auf Antiviren- und Firewall-Lösungen verzichten
Immer eine Firewall und eine Antiviren-Software gleichzeitig verwendet
und diese regelmässig Updaten!
2. Sicherheits-Updates immer einspielen
Patches oder Hotfixes kleben Sicherheitslecks zu, die sich Hacker und Cyberganoven
bei Bekanntwerden schnell zunutze machen wollen. Veraltete Programme deinstallieren.
3. Nie dasselbe Passwort für verschiedene Dienste verwenden
Komplexe Passwörter mit lange Zeichenfolgen aus Gross- und Kleinbuchstaben, Zahlen und
Symbolen verwenden.
4. Persönliche Daten schützen
Persönlichen Informationen wie Telefonnummer, Geburtsdatum, Adresse, Kontodaten in sozialen
Netzwerken nur spärlich verwenden.
5. Digitale Spuren vermeiden
Posten-Feld in Facebook vorerst auf «Nur ich» einstellen, dann gut überlegen an wen man
publiziert. Vorsicht ist auch geboten in unsicheren WLAN-Hotspots.
6. Keine verdächtigen Mailanhänge öffnen
7. Finanzielle Transaktionen überwachen
E-Banking-Aktivitäten respektive alle Konten auf finanzielle Transaktionen überprüfen.
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Bilder zu Systemübersicht
Hintergrund Sicherheit
Hintergrundwissen zu Thema Sicherheit
Network Address Translation (NAT) ist eine Art Sicherheitsmerkmal um das interne Netz (LAN)
vom externen Netz (WAN) zu trennen. Dabei werden die Adressinformationen in den
Datenpaketen durch andere ersetzt.
Ein Paketfilter ist eine Software, die den ein- und ausgehenden Datenverkehr in einem
Computernetz filtert. Dabei werden nur die in der Firewall angegebenen gültigen Absender- und
Empfängeradressen durchgelassen.
Stateful-Packet-Inspection ist eine Filtertechnik, bei der die Datenpakete noch genauer
untersucht werden.
Unter DoS-Attacken (Denial-of-Service) versteht man einen Angriff auf einen Computer mit dem
erklärten Ziel, die Verfügbarkeit durch Überlastung ausser Kraft zu setzen.
Bei DDos-Attacken (Distributed Denial of Service ) erfolgt der Angriff von vielen verteilten und
infizierten Rechnern aus.
Die in der demilitarisierten Zone DMZ aufgestellten Systeme werden durch eine oder mehrere
Firewalls gegen andere Netze (Internet, LAN) abgeschirmt. Durch diese Trennung kann der
Zugriff auf öffentlich erreichbare Dienste (E-Mail, WWW) gestattet und gleichzeitig das interne
Netz (LAN) vor unberechtigten Zugriffen geschützt werden.
Ein Antivirenprogramm (auch Virenscanner oder Virenschutz genannt)
ist eine Software, die bekannte Computerviren, Computerwürmer und
Trojanische Pferde aufspürt, blockiert und gegebenenfalls beseitigt.
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Ende