Was ist ein Netzwerk?

Bei einem Netzwerk handelt es sich um mehrere unabhängige Computersysteme, die so miteinander verbunden sind, dass ein Datenaustausch möglich ist. Um dies zu erreichen, muss neben einer physischen auch eine logische Verbindung zwischen den Systemen im Netzwerk bestehen. Letzteres wird durch spezielle Netzwerkprotokolle wie TCP (Transmission Control Protocol) erreicht. Auch zwei miteinander verbundene Computer können als Netzwerk betrachtet werden. Netzwerke werden eingerichtet, um Daten von einem System auf ein anderes zu übertragen oder gemeinsame Ressourcen wie Server, Datenbanken und Drucker gemeinsam zu nutzen. Je nach Größe und Umfang des Rechnernetzes kann zwischen verschiedenen Netzwerkdimensionen unterschieden werden. Die wichtigsten Netzwerktypen sind:

• Persönliche Netzwerke (PAN)

• Lokale Netzwerke (LAN)

• Metropolitan Area Networks (MAN)

• Weitverkehrsnetze (WAN)

• Globale Netzwerke (GAN)

Die physikalische Verbindung, auf der diese Art von Netzwerken basiert, kann über ein Kabel oder über eine drahtlose Technologie hergestellt werden. Physische Kommunikationsnetze bilden oft die Grundlage für mehrere logische Kommunikationsnetze, sogenannte Virtual Private Networks (VPN). Diese nutzen zwar ein gemeinsames physikalisches Übertragungsmedium, beispielsweise ein Glasfaserkabel, zur Datenübertragung, werden aber dennoch mittels Tunneling-Software unterschiedlichen virtuellen Netzwerken logisch zugeordnet.

Alle Netzwerktypen werden für bestimmte Anwendungsbereiche entwickelt und basieren auf eigenen Techniken und Standards. Sie haben jeweils ihre eigenen Vorteile und Einschränkungen.

 

Personal Area Network (PAN)

Um einen Datenaustausch zu ermöglichen, können moderne Geräte wie Smartphones, Tablets, Laptops und Desktop-Computer ad hoc in ein Netzwerk integriert werden. Dies kann über ein Kabel oder in Form eines Personal Area Network (PAN) erfolgen. Gängige Übertragungstechniken sind USB und FireWire. Die drahtlose Variante Wireless Personal Area Network (WPAN) basiert auf Technologien wie Bluetooth, Wireless USB, Insteon, IrDA, ZigBee und Z-Wave. Ein drahtloses Personal Area Network, das über Bluetooth hergestellt wird, wird als Piconet bezeichnet. PANs und WPANs haben im Allgemeinen nur eine Reichweite von wenigen Metern. Daher sind sie für die Verbindung von Geräten, die sich in unterschiedlichen Räumen oder sogar Gebäuden befinden, ungeeignet.

Neben der Herstellung der Kommunikation zwischen einzelnen Geräten ermöglicht ein Personal Area Network auch die Anbindung an andere, oft größere Netzwerke. Dies wird als Uplink bezeichnet. Aufgrund der begrenzten Reichweite und der relativ geringen Datenübertragungsgeschwindigkeit werden PANs hauptsächlich zum Anschluss von Peripheriegeräten im Hobby- und Unterhaltungsbereich verwendet. Typische Beispiele sind kabellose Kopfhörer, Spielekonsolen und Digitalkameras. Im Internet der Dinge (IoT) sind WPANs für die Kommunikation von Steuerungs- und Überwachungsanwendungen bei niedrigen Datenraten zuständig. Protokolle wie Insteon, Z-Wave und ZigBee sind speziell für Smart Homes und Heimautomatisierung konzipiert.

 

Local Area Network (LAN)

Wenn mehrere Computer über ein Netzwerk miteinander verbunden sind, handelt es sich dabei meist um ein Local Area Network (LAN). Diese Netzwerke können aus zwei Computern in einem Haushalt, aber auch aus Tausenden von Geräten in einem Unternehmen bestehen. Auch Netzwerke in öffentlichen Einrichtungen, wie beispielsweise Regierungsgebäuden, Schulen und Universitäten, werden über LAN verbunden. Ein häufig verwendeter Standard für kabelgebundene lokale Netzwerke ist Ethernet. Weniger bekannt und oft veraltet sind Netzwerktechnologien wie ARCNET, FDDI und Token Ring. Die Datenübertragung erfolgt elektronisch über Kupferkabel oder Glasfaserkabel.

Wenn mehr als zwei Computer in einem LAN verbunden sind, sind zusätzliche Netzwerkkomponenten wie Hubs, Bridges und Switches erforderlich. Diese fungieren als Kopplungselemente und Verteilerknoten. Der Netzwerktyp LAN wurde entwickelt, um eine schnelle Übertragung großer Datenmengen zu ermöglichen. Abhängig von der Netzstruktur und dem verwendeten Übertragungsmedium ist ein Datendurchsatz von 10 bis 1.000 Mbit/s üblich. LANs ermöglichen einen komfortablen Informationsaustausch zwischen den verschiedenen im Netzwerk miteinander verbundenen Geräten. In Unternehmen ist es üblich, Dateiserver, Netzwerkdrucker und Anwendungen über LAN mit mehreren Arbeitscomputern gemeinsam zu nutzen.

Wenn ein lokales Netzwerk über drahtlose Verbindungen verfügt, wird es als Wireless Local Area Network (WLAN) bezeichnet. Die technische Grundlage des WLAN-Standards wird durch die IEEE 802.11-Standardfamilie definiert. Drahtlose lokale Netzwerke bieten die Möglichkeit, Geräte einfach in ein Heim- oder Unternehmensnetzwerk zu integrieren und sind mit kabelgebundenen Ethernet-LANs kompatibel. Allerdings ist der Datendurchsatz oft geringer als bei einer Ethernet-Verbindung.

Die Reichweite eines LAN hängt vom Standard und Übertragungsmedium ab, kann aber durch Signalverstärker verbessert werden. Mit Gigabit-Ethernet über Glasfaser ist eine Signalreichweite von mehreren Kilometern möglich. Allerdings erstrecken sich lokale Netzwerke selten über einen einzelnen Gebäudekomplex hinaus. Mehrere LANs in unmittelbarer Nähe zueinander können zu einem übergeordneten Metropolitan Area Network (MAN) oder Wide Area Network (WAN) verbunden werden.

 

Metropolitan Area Network (MAN)

Ein Metropolitan Area Network (MAN) ist ein Breitband-Telekommunikationsnetzwerk, das mehrere LANs in unmittelbarer Nähe zueinander verbindet. Typischerweise handelt es sich dabei um einzelne Niederlassungen eines Unternehmens, die über Standleitungen an ein MAN angeschlossen sind. Zum Einsatz kommen leistungsstarke Router und hochperformante Glasfaseranschlüsse, die einen deutlich höheren Datendurchsatz als das Internet ermöglichen. Die Übertragungsgeschwindigkeit zwischen zwei entfernten Knoten ist vergleichbar mit der Kommunikation innerhalb eines lokalen Netzwerks.

Die Infrastruktur für MANs wird von internationalen Netzbetreibern bereitgestellt. Als Metropolitan Area Networks können verkabelte Städte national in Wide Area Networks (WAN) und international in Global Area Networks (GAN) integriert werden.

Metro Ethernet bietet eine spezielle Übertragungstechnologie für MANs und ermöglicht den Aufbau leistungsfähiger Metro Ethernet Networks (MEN) auf Basis von Carrier Ethernet (CE 1.0) oder Carrier Ethernet 2.0 (CE 2.0).

Mit IEEE 802.16 wurde ein Standard für größere regionale Funknetze entwickelt, die sogenannten Wireless Metropolitan Area Networks (WMAN). Diese als WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) bekannte Technologie ermöglicht die Einrichtung von WLAN-Hotspots. Dabei handelt es sich um mehrere WLAN-Access Points, die an unterschiedlichen Standorten zusammenarbeiten. Der aktuelle Übertragungsstandard DSL ist technisch nur dort verfügbar, wo Kupferkabel verlegt sind.

 

Wide Area Network (WAN)

Während Metropolitan Area Networks nahe beieinander liegende Standorte verbinden, erstrecken sich Wide Area Networks (WANs) über große Gebiete wie Länder oder Kontinente. Die Anzahl der lokalen Netzwerke oder einzelner Computer, die über ein WAN miteinander verbunden werden können, ist grundsätzlich unbegrenzt.

Während LANs und MANs aufgrund der geografischen Nähe der Computer oder Netzwerke mit Ethernet implementiert werden können, verwenden WANs Technologien wie IP/MPLS (Multiprotocol Label Switching), PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy), SDH (Synchronous Digital Hierarchy), SONET (Synchronous Optical Network), ATM (Asynchronous Transfer Mode) und sehr selten das veraltete X.25.

Weitverkehrsnetze sind normalerweise Eigentum einer bestimmten Organisation oder Firma und werden privat betrieben oder geleast. Darüber hinaus nutzen Internetdienstanbieter WANs, um lokalen Unternehmensnetzwerken und Verbrauchern Internetkonnektivität bereitzustellen.

 

Global Area Network (GAN)

Ein globales Netzwerk wie das Internet wird als Global Area Network (GAN) bezeichnet. Das Internet ist jedoch nicht das einzige Computernetzwerk seiner Art. International operierende Unternehmen unterhalten isolierte Netzwerke, die sich über mehrere WANs erstrecken und Unternehmenscomputer auf der ganzen Welt miteinander verbinden. GANs nutzen die Glasfaserinfrastruktur von Weitverkehrsnetzen und kombinieren sie mit internationalen Offshore-Kabeln oder Satellitenübertragungen.

 

Virtual Private Network (VPN)

Ein virtuelles privates Netzwerk (VPN) ist ein virtuelles Kommunikationsnetzwerk, das die Infrastruktur eines physischen Netzwerks nutzt, um Computersysteme logisch zu verbinden. Dabei kann es sich um alle oben beschriebenen Netzwerktypen handeln, das Internet ist jedoch das am häufigsten verwendete Transportmedium. Schließlich verbindet das World Wide Web praktisch alle Computer der Welt und ist kostenlos verfügbar (im Gegensatz zu den privat verwalteten MANs oder WANs). Die Datenübertragung erfolgt in einem virtuellen Tunnel, der zwischen einem VPN-Client und einem VPN-Server aufgebaut wird.

Wenn das öffentliche Netzwerk als Transportmedium verwendet wird, werden virtuelle private Netzwerke normalerweise verschlüsselt, um die Datensicherheit zu gewährleisten. VPNs werden verwendet, um LANs über das Internet zu verbinden oder um den Fernzugriff auf ein Netzwerk oder einen bestimmten Computer zu ermöglichen.

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