Computer-Netzwerke: Grundlagen

Was sind Computer-Netzwerke

Computer-Netzwerke sind, wie der Name schon sagt, Zusammenschlüsse mehrerer Computer, die miteinander Informationen austauschen können. Oft werden solche Computer-Netzwerke einfach als Rechnernetze, Computernetze oder nur als Netzwerke bezeichnet.

Wozu gibt es Rechnernetze

Ein Rechnernetz dient in erster Linie zum Informationsaustausch zwischen den Computern in einem Computernetz. Es lassen sich Daten (z.B. E-Mails) austauschen, Berechnungen auf mehreren Rechnern parallelisieren oder Geräte (z.B. Drucker) gemeinsam nutzen. Aber auch die direkte Kommunikation von Nutzern des Netzwerks per Chat oder VoIP ist möglich und gewinnt immer mehr an Bedeutung.

Das www ist ein gigantisches Computernetz, das in Zeiten von Industrie 4.0 auch wirtschaftlich nicht mehr wegzudenken wäre.

Die Vorteile solcher Netzwerke sind vielfältig. Daher ist die Netzwerkfähigkeit in jedem modernen Betriebssystem standardmäßig implementiert.

Das war nicht immer so. Am Anfang der Computertechnik waren die Rechner noch so inkompatibel, dass nicht einmal Datenträger ausgetauscht werden konnten. Aufgrund der anfänglich sehr speziellen, oftmals militärischen Einsatzbereiche von Computern stand der Informationsaustausch nicht im Vordergrund. Mit wachsender Verbreitung von Computern ergab sich auch die Notwendigkeit des einfachen Informationsaustausches zwischen den Systemen.

Standardisierung

Voraussetzung für einen erfolgreichen Informationsaustausch zwischen zwei Partnern ist logischerweise, dass sich diese auch verstehen. Man muss also Standards für die Kommunikation einführen, die alle Kommunikationsteilnehmer strikt einhalten, damit es zu keinen Missverständnissen kommt. Diese Standardisierung betrifft sowohl die Art und Struktur der Kommunikation selbst, als auch die Hardware, über die die Kommunikation physikalisch stattfindet.

Das OSI-Schichtenmodell

Gängiger Standard für die Datenübertragung in Computernetzen ist das von der International Standards Organisation (ISO) definierte Open Systems Interconnection Model (OSI-Modell)
Das OSI-Modell besteht aus 7 Schichten (Layer), denen grundsätzliche Funktionen für die Datenkommunikation zugeordnet werden. Auch die Schnittstellen (Protokolle) zwischen den Schichten werden festgelegt. Mit diesem Standard wird sichergestellt, das sich zwei unterschiedliche Kommunikationsteilnehmer auch verstehen können.

Klassifizierung von Computernetzwerken

Klassifizierung nach Reichweite

Eine naheliegende Möglichkeit, Netzwerke zu klassifizieren ist die Reichweite des Netzwerks. Man kann zunächst eine grobe Einteilung in lokale und nichtlokale Netze vornehmen.

Lokale Netze

Lokale Netze haben eine Reichweite bis zu einigen 100 Metern. Sie können weiter unterteilt werden.

• Local area Network (LAN)
• Wireless local area Network (WLAN)
• Personal area Network (PAN)
• Wireless Personal area Network (WPAN)

Nichtlokale Netze

Nichtlokale Netze haben eine Reichweite über einigen 100 Metern bis hin zu mehreren 1000 Kilometern. Sie können weiter unterteilt werden, obwohl man meistens zusammenfassend vom WAN spricht

• Wide area Network (WAN)
• Metropolitan area Network (MAN)
• Global area Network (GAN)

Klassifizierung nach der Netztopologie

Die Topologie eines Netzes definiert die Art und Weise, wie die einzelnen Teilnehmer eines Netzes miteinander verbunden sind. Dies wird am Besten durch folgende Abbildung klar.

Klassifizierung nach der Übertragungsart

Broadcast Netze

Bei einem Broadcast-Netz teilen sich alle Teilnehmer das Übertragungsmedium. Es hängen sozusagen "Alle an einer Leitung". Alle Teilnehmer sind in der Lage die Übertragungen abzuhören und filtern nur die Nachrichten heraus, die für sie bestimmt sind.

In einem Broadcast-Netz ist es möglich, eine Nachricht an alle Teilnehmer (gleichzeitig) zu senden, was als Broadcast bezeichnet wird. Diese Broadcast-Fähigkeit gibt dem Netz seinen Namen.

Broadcast-Netze haben eine Bus-Topologie oder eine Ring-Topologie (siehe Abbildung: Netztopologien). Bei anderen Netztopologien ist eine Broadcast-Fähigkeit nur erreichbar, wenn an bestimmten Knoten die Nachricht repliziert wird.

Das Internet ist ein Broadcast-Netz.

Point-to-Point Netze

In Point-to-Point Netzen (Punkt-zu-Punkt Netzen) sind die Teilnehmer direkt oder über Zwischenstationen miteinander verbunden. Sendet ein Teilnehmer eine Nachricht an einen anderen, so müssen die Zwischenstationen die Nachricht zwischenspeichern und an die nächste Zwischenstation weiterleiten.

Um Point-to-Point Netze Broadcast-fähig zu machen, müssen an bestimmten Punkten die übertragenen Nachrichten repliziert werden.

Klassifizierung nach dem Grundkonzept

Peer-to-peer-Konzept

In einem Peer-to-peer-Netzwerk (peer übersetzt: Kollege) sind alle Teilnehmer gleichberechtigt. Jeder Teilnehmer kann seine Ressourcen teilweise oder ganz im Netzwerk zur Verfügung stellen. Er selbst legt die Regeln für die Verwendung fest und ist für die Sicherheit der Ressourcen verantwortlich. Ein Beispiel hierfür ist das File-Sharing.

Client-Server-Modell

Im Client-Server-Netzwerk gibt es zwei Arten von Rechnern (bzw. Diensten).

Der Server (Diensteanbieter) stellt seine Ressourcen und Dienste im Netzwerk zur Verfügung.

Der Client (Kunde) kann die Ressourcen nutzen oder Dienste vom Server anfordern.

Die Aufgaben werden also auf dem Server zentralisiert. Die Server lassen sich nach der Art der Dienste, die sie zur Verfügung stellen, klassifizieren.

Häufig trifft man in Netzwerken beide Grundkonzepte gleichzeitig an. Die Aufteilung richtet sich nach der Art und Komplexität der Aufgaben, die zu erledigen sind.

Übertragungsmedien

Es gibt verschiedene physikalische Übertragungsmedien für Signale. Die untere Abbildung listet diese auf.

Bei mobilen Übertragungswegen ist immer zu bedenken, dass Frequenzen nur begrenzt verfügbar sind. Es können nicht beliebig viele Übertragungen parallel stattfinden, insbesondere nicht, wenn die Übertragungsgeschwindigkeit hoch sein soll. Über längere Wege findet die Übertragung daher (bis auf wenige Ausnahmen) immer kabelgebunden statt.