Bei einem Netzwerk respektive Rechnernetz werden in erster Linie mehrere Computer miteinander verbunden. Darüber hinaus ist aber auch die Einbindung von Software-Agenten, Sensoren oder Aktoren und dergleichen mehr möglich. Gängiger ist allerdings die Einbindung von netzwerkfähigen Druckern, Multifunktionsgeräten und Servern.
Die Bildung eines Netzwerks kann mehrere Gründe haben. Der Hauptgrund ist die Kommunikation, wie etwa via Chat oder VoIP. Darüber hinaus erlaubt ein Netzwerk den Datenaustausch zwischen den beteiligten Rechnern oder das Zugreifen auf Daten, die zum Beispiel auf einem zentralen Server gespeichert sind. Die in ein Netzwerk eingebundenen Rechner können außerdem gemeinsam einen Netzwerkdrucker oder andere Ressourcen nutzen. Zudem ist es über ein Netzwerk möglich, dass mehrere Rechner gemeinsam eine rechenintensive Aufgabe, wie etwa die Berechnung eines komplexen 3-D-Modells mithilfe von CAD-Anwendungen, bearbeiten und so schneller bewältigen. Das setzt allerdings Anwendungen voraus, die eine verteilte Verarbeitung unterstützen. Prinzipiell kann zwischen lokalen und über größere Entfernungen aufgebauten Netzwerken unterschieden werden, wenngleich sich diese Varianten abermals in unterschiedliche Netzwerkarten unterteilen lassen.
Lokale und nicht-lokale Netzwerke
Lokale Netzwerke lassen sich grundsätzlich in Body Area Network oder kurz BAN, Personal Area Network oder kurz PAN und Local Area Network oder kurz LAN unterteilen. All diese Netzwerkvarianten können heutzutage auch per Funk aufgebaut werden. Die bekannteste Form eines kabellosen lokalen Netzwerks dürfte dabei das WLAN sein. Neben dem kabelgebundenen LAN ist WLAN zumindest im privaten Umfeld und in kleinen Unternehmen eine der am häufigsten gewählten Arten, ein Netzwerk aufzubauen. Ein PAN verbindet Geräte im unmittelbaren persönlichen Umfeld, während ein LAN üblicherweise Räume, Wohnungen, Büroflächen oder zusammengehörige Gebäude abdeckt. Seine mögliche Ausdehnung ist nicht pauschal auf 500 Meter limitiert. Sie hängt von Übertragungsmedium, Ethernet-Standard, aktiven Netzwerkkomponenten und baulichen Gegebenheiten ab. Mehrere LANs können über Router und geeignete Verbindungen miteinander gekoppelt werden.
Als Netzwerke mit größerer geografischer Ausdehnung sind Metropolitan Area Network oder kurz MAN, Wide Area Network oder kurz WAN und Global Area Network oder kurz GAN zu nennen. Ein Virtual Private Network oder kurz VPN ist dagegen ein logisch abgegrenztes Netzwerk, das häufig verschlüsselte Verbindungen über ein vorhandenes öffentliches oder privates Netz nutzt. Ein Storage Area Network oder kurz SAN ist ein spezialisiertes Netzwerk für den Zugriff auf Speicherressourcen und keine geografische Größenklasse. Wie ein LAN mit einem weiteren LAN verbunden werden kann, kann zum Beispiel auch ein MAN Bestandteil eines WAN sein. Ebenso kann ein LAN in ein MAN oder WAN eingebunden werden.
Aufbau eines lokalen Netzwerks am Beispiel von LAN
Bei einem LAN werden die Computer entweder direkt oder über Netzwerkkomponenten wie Switches und Router miteinander verbunden. Ein Switch verbindet die Geräte innerhalb eines lokalen Netzes, während ein Router unterschiedliche Netze koppelt und häufig den Zugang zum Internet herstellt. Hubs erfüllten früher eine ähnliche Verteilerfunktion, leiten eingehende Daten aber an alle Anschlüsse weiter und sind in modernen Netzen weitgehend durch Switches ersetzt worden. Ein grundlegender Vorteil zentraler Netzwerkkomponenten ist, dass zahlreiche Computer und sonstige Geräte miteinander kommunizieren können, obwohl jedes Endgerät nur einen Netzwerkanschluss benötigt. Die gängigste Art, ein leitungsgebundenes respektive kabelgebundenes Netzwerk aufzubauen, ist Ethernet. Als Leitung dienen dabei zumeist verdrillte Kupferkabel, wenngleich auch Glasfaserverbindungen zunehmend an Bedeutung gewinnen.
Bei beiden Kabelarten haben sich bestimmte Standards etabliert. Bei Kupferkabeln sind unter anderem CAT5e und CAT6 weit verbreitet. Beide Kategorien unterstützen unter geeigneten Bedingungen Datentransferraten von 1.000 Mbit/s. CAT6 kann abhängig von Kabellänge, Installation und eingesetzten Netzwerkkomponenten auch für höhere Datenraten geeignet sein. Die ältere Kategorie CAT5 wurde vor allem für Übertragungen bis 100 Mbit/s eingesetzt und ist bei Neuinstallationen nicht mehr die übliche Wahl. Welche Geschwindigkeit tatsächlich erreicht wird, hängt nicht allein vom Kabel ab, sondern ebenso von Netzwerkkarten, Switches, Routern, Leitungslänge, Anschlussqualität und verwendetem Ethernet-Standard.
Bei älteren Ethernet-Netzen mit Hubs oder gemeinsam genutzten Übertragungsmedien teilten sich alle Mitglieder eines Netzwerksegments die verfügbare Bandbreite, wodurch Kollisionen auftreten konnten. In modernen, geswitchten Ethernet-Netzen besitzt jedes Gerät in der Regel eine eigene Vollduplex-Verbindung zum Switch. Kollisionen spielen dort praktisch keine Rolle. Engpässe können dennoch entstehen, wenn mehrere Teilnehmer gleichzeitig dieselbe Uplink-Verbindung, einen Server oder den Internetzugang stark beanspruchen. Beim historischen Token Ring wurde der Zugriff anders geregelt: Ein als Token bezeichnetes Steuerzeichen wanderte von Teilnehmer zu Teilnehmer. Nur das Gerät, das dieses Token besaß, durfte Daten senden. Dadurch wurden Kollisionen vermieden. Bei einer ringförmigen Verkabelung war ein Computer jeweils mit seinen beiden direkten Nachbarn verbunden. Eine Unterbrechung konnte den gesamten Ring beeinträchtigen, sofern keine zusätzlichen Schutzmechanismen vorhanden waren. Token Ring wurde in der Praxis nahezu vollständig durch geswitchtes Ethernet verdrängt und ist für den Aufbau neuer lokaler Netzwerke nicht mehr üblich.
Eine weitere Variante, Geräte zu einem Netzwerk zusammenzuschließen, ist das sogenannte PowerLAN beziehungsweise Powerline, bei dem auf zusätzliche Netzwerkkabel verzichtet wird. Anstatt über separate Kupfer- oder Glasfaserkabel erfolgt die Vernetzung mithilfe spezieller Adapter über vorhandene Stromleitungen. Allerdings kann PowerLAN störungsanfällig sein und andere Funk- oder Elektroanwendungen beeinträchtigen. Die erreichbare Datenrate hängt unter anderem von Leitungsqualität, Entfernung, Stromkreisen und angeschlossenen Elektrogeräten ab. Außerdem verlangt PowerLAN nach einer aktivierten Verschlüsselung und einer sicheren Kopplung der Adapter, da sich Signale unter ungünstigen Bedingungen über den vorgesehenen Bereich hinaus ausbreiten können. Dennoch kann es eine sinnvolle Alternative oder Ergänzung zum Ethernet und WLAN sein, wenn zum Beispiel zwei Etagen miteinander verbunden werden sollen und keine Netzwerkkabel verlegt werden können.
Die Topologie des Netzwerkaufbaus
Mit Topologie ist die Art gemeint, auf die die einzelnen Computer beziehungsweise Komponenten in das Netzwerk eingebunden werden. Dabei haben sich mehrere Grundformen herausgebildet. Eine ist die Ring-Topologie, bei der das Netzwerk in Form eines Rings aufgebaut ist und jeder Computer in der Regel nur mit seinen jeweiligen Nachbarn verbunden ist. Eine weitere gängige Form ist die Stern-Topologie, bei der die jeweiligen Computer sternförmig um einen zentralen Punkt angeordnet sind. Dieser Punkt ist in einem modernen LAN meist ein Switch. Bei der erweiterten Stern-Topologie werden mehrere Stern-Topologien miteinander verbunden. In der Regel erfolgt die Verbindung dabei über die jeweiligen zentralen Netzwerkkomponenten. Eine weitere Grundform ist die Baum-Topologie, bei der Netzwerkknoten hierarchisch miteinander verbunden sind und sich die Struktur in mehrere Zweige aufteilt. Aus der Position eines Geräts innerhalb dieser Topologie ergibt sich jedoch nicht automatisch eine bestimmte Zugriffsberechtigung. Berechtigungen werden durch Betriebssysteme, Anwendungen, Verzeichnisdienste und die jeweilige Netzwerkkonfiguration festgelegt. Weitere Formen sind die Bus-Topologie und die vermaschte Topologie, bei der Knoten über mehrere Wege miteinander verbunden sein können.
In der Praxis lassen sich die Grundformen nicht immer eindeutig voneinander trennen, weshalb häufig Mischformen entstehen. Auch bei LAN-Partys oder sonstigen spontanen Treffen kann ein funktionierendes Netzwerk ohne streng geplante Struktur aufgebaut werden. Die Begriffe Smart Network und Smart Grid bezeichnen hingegen keine beliebige oder ungeordnete Vernetzung. Ein Smart Grid ist insbesondere ein intelligent gesteuertes Energieversorgungsnetz.
Zusammenfassung
Ein Netzwerk dient in erster Linie der Verbindung mehrerer Computer für Kommunikation und Datenaustausch. Es ermöglicht auch die Einbindung anderer Geräte wie Drucker, Sensoren und Server. Netzwerke können lokal oder über größere Entfernungen eingerichtet werden. BAN, PAN, LAN, MAN und WAN beschreiben unterschiedliche räumliche Größenordnungen, während VPN und SAN Netzwerke nach ihrer technischen Funktion einordnen.
Beim Aufbau eines lokalen LAN-Netzwerks werden Computer und andere Geräte meist über Switches miteinander verbunden. Router koppeln unterschiedliche Netze und stellen häufig die Verbindung zum Internet her. Ethernet ist die übliche Technologie für kabelgebundene LANs. Kabelkategorie, Leitungslänge und eingesetzte Komponenten bestimmen gemeinsam, welche Datentransferrate möglich ist. Eine alternative Methode ist PowerLAN, bei dem die Vernetzung über vorhandene Stromleitungen erfolgt.
Die Topologie eines Netzwerks beschreibt, wie die verschiedenen Komponenten miteinander verbunden sind. Gängige Topologien sind Ring-, Stern-, Baum-, Bus- und vermaschte Topologien. Mischformen sind in der Praxis häufig. Die physische oder logische Anordnung der Geräte ist dabei von ihren Zugriffsrechten und den verwendeten Netzwerkprotokollen zu unterscheiden.
Häufige Fragen und Antworten
Ein Netzwerk verbindet mehrere Computer oder andere netzwerkfähige Geräte für Kommunikation und Datenaustausch. Es ermöglicht außerdem den gemeinsamen Zugriff auf Ressourcen wie Drucker, Server, Speicher und Internetverbindungen.
Nach ihrer räumlichen Ausdehnung lassen sich Netzwerke unter anderem als BAN, PAN, LAN, MAN oder WAN einordnen. Daneben gibt es funktionale Bezeichnungen: Ein VPN stellt ein logisch abgegrenztes Netzwerk über eine vorhandene Infrastruktur bereit, während ein SAN dem Zugriff auf Speicherressourcen dient.
Bei einem lokalen Netzwerk werden Computer und andere Geräte meist über einen Switch miteinander verbunden. Ein Router koppelt das LAN mit anderen Netzen und häufig mit dem Internet. Die gebräuchlichste Technologie für kabelgebundene lokale Netzwerke ist Ethernet; drahtlose lokale Netzwerke werden üblicherweise per WLAN aufgebaut.
