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GRUNDLAGEN DER NETZWERK-TECHNOLOGIE
- Historisches
- Was ist ein Netzwerk ?
- Paketvermittlung - Leitungsvermittlung
- Reichweite
- Die große Aufgabe: Standardisierung der Kommunikation in einem Netzwerk
Wie so viele technische Dinge, die wir tagtäglich in unserem Leben wie selbstverständlich benutzen, hat auch die Netzwerktechnologie ihre Ursprünge in der Militärtechnik. In der Mitte der 60er Jahre war der Betrieb von Computern praktisch den Universitäten und dem Militär vorbehalten. Jeder Computer stand für sich und war im gewissen Sinne ein Unikat.
Schon bald kam, hauptsächlich beim amerikanischen Militär, das Bedürfnis auf, mehrere Computer an unterschiedlichen Standorten miteinander zu verbinden.
1969 wurde das ARPANET (Advanced Research Projects Agency-Net) mit den Computern von vier Forschungseinrichtungen (Stanford Research Institute, University of Utah, University of California, Los Angeles und die University of California, Santa Barbara) in Betrieb genommen. Das besondere am ARPANET war, dass die Verbindung der Computer untereinander nicht direkt, sondern über mehrere Knoten ( Knotenrechner = Router), hergestellt wurde. Sollte einer dieser Knoten ausfallen, konnte trotzdem die Verbindung unter Verwendung eines anderen Knoten aufrecht erhalten werden.
1972 wurde das ARPANET der Öffentlichkeit vorgestellt und löste an Universitäten und in den Forschungseinrichtungen der Technologiekonzerne eine rasante Entwicklungstätigkeit aus. Schon bald schlossen sich viele Netzwerke dem ARPANET an. Eine von Robert E. Kahn und Vinton G. Cerf in der DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) entwickelte Protokollfamilie namens TCP/IP Transmission Control Protocol (Übertragungssteuerungsprotokoll / Internet-Protokoll) bildete hierzu wohl den wichtigsten Beitrag, weil es ermöglichte, nichtheterogene Netze (Netze unterschiedlicher Struktur und Hardware) miteinander zu verbinden. Das Internet war geboren. 1983 wurde der militärische Teil vom ARPANET abgetrennt und in ein eigenständiges Netz (MILNET) überführt. Die Kontrolle über das längst internationale Internet verblieb aber bei der US-Regierung.
Mit dem zunehmenden Einsatz von Personal Computern in Firmen und in den Privathaushalten bekamen E-Mails wohl als erste Internetanwendung Bedeutung für den Normalbürger. Einen noch rasanteren Aufschwung erhielt das Internet durch das World Wide Web.
1989 wurde das WWW von Tim Berners-Lee am CERN (Genf) entwickelt, da einige Teile des CERN-Netzes auf französischen und andere Teile auf schweizerischen Gebieten befanden. Die Teilnetze hatten unterschiedliche Infrastrukturen, die einen Informationsaustausch erschwerten. Um einen einfachen Austausch von Informationen zu ermöglichen, entwickelte Berners-Lee die auf Hypertext beruhende HTML- ( Hypertext Markup Language) Auszeichnungssprache, den ersten Web-Server (= die erste Webpräsenz http://info.cern.ch) und den ersten Browser "WorldWideWeb". Berners-Lee patentierte seine Idee und Entwicklungen nicht und gab sie frei weiter. 1993 gründete Berners-Lee das World Wide Web Consortium ( W3C), das als Gremium über die im WWW verwendeten patentfreien Standards entscheidet.
1990 wurde das Internet für kommerzielle Zwecke freigegeben und löste den Internet-Boom aus. Nach Schätzungen nutzten 2008 über 1,2 Milliarden Menschen das Internet.
Wie so viele technische Dinge, die wir tagtäglich in unserem Leben wie selbstverständlich benutzen, hat auch die Netzwerktechnologie ihre Ursprünge in der Militärtechnik. In der Mitte der 60er Jahre war der Betrieb von Computern praktisch den Universitäten und dem Militär vorbehalten. Jeder Computer stand für sich und war im gewissen Sinne ein Unikat.
Schon bald kam, hauptsächlich beim amerikanischen Militär, das Bedürfnis auf, mehrere Computer an unterschiedlichen Standorten miteinander zu verbinden.
1969 wurde das ARPANET (Advanced Research Projects Agency-Net) mit den Computern von vier Forschungseinrichtungen (Stanford Research Institute, University of Utah, University of California, Los Angeles und die University of California, Santa Barbara) in Betrieb genommen. Das besondere am ARPANET war, dass die Verbindung der Computer untereinander nicht direkt, sondern über mehrere Knoten ( Knotenrechner = Router), hergestellt wurde. Sollte einer dieser Knoten ausfallen, konnte trotzdem die Verbindung unter Verwendung eines anderen Knoten aufrecht erhalten werden.
1972 wurde das ARPANET der Öffentlichkeit vorgestellt und löste an Universitäten und in den Forschungseinrichtungen der Technologiekonzerne eine rasante Entwicklungstätigkeit aus. Schon bald schlossen sich viele Netzwerke dem ARPANET an. Eine von Robert E. Kahn und Vinton G. Cerf in der DARPA (Defense Advanced Research Projects Agency) entwickelte Protokollfamilie namens TCP/IP Transmission Control Protocol (Übertragungssteuerungsprotokoll / Internet-Protokoll) bildete hierzu wohl den wichtigsten Beitrag, weil es ermöglichte, nichtheterogene Netze (Netze unterschiedlicher Struktur und Hardware) miteinander zu verbinden. Das Internet war geboren. 1983 wurde der militärische Teil vom ARPANET abgetrennt und in ein eigenständiges Netz (MILNET) überführt. Die Kontrolle über das längst internationale Internet verblieb aber bei der US-Regierung.
Mit dem zunehmenden Einsatz von Personal Computern in Firmen und in den Privathaushalten bekamen E-Mails wohl als erste Internetanwendung Bedeutung für den Normalbürger. Einen noch rasanteren Aufschwung erhielt das Internet durch das World Wide Web.
1989 wurde das WWW von Tim Berners-Lee am CERN (Genf) entwickelt, da einige Teile des CERN-Netzes auf französischen und andere Teile auf schweizerischen Gebieten befanden. Die Teilnetze hatten unterschiedliche Infrastrukturen, die einen Informationsaustausch erschwerten. Um einen einfachen Austausch von Informationen zu ermöglichen, entwickelte Berners-Lee die auf Hypertext beruhende HTML- ( Hypertext Markup Language) Auszeichnungssprache, den ersten Web-Server (= die erste Webpräsenz http://info.cern.ch) und den ersten Browser "WorldWideWeb". Berners-Lee patentierte seine Idee und Entwicklungen nicht und gab sie frei weiter. 1993 gründete Berners-Lee das World Wide Web Consortium ( W3C), das als Gremium über die im WWW verwendeten patentfreien Standards entscheidet.
1990 wurde das Internet für kommerzielle Zwecke freigegeben und löste den Internet-Boom aus. Nach Schätzungen nutzten 2008 über 1,2 Milliarden Menschen das Internet.
Aufgabe der Netzwerke ist es Computer so miteinander zu verbinden, sodass diese Daten austauschen oder gemeinsam nutzen können. Weiterhin kann über Netzwerke auch kommuniziert werden. Die physische Verbindung zwischen den Computern kann auf vielerlei Weise (Kabel, Glasfaser, Funk) vorgenommen werden. Die Kommunikationsstrukturen werden durch sogenannte Netzwerkprotokolle definiert. Manche sind proprietär (von einem Hersteller / Plattform / Betriebssystem) oder auch, wie die Internet-Protokollfamilie TCP/IP offen und unabhängig.
Aufgabe der Netzwerke ist es Computer so miteinander zu verbinden, sodass diese Daten austauschen oder gemeinsam nutzen können. Weiterhin kann über Netzwerke auch kommuniziert werden. Die physische Verbindung zwischen den Computern kann auf vielerlei Weise (Kabel, Glasfaser, Funk) vorgenommen werden. Die Kommunikationsstrukturen werden durch sogenannte Netzwerkprotokolle definiert. Manche sind proprietär (von einem Hersteller / Plattform / Betriebssystem) oder auch, wie die Internet-Protokollfamilie TCP/IP offen und unabhängig.
In den meisten Netzwerken werden die Informationen paketweise übertragen. Man spricht daher von einem paketvermittelten Netz. In einem paketvermittelten Netz wird jedes Datenpaket mit einer Empfänger und Absenderadresse versehen abgeschickt. Direkt oder über Zwischenstationen findet dann das Datenpaket wie ein Brief bei der Post seinen Bestimmungsort. Im Gegensatz hierzu steht das leitungsvermittelte Netz, z.B. das Telefonnetz. Um bei dem Vergleich mit dem Brief zu bleiben, wird hierbei der Brief wie von einem Kurier individuell und direkt vom Versender zum Empfänger gebracht. Im Telefonnetz wird für eine Verbindung eine Leitung zwischen zwei Gesprächspartnern benötigt. Die Leitung bleibt auch belegt, wenn keine Informationen übertragen wird, also niemand spricht. Ein Netzwerk ist dagegen wie eine Standleitung.
In den meisten Netzwerken werden die Informationen paketweise übertragen. Man spricht daher von einem paketvermittelten Netz. In einem paketvermittelten Netz wird jedes Datenpaket mit einer Empfänger und Absenderadresse versehen abgeschickt. Direkt oder über Zwischenstationen findet dann das Datenpaket wie ein Brief bei der Post seinen Bestimmungsort. Im Gegensatz hierzu steht das leitungsvermittelte Netz, z.B. das Telefonnetz. Um bei dem Vergleich mit dem Brief zu bleiben, wird hierbei der Brief wie von einem Kurier individuell und direkt vom Versender zum Empfänger gebracht. Im Telefonnetz wird für eine Verbindung eine Leitung zwischen zwei Gesprächspartnern benötigt. Die Leitung bleibt auch belegt, wenn keine Informationen übertragen wird, also niemand spricht. Ein Netzwerk ist dagegen wie eine Standleitung.
Grundsätzlich lassen sich die für unsere Zwecke wichtigen Netzwerke anhand deren Reichweite unterscheiden. Das Internet, genannt auch das World Wide Web ist, wie der Name es sagt, weltumspannend.
Das Internet, wie es sich heute darstellt, ist ein Geflecht aus vielen Tausenden von Netzen und Millionen von Hosts. (Eine aktuelle Statistik für Europa findet man beim deutschen Network Information Center (www.nic.de). Diese an das Internet angeschlossenen Rechner sind in der Regel in lokale Netze ( LAN = Local Area Network) eingebunden. Organisatorisch zusammengehörende LANs sind zumeist in regionalen Netzwerkverbunden organisiert, welche wiederum mindestens einen überregionalen Zugang besitzen, den WAN- (Wide Area Network) Anschluss. Das weltumspannende Internet bietet so ein homogenes Erscheinungsbild, obwohl es technisch auf einem heterogenen Konglomerat an Netzwerken aufgebaut ist. Local Area Networks fassen die Computer einer Abteilung, eines Gebäudes oder einer Firma zusammen. Die Computer sind physisch mit Kabeln oder per Funk miteinander verbunden.
Das Personal Area Network (PAN) stellt Verbindungen zu in unmittelbarer Nähe zum Computer befindlichen Komponenten her. Dieses können Drucker, Scanner, Kameras aber auch PDAs oder Mobiltelefone sein.
Grundsätzlich lassen sich die für unsere Zwecke wichtigen Netzwerke anhand deren Reichweite unterscheiden. Das Internet, genannt auch das World Wide Web ist, wie der Name es sagt, weltumspannend.
Das Internet, wie es sich heute darstellt, ist ein Geflecht aus vielen Tausenden von Netzen und Millionen von Hosts. (Eine aktuelle Statistik für Europa findet man beim deutschen Network Information Center (www.nic.de). Diese an das Internet angeschlossenen Rechner sind in der Regel in lokale Netze ( LAN = Local Area Network) eingebunden. Organisatorisch zusammengehörende LANs sind zumeist in regionalen Netzwerkverbunden organisiert, welche wiederum mindestens einen überregionalen Zugang besitzen, den WAN- (Wide Area Network) Anschluss. Das weltumspannende Internet bietet so ein homogenes Erscheinungsbild, obwohl es technisch auf einem heterogenen Konglomerat an Netzwerken aufgebaut ist. Local Area Networks fassen die Computer einer Abteilung, eines Gebäudes oder einer Firma zusammen. Die Computer sind physisch mit Kabeln oder per Funk miteinander verbunden.
Das Personal Area Network (PAN) stellt Verbindungen zu in unmittelbarer Nähe zum Computer befindlichen Komponenten her. Dieses können Drucker, Scanner, Kameras aber auch PDAs oder Mobiltelefone sein.
| Bereich | System | Medium Kabeltyp | Datenrate theoretisch | Datenrate in Praxis (ca.) | Frequenzbereich | Reichweite | Bemerkungen |
|---|---|---|---|---|---|---|---|
| GAN Global Area Network | (A)DSL | Draht | 300-16000Mb/s | 25Mb/s | max. 5km | Asymetrische Kommunikation: Upload-Geschwindigkeit meist geringer (ca. 1/10) | |
| ADSL 2 | Draht | 16Mb/s | max 8km | ||||
| VDSL | Glasfaser u. Draht | ||||||
| SDSL | Draht | 8Mb/s Duplex | max 2,5km | Zugang zu festversch. Netzen (ISDN) | |||
| WAN Wide Area Network |
WiMAX | Mikrowelle | 108Mb/s (28MHz) | 2-11GHz | max 50km | IEEE 802.16 | |
| ISDN | Draht | 64kb/s | 60kb/s | ||||
| Analog Telefon | Draht 56k-Modem | 53kb/s | 38kb/s | ||||
| MAN Metropolitan Area Network |
SkyDSL | Satelliten-Downlink | 4 - 8Mb/s | Upload-/Rückkanal meist ISDN/DSL | |||
| UMTS | Drahtlos | 2Mb/s | z.Z. 384kb/s | Sichtweite | |||
| GRPS | Drahtlos | 171,2kb/s | z.Z. 53,6kb/s | Sichtweite | 8 gebündelte GMS-Kanäle | ||
| LAN Local Area Network |
Ethernet 10Base | Koaxialkabel | 10Mb/s | 3Mb/s | 100 - 500m | Ein Ethernet-Netzwerk sollte nur zu 30% | |
| Ethernet 100Base | Twistet Pair (Cat5)/GF | 100Mb/s | 30Mb/s | 100m/2000m | belastet werden. Im P2P-Betrieb sind höhere | ||
| Ethernet 1000Base | Twisted Pair (>CAT5e)/GF | 1000MB/s | 300Mb/s | 100m/2000m | Netto-Datentransferraten möglich. | ||
| Powerline (PLC) | Stromnetz | Homeplug: 14Mb/s HomeplugAV: 100Mb/s |
200m | ||||
| WLAN Wireless Local Area Network |
WLAN 802.11a | Drahtlos | 6-54Mb/s | 35Mb/s | 5GHz | 10-25m | nur indoor, reduzierte Sendeleistung, Dämpfung (wg. hoher Frequenz) |
| WLAN 802.11b (Wi-Fi) | Drahtlos | 11Mb/s | 2,5-5Mb/s | 2,4GHz | 10-300m | auch outdoor, Richtantennen möglich | |
| WLAN 802.11g | Drahtlos | 54Mb/s | 35Mb/s | 2,4GHz | 20-300m | kompatibel zu 802.11b | |
| WLAN 802.11h | drahtlos | 54Mb/s | 35Mb/s | 5GHz | 10-70m | Ergänzung zu 802.11a für EU. Erhöhte Sendeleistung. TP, DFS |
|
| WLAN 802.11n | Drahtlos | 540Mb/s | 5GHz | 10-70m | Multiple Input Miltiple Output (MIMO) | ||
| PAN Personal Area Network |
USB 1 / 1.1 | Kabel | 1,5Mb/s / 12Mb/s | 640kB/s / 8Mb/s | 5m | ||
| USB 2 | Kabel | 480Mb/s | z.Z.: 30Mb/s | 5m | |||
| IEEE1394a | Kabel | 100, 200, 400Mb/s | 100, 200, 400Mb/s | 4,5m | |||
| IEEE1394b | div. Kabel / Glasfaser(GF) | 800Mb/s | 800Mb/s | bis 100m | |||
| Bluetooth | Drahtlos | Vers.1: 732,2kb/s Vers.2: bis 2,2Mb/s |
Asym: 732,2 / 57,6kb/s Sym: 2x433,9kb/s |
2,4GHz | 10-100m | störanfällig gegen WLAN, DECT-Telefone, Mikrowellen, Radar | |
| IrDa | Infrarot | 9,6-115kb/s (SIR) bis 16Mb/s (VFIR) |
1m |
Der Begriff "Netzwerk" umfasst eine eine Unmenge an Aspekten einer sehr komplexen Technologie. Es beginnt mit dem Anwendungsprogramm, dessen aktives Fenster wir auf unserem Computer-, TV-, Blueberry- oder Mobiltelefon Bildschirm sehen. Es geht weiter mit der Software, die die gewünschten Informationen an die spezifische Hardware des Gerätes weiterleitet (Treiber) und dem Hardwareaspekt des Verbindungaufbaus über das Übertragungsmedium.
So unterschiedlich auch die Geräte, die an ein Netzwerk angeschlossen werden sollen und auch so unterschiedlich die Aufgaben, die diese Geräte zu erfüllen haben, müssen sie sich letztendlich an die gleichen Regeln halten. Protokolle regeln die Kommunikation in Netzwerken. Sicherheitsaspekte spielen natürlich bei der Kommunikation unter Computer eine außerordentlich große Rolle. Die Sicherheit umfasst einmal, dass die Daten korrekt übertragen werden. Zudem muss natürlich auch der Zugriff auf die Daten geregelt werden. Auch dieses und vieles andere wird über Netzwerkprotokolle geregelt. Um die unterschiedlichsten Netzwerkprotokolle beschreiben zu können, hat die Standardisierungsorganisation ISO Anfang der 80er Jahre das OSI-Schichtenmodell (Open System Interconnect) entworfen. Das Modell besteht aus sieben Schichten (Layern), die jeweils einen Aspekt der Netzwerkkommunikation beschreiben. Die unterste Schicht 1 (Physical) z.B. beschreibt wie die Daten physikalisch übertragen werden. Pegel, Kabel, Modulation werden für jeden Netzwerktyp festgelegt. Die oberste Schicht 7 (Anwendungsschicht) erlaubt den Zugriff von Prozessen des Anwendungsprogramms. Eine Vereinfachung des OSI-Referenzmodells bildet das TCP/IP-Referenzmodell, an dessen Beispiel hier die wichtigsten Netzwerkprotokolle erklärt werden sollen.
Quellen: Eine Zusammenfassung aus Wikipedia, InfoTip, Microsoft, AVM u.a. Herstellerinformationen