Flagge
Technikseite
IP
Hinweis: Die Webseite hat einen Desktop-PC erkannt.

GRUNDLAGEN DER NETZWERK-TECHNOLOGIE

  1. Historisches
  2. 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, nichtheterogen e 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.
  3. Was ist ein Netzwerk ?
  4. 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.
  5. Paketvermittlung - Leitungsvermittlung
  6. 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.
  7. Reichweite
  8. 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
  9. Die große Aufgabe: Standardisierung der Kommunikation in einem Netzwerk
  10. 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