Grundlagen der Netzwerktechnik: LAN, WAN und Topologien

Was ist ein Computer-Netzwerk?

Ein Netzwerk besteht aus einer Reihe von miteinander verbundenen Computern, die Daten gemeinsam nutzen und Ressourcen kommunizieren können, unabhängig vom physischen Standort der verschiedenen Geräte. Durch ein Netzwerk von Prozessen kann ein anderer Computer ausgeführt werden oder auf Dateien zugegriffen werden, Nachrichten gesendet und Programme geteilt werden. Die Computer sind in der Regel durch Kabel verbunden. Wenn das Unternehmen jedoch ein großes Gebiet abdeckt, können Verbindungen sogar über Telefonleitungen, Mikrowellen, Glasfaserleitungen und Satelliten hergestellt werden. Jedes aktiv angeschlossene Gerät nennt man einen Knoten.

Aktive Geräte im Netzwerk

Ein aktives Gerät ist eines, das unabhängig in die Kommunikation eingreift, da es ohne Steuerung durch ein anderes Gerät funktioniert. Zum Beispiel sind einige Drucker autonom und können Netzwerkdienste bereitstellen, ohne an einen Computer angeschlossen zu sein, der sie steuert; solche Drucker sind Netzknoten.

Klassifizierung nach Reichweite

Abhängig vom abgedeckten Gebiet werden Netzwerke wie folgt klassifiziert:

• LAN (Local Area Network): Es besteht aus einer Reihe von miteinander verbundenen, eigenständigen Rechnern, die miteinander kommunizieren und Ressourcen teilen können. Sie umfassen ein nicht zu großes Gebiet, wie ein Gebäude oder einen Campus.
• WAN (Wide Area Network): Diese gehören zu größeren Regionen und können sogar mehrere Länder oder LANs umfassen.

Funktionen und Merkmale eines Netzwerks

Es gibt viele Arten von lokalen Netzwerken, die jedoch gemeinsame Merkmale aufweisen:

1. Ein gemeinsames Kommunikationsmittel, über das alle Geräte Informationen, Programme und Ressourcen austauschen können, unabhängig vom physischen Standort der Nutzer oder Geräte. Lokale Netzwerke sind in einem kleinen physischen Bereich wie einem Gebäude oder Campus enthalten.
2. Eine sehr hohe Übertragungsgeschwindigkeit für die Ausstattung, angepasst an die Bedürfnisse der Nutzer. Die Geräte im lokalen Netz können Daten mit maximaler Geschwindigkeit übertragen, wobei die Stationen im Netzwerk in der Regel mit einem MB pro Sekunde kommunizieren können.
3. Eine vergleichsweise kurze Strecke zwischen den Stationen, von wenigen Metern bis zu mehreren Kilometern.
4. Die Möglichkeit der Verwendung von Standard-Verbindungskabeln.
5. Sämtliche Geräte können unabhängig voneinander mit dem Rest kommunizieren, und einige von ihnen können eigenständig arbeiten.
6. Ein zuverlässiges System mit einer sehr geringen Fehlerquote. Lokale Netzwerke haben in der Regel ein eigenes System zur Erfassung und Korrektur von Übertragungsfehlern.

Netzwerktopologien im Überblick

Bus-Topologie

Die Bus-Topologie ist eine einfache Konstruktion, bei der ein einziges Kabel, das als "Bus" bekannt ist, von allen Geräten im Netzwerk geteilt wird. Das Kabel geht durch jeden der Computer und verwendet einen Abschlusswiderstand an jedem der beiden Enden. Die Geräte sind in der Regel mit einem T-Stück an den Bus angeschlossen.

Die Vorteile der linearen Bus-Netze sind ihre Einfachheit und Wirtschaftlichkeit. Die Verkabelung verläuft von einer Station zur nächsten. Ein Nachteil des linearen Busses ist, dass das gesamte Netzwerk ausfällt, wenn das Kabel an einer Stelle unterbrochen wird. Obwohl verschiedene Diagnoseverfahren zur Erkennung und Lösung dieser Probleme existieren, kann es in großen Netzen äußerst schwierig sein, diesen Fehler zu finden.

Stern-Netzwerk

In einem Stern-Netzwerk sind die Knoten über dedizierte Leitungen mit einem zentralen Punkt verbunden, der eine Kreuzung, ein Hub oder ein Switch ist. In einer Stern-Topologie verfügt jede Workstation über eine eigene Leitung, sodass gewöhnlich größere Kabellängen verwendet werden. Die Erkennung von Verkabelungsproblemen in diesem System ist sehr einfach, da jede Arbeitsstation ihr eigenes Kabel hat. Aus dem gleichen Grund ist die Ausfallsicherheit sehr hoch, da ein Kabelproblem nur diesen einen Benutzer betrifft.

Ring-Netzwerk

In einem Ring-Netzwerk bilden die Verbindungsknoten einen geschlossenen Kreis. Der Ring ist unidirektional, sodass Datenpakete den Ring nur in eine Richtung umlaufen. In einem einfachen Ring-LAN betrifft ein Kabelschnitt alle Stationen. Daher wurden Systeme wie der Doppelring oder die Kombination aus Ring- und Stern-Topologie entwickelt. Ein Ethernet-Netzwerk bei Verwendung von Koaxialkabeln folgt physisch und logisch einer linearen Bus-Topologie. Im Gegensatz dazu bleibt bei der Installation von Zweidraht-Kabeln die logische Bus-Topologie erhalten, aber die physische Topologie entspricht einem Stern oder verteilten Stern.

Netzwerkkomponenten: Router, Bridge und Repeater

Router oder Gateway

Ein Gerät, das mit dem Netzwerk verbunden ist und verschiedene Netze miteinander verknüpft. Seine Funktionen sind:

• Anpassung der Informationsstruktur eines Netzes an ein anderes (Datagramme mit unterschiedlichen Größen und Strukturen).
• Übertragung von Informationen von einer Hardware zur anderen (mit unterschiedlichen Geschwindigkeiten und Hardware-Standards).
• Routing von Informationen über die optimale Route.
• Bündelung der Informationen aus unterschiedlichen Routen.

Bridge

Zusammenführen von zwei verschiedenen logischen Segmenten des gleichen physischen Netzwerks. Mit anderen Worten: Es trennt ein Netz in zwei logische Subnetze. Die Verwendung einer Bridge isoliert unnötigen Datenverkehr zwischen den Segmenten und reduziert dadurch Kollisionen.

Repeater

Ein Repeater verstärkt das Signal und ermöglicht so den Einsatz von größeren Kabellängen.