Rechnernetz
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Rechnernetz
35574
14901420
2006-03-22T03:28:02Z
84.130.10.136
/* Token Ring */ typo (Deppenleerzeichen, das gehört echt so)
Ein '''Rechnernetz''' ist ein Zusammenschluss von verschiedenen technischen, primär selbstständigen elektronischen [[System]]en (insbesondere [[Computer]]n, aber auch [[Sensor]]en, [[Aktor]]en, Funktechnologischen Komponenten usw.), der die Kommunikation der einzelnen Systeme untereinander ermöglicht.
Die [[Kommunikation]] erfolgt über verschiedene [[Netzwerkprotokoll|Protokolle]], die mittels des [[OSI-Modell|ISO/OSI-Modells]] strukturiert werden können. Obwohl in der Praxis kein Rechnernetz das ISO/OSI-Modell vollständig abbildet, ist es von entscheidender Bedeutung für das Verständnis von Rechnernetzen, da hierbei aus kleinen grundlegenden Strukturen durch Verknüpfung, größere und komplexere Strukturen gebildet werden. Dabei greifen höhere (komplexere) Protokollschichten auf die Funktionalitäten von einfacheren darunterliegenden Protokollschichten zu.
Ein wichtiges Prinzip dabei ist, dass man den meisten Protokollschichten jeweils (Nutz-)Daten ([[Payload]]) zum Transport übergeben kann. Die Protokollschicht fügt zu diesen Nutzdaten (deren Inhalt sie weitgehend ignoriert) vorne und teilweise hinten weitere Daten an, die für die Abwicklung des Transportes durch die Protokollschicht wichtig sind. Jedoch gibt es auch hiervon Ausnahmen, da einige Protokolle nicht dazu gedacht sind fremde Nutzdaten zu transportieren, sondern ausschließlich als eigenständige Informationssysteme für bestimmte Aufgaben fungieren.
Die allgemein bekannteste Netzstruktur ist das [[Internet]] und die bekanntesten Protokolle sind das [[Transmission Control Protocol|TCP]] und das [[Internet Protocol|IP]] Protokoll, jedoch spielen auch im Internet eine Reihe weiterer Protokolle wichtige Rollen und das Internet selbst ist kein homogenes Netz sondern ist aus einer Vielzahl teils recht unterschiedlich konzipierter Teilnetze aufgebaut, die nur die oberen Protokollschichten gemeinsam haben und die Nutzdatenübertragung auf den unteren Protokollschichten teilweise sehr unterschiedlich handhaben.
Rechnernetze können unter anderem anhand der folgenden Kriterien klassifiziert werden.
* Organisatorische Abdeckung
* Übertragungsweg / Übertragungstechnologie
==Topologien==
[[Bild:Network topology recognize.gif|thumb|Diagramm: Netz Topologie]]
Dies ist eine relativ leicht zu verstehende Eigenschaft die für das Grundverständnis wichtig ist. Unter der Topologie versteht man die Art wie die verschiedenen beteiligten Komponenten (also zumeist Rechner) im Netz durch physische oder logische Leitungswege verbunden sind. Theoretisch könnte man jeden Rechner mit jedem anderen beteiligten Rechner direkt verbinden. Dies ist in der Praxis aber nicht praktikabel. Deshalb bildet man Netze in denen es Verbindungen und Knoten gibt über die man ggf. über mehrere Zwischenpunkte von jedem Bereich des Netzes zu jedem anderen Bereich des Netzes kommen kann.
Es gibt eine Reihe von Grundstereotypen, die so in dieser klaren Form jedoch selten in der Praxis auftreten. Bei der Stern-Topologie gibt es einen zentralen Verteilpunkt, der ggf. alles kontrollieren kann, aber ohne den nichts funktioniert. Bei der Baum-Topologie benutzt man einen ähnlichen Ansatz den man jedoch hierarchisch staffelt. In der Ring-Topologie hat jeder Rechner eine Position in einem Ring und ist nur mit seinen Nachbar verbunden. Das vermaschte Netz ist eine praktische Form in der jeder Rechner mit mehreren Nachbarn verbunden ist und redundante Wege existieren, sodass selbst beim Ausfall einer Leitung das Netz noch über eine andere Leitung verbunden bleibt. In einem Bus greifen alle beteiligten Rechner auf ein gemeinsam und von allen genutztes Medium zu, wodurch es zu Kollisionen darauf kommen kann. Die Zell-Topologie spielt bei Funknetzen mit ihren speziellen Zugriffseigenschaften eine besondere Rolle.
In der Praxis treten fast immer Mischformen dieser Stereotype auf und es gibt noch eine Reihe von Bezeichnungen für bestimmte Spezialformen.
Nähere Details hierzu siehe unter dem Stichwort [[Topologie (Netzwerk)|Topologie Netze]].
==Organisatorische Abdeckung==
Dieses Kriterium wird oft benutzt da es weniger kompliziert erscheint als andere Eigenschaften von Netzen. In der Praxis hat diese Unterscheidung aber nur begrenzte Bedeutung.
*lokale Netze
**[[Body Area Network]] (BAN)
**[[Personal Area Network]] (PAN)
***[[Wireless Personal Area Network]] (WPAN) als Begriff
**[[Local Area Network]] (LAN)
***[[Wireless LAN]] (WLAN) als Begriff
*nicht-lokale Netze
**[[Metropolitan Area Network]] (MAN)
**[[Wide Area Network]] (WAN)
**[[Global Area Network]] (GAN)
**[[Virtual Private Network]] (VPN)
==Übertragungsweg==
===Drahtgebundene Netze===
====Ethernet====
Die verbreitetste Technik bei [[Leitungsgebundene Telekommunikationsverfahren|drahtgebundenen Netzen]] ist das [[Ethernet]], das einem vor allem in lokalen Firmennetzen und Heimnetzen begegnet. Es ist leitungsgebunden und wird heute in den Ausprägungen 10-Base-T, 100-Base-Tx und 1000-Base-Tx benutzt. Dabei bezeichnet die Zahl jeweils die theoretische maximale Übertragungsgeschwindigkeit von 10, 100 oder 1000 [[Megabit|Mbit]] pro Sekunde und '''T''' sagt aus dass es sich um ein gedrilltes Kupferkabel handelt ([[Twisted-Pair-Kabel|Twisted Pair]]). Je nach Geschwindigkeit ist ein Kabel der entsprechenden Qualität nötig, die CAT[Nummer] genannt wird. Für 100 Mbit ist dies z.B. CAT5, bei 1000 Mbit CAT5e, CAT5+ oder CAT6 zu verwenden.
Früher war die Ethernetvariante [[10Base2]] mit koaxialen Kabeln verbreitet, die aber seit dem Jahr 2000 weitgehend ausgestorben ist. Dennoch rührt von dieser Zeit der Name Ethernet, der suggeriert, dass man über einen Art "Äther" funkt. Hintergrund war, dass sich viele Rechner einen gemeinsamen Ethernet-Strang teilten und es so auch zu Störungen bei gleichzeitiger Nutzung kommen konnte (sogenannte Kollisionen). Das "Zugriffsverfahren" nennt sich dabei [[CSMA/CD]] (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection), wobei jeder Rechner erst lauscht ob die Leitung (Carrier) frei ist und wenn ja, dann einfach sendet. Hat er Pech gibt es dennoch eine Kollision, weil noch ein Rechner dasselbe tut. Diese Kollision wird erkannt (Collsion Detection) und beide probieren es zu einem zufälligen Zeitpunkt später erneut.
Zudem musste jeder Rechner, der den Ethernetstrang benutzte, wissen wann er gemeint war. Dazu wurde die sogenannte [[Media Access Control|MAC]] (Media Access Control) Schicht eingeführt, die den gleichzeitigen Zugriff auf dem gemeinsam genutzten Medium regelte. Dabei bekam jeder beteiligte Rechner eine eigene eindeutige MAC Adresse und es gab Verfahren wie sich alle Rechner beim Auftreten einer Kollision zu Verhalten hatten. In der Praxis hat das Ethernet/MAC Protokoll den Vorteil dass es bei geringem Datenverkehr sehr schnell und einfach funktioniert, da jeder sofort losfunken kann. Jedoch treten bei höherem Datenverkehr mehr und mehr Kollisionen im gemeinsam genutzen Netzabschnitt auf, die den Datenverkehr irgendwann ganz zusammen brechen lassen können. In der Praxis funktionierten solche Ethernet Netze deshalb nur mit geringem Datenverkehr gut. Bei hohem Datenverkehr konnten große Verzögerungen entstehen und theoretisch konnte es einem Rechner passieren, dass er zufällig überhaupt niemals kollisionsfrei etwas senden konnte.
Mit dem Aufkommen der Base-T-Varianten und Switchen wurden diese MAC-Verfahren zwar eigentlich wieder unwichtig, da nun wieder jeder Rechner einen eigenen exklusiven Netzbereich hatte, der durch Switche kontrolliert wurde, jedoch blieb die MAC-Schicht erhalten. Dennoch gibt es heute mit Switchen keine Kollisionsprobleme mehr, wodurch die Leitungen effizienter genutzt werden können, jedoch kann es immer noch zu Staus und Überlastungen an den Switchen kommen.
====Token Ring====
Einen anderen Weg der Zugriffskontrolle ging das [[Token Ring|Token-Ring]]-Netz, das 2005 vor allem für Netze mit speziellen Qualitätsanforderungen benutzt wird. Der Vorteil von [[Token Ring|Token-Ring]]-Netzen ist, dass jeder Rechner nach spätestens einer bestimmten Zeit sicherlich etwas senden kann. Dazu wird ein sogenanntes Token (zu deutsch Pfandmünze) in Form eines kleinen Informationspaketes herumgereicht. Wer das Token hat darf eine Weile Nutzdaten senden, hört dann wieder auf und gibt das Token weiter. Die Reihenfolge in der es weitergegeben wird ist genau festgelegt und ringförmig, wodurch man das Token immer wieder bekommt. [[Token Ring|Token-Ring]]-Netze sind oft so aufgebaut, dass jeder Rechner jeweils mit seinen zwei Nachbarn im Ring direkt verbunden ist und diesen entweder das Token weiterreicht oder eine Information übergibt die sich entweder behalten oder weitergeben, je nachdem für wen sie bestimmt ist. Es gibt auch eine Variante die sich [[Token Ring over Ethernet]] nennt. Dabei hängen alle Rechner in einem gemeinsam genutzten Ethernet zusammen, aber geben sich dort jeweils ein Token reihum weiter ([[Token-Passing]]), wodurch Kollisionen vermieden werden und die Leitung besser genutzt wird. Das komplizierte an diesem virtuellen Ring ist, dass ersteinmal geklärt werden muss welche Rechner existieren und welche Reihenfolge die im virtuellen Ring einnehmen. Zudem muss man erkennen wenn neue Rechner hinzukommen oder bestehende im Ring verschwinden.
Wirklich wichtig sind die Eigenschaften von [[Token Ring|Token-Ring]]-Netzen in sicherheitskritischen Netzen, in denen es wichtig ist, präzise zu wissen wie lange es maximal dauert, bis eine Nachricht gesendet werden kann. Dies lässt sich leicht anhand der Anzahl der Rechner, also an der Länge des Rings ermitteln. Solche Netze werden zum Beispiel in der Automobiltechnik und Finanzbranche für kritische Systeme eingesetzt.
Einige weitere Netztypen sind:
*[[ARCNET]]
*[[FDDI]] – Glasfaserkabel
*[[Asynchronous Transfer Mode|ATM]]
Weiteres Zugriffsverfahren:
*[[CSMA/CA]]
===Drahtlose Netze===
Verbreitete Techniken bei [[Leitungslose Telekommunikationsverfahren|drahtlosen Netzen]] sind Handys
====Infrastruktur-Netze====
*[[Mobilfunknetz]]e wie [[Global System for Mobile Communications|GSM]] oder [[UMTS]]
*[[WLAN]]s im Infrastruktur-Modus, das heißt mit Schnittstelle zu einem drahtgebundenen Netz mittels [[Wireless Access Point]]s. Am weitesten verbreitet sind [[WLAN]]s vom Typ [[802.11]]
====spontane Adhoc-Netze (siehe [[Mobiles Ad-hoc-Netz|MANET]])====
*[[WLAN]]s vom Typ [[802.11]] im Ad-hoc-Modus. In diesem Modus kommunizieren die Geräte des Netzes ohne zusätzliche Infrastruktur.
*die mit sehr geringer Reichweite Geräte in unmittelbarer Umgebung verbinden, sog. [[Wireless Personal Area Network]]s (WPAN)
*der Standard [[Bluetooth]] (siehe auch [[Toothing]])
*Netzstrukturen für [[Sensornetz]]e, aktuelles Forschungsgebiet
== Sprachliche Betrachtung von Netz und Netzwerk ==
Das englische ''net'' wird traditionell in der Fischerei verwendet. Außerhalb dieses Bereichs spricht man hingegen von ''network''. Im Deutschen steht ''Netzwerk'' traditionell nur für das Maschenwerk eines Fischernetzes. Außerhalb der Fischerei wird nur ''Netz'' (Stromnetz, nicht -werk; Telefonnetz) verwendet. Dieser Argumentation folgend ist ''Computernetzwerk'' eine [[falsche Freunde|falsche Übersetzung]] aus dem Englischen und ''Rechnernetz'' bzw. ''Computernetz'' der korrekte Begriff (siehe auch * Bastian Sick: ''[http://www.spiegel.de/kultur/zwiebelfisch/0,1518,315833,00.html ZWIEBELFISCH-ABC:Netz/Netzwerk]''. In: Spiegel-Online).
== Literatur ==
* [[Andrew S. Tanenbaum]]: ''Computernetzwerke''. Pearson Studium 2003 ISBN 3827370469
* [[Douglas Comer]]: ''Computernetzwerke und Internets''. Pearson Studium 2001 ISBN 382737023X
* Frank R. Walther: ''Networkers Guide''. Pearson / Markt+Technik 2000/2003 ISBN 3-8272-6502-9
* Martin Ziegler: ''Internetbasierende Datennetzwerke'' / J.Schlembach Fachverlag 2002 ISBN 3-935340-20-6
== Siehe auch ==
* [[OSI-Modell]]
* [[Local Area Network|LAN]]
* [[Wide Area Network|WAN]]
* [[Transmission Control Protocol|TCP]]/[[Internet Protocol|IP]]
* [[Internetworking]]
* [[Netzwerksicherheit]]
* [[VPN]] (Virtuelles Privates Netzwerk)
* [[Feldbus]] (Netzwerke für die Automatisierungstechnik)
* [[LAN-Analyse]]
* [[Peer-to-Peer]]
* [[Client]], [[Server]]
* [[Corporate Network]]
* [[FTTD|Fiber To The Desk]]
== Weblinks ==
{{Commons|Computer network}}
* [http://www.itse-guide.de/kategorie/7 Artikel zum Thema Netzwerk]
* [http://www.multi-online.com Netzwerk von A-Z]
* [http://www.robsite.de/tutorials.php?tut=netzwerk Infos/Tutorials]
* [http://www.netzwerk-community.de Netzwerk-Community – Knowledgebase, Forum,... zur Netzwerktechnik]
[[Kategorie:Computernetzwerk]]
[[ar:شبكة كمبيوتر]]
[[ca:Xarxa inform tica]]
[[cs:Počítačová síť]]
[[da:Datanet]]
[[en:Computer network]]
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Diese Version des Artikels stammt vom 23.03.2006.
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