GRUNDLAGEN DER NETZWERK-TECHNOLOGIE

1. Historisches
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.

2. Was ist ein Netzwerk ?
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.

3. Paketvermittlung - Leitungsvermittlung
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.

4. Reichweite
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

5. Die große Aufgabe: Standardisierung der Kommunikation in einem Netzwerk
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.