Die Grundlagen der Netzwerktechnik und Telekommunikation

Inhaltsverzeichnis

1. Was ist ein Netzwerk?
2. Übertragungstechnik: Datenübermittlung in Netzwerken
3. Zur Verwaltung und Organisation von Netzwerken
4. Vorteile der Netzwerktechnik
5. LAN, WAN, GAN und weitere Netzwerk-Typen
6. Netzwerk-Arten im Einsatz
7. Datenübertragung im Netzwerk
8. Was sind Netzwerk-Adressen?
9. Der Schlüssel zum Erfolg: Netzwerke für die Industrie 4.0

Was ist ein Netzwerk?

Ein Netzwerk entsteht, sobald mindestens zwei Computersysteme physisch und logisch miteinander verbunden werden. Es handelt sich also um einen Zusammenschluss von Computern und weiteren netzwerkfähigen Geräten. Durch die Vernetzung über ein Kabel oder WLAN können die einzelnen Geräte-Komponenten miteinander kommunizieren. Ziel ist es, Ressourcen wie Server, Speicher, Programme, Dateien, Datenbanken oder Drucker gemeinsam zu nutzen.

Mittlerweile sind digitale Netzwerke zu einem festen Bestandteil des Alltags geworden – im Idealfall funktioniert die Vernetzung unauffällig und störungsfrei  Aber: Die Erwartungen an die Datenübertragungstechnik wächst mit jeder technologischen Innovation. Steigende User-Zahlen beanspruchen mehr und mehr das (genutzte) Netzwerk. In Folge steigt die Inanspruchnahme der einzelnen System-Komponenten, wie etwa der Verbindungsmodule, Patchpanels, Netzwerksteckverbinder und Patchkabel.

Gut zu wissen: Auch intelligente Anwendungen wie die smarte Steuerung im Sinne der Gebäudeautomation können Teil eines Netzwerks sein.

Übertragungstechnik: Datenübermittlung in Netzwerken

Moderne Netzwerke basieren großteils auf dem Prinzip der Paketvermittlung (Packet Switched). Kleine Dateneinheiten (Pakete) werden durch das Netzwerk geroutet. Aufgrund der Verwendung von Paketen bei der Kommunikation, können viele User den gleichen Datenpfad im Netz zeitgleich nutzen.

Netzwerktechnik: In der Nähe von Datennetzwerken befinden sich (in der Regel) Kabel, Stecker und Antennen. Entsprechend dem Unternehmen, Umfeld und Anwendungsbereich, ist die Netzwerktechnik auf unterschiedlichen Entwicklungsstufen. Standards im Bereich dieser Technik unterstützen den Aufbau und die Integration von neuen Netzwerken in bestehende Systeme: genormte Steckverbinder, Patchkabel (Cat.3, Cat.5 oder Cat.6), Einbaubuchsen (zum BeispielRJ45-Standard), Modularstecker, Patchpanel oder Tragschienen-Verteiler ermöglichen eine herstellerübergreifende Kombination verschiedener Geräteeinheiten.

Zur Verwaltung und Organisation von Netzwerken

Es gibt verschiedene Optionen im Bereich Hard- und Software, um die Daten, Benutzer und Zugriffsrechte der Netzwerkgeräte zu verwalten und zu organisieren. Zudem gewinnen Fernzugriffe auf Netzwerke über verschlüsselte Verbindungen zunehmend an Bedeutung. Ein Beispiel hierfür ist Smarthome. Im beruflichen Kontext ermöglichen Internet-Anwendungen das Arbeitsmodell Homeoffice. Dabei greifen Arbeitnehmer von zu Hause aus unter Verwendung von stationären Computern oder Mobilgeräten wie Laptops und Smartphones auf den Unternehmensserver zu.

Was es braucht, damit internetfähige Geräte kommunizieren können: eine sogenannte IP-Adresse. Dabei handelt es sich eine konkrete Zahlenfolge, die einem Nutzergerät zugeordnet ist. Sie identifiziert einerseits den Absender bzw. den Server, von dem aus Daten geschickt werden und sichert andererseits die Datenübertragung an den richtigen Empfänger.

Vorteile der Netzwerktechnik

Im Gegensatz zu unvernetzten Computern können Nutzer von Netzwerktechnik …

• auf gemeinsame Datenbestände zugreifen.
• verfügbare Ressourcen zeitgleich nutzen.
• Rechenleistung und Speicherkapazität teilen.
• Programme und Daten zentral steuern.
• Berechtigungen und Zuständigkeiten bestimmen.
• Datenschutz und Datensicherheit implementieren.

Fazit: Immer wenn es Sinn macht, Daten auszutauschen und Ressourcen zu teilen, empfiehlt sich das Vernetzen mehrerer Computer.

LAN, WAN, GAN und weitere Netzwerk-Typen

Netzwerktechniken unterscheiden sich vor allem hinsichtlich ihrer Reichweite und geografischen Ausdehnung. Das erklärt, warum durchaus auch von Netzwerk-Dimensionen die Rede ist, welche auf den folgenden Netzwerktechniken basieren:

Netzwerk-Arten im Einsatz

In welchen Fällen nutzen wir zum Vernetzen …

• ein LAN? Wenn es darum geht, gemeinsame Ressourcen wie Internetzugang, Programme, Speicherkapazität oder Drucker zu nutzen.
• ein WAN? Um im Sinne von Datenverarbeitung und Informationsaustausch die Dienste anderer zu nutzen bzw. um die eigenen Dienste anderen anbieten zu können.
• ein GAN? Wenn die Teilnahme an weltweit verfügbaren Kommunikationsanwendungen wie Internet, Telefonie oder E-Mail ermöglicht werden soll.

Exkurs: Protokolle und Schichtenmodelle in der Netzwerktechnik

Für den Kommunikationsablauf zwischen den beteiligten Systemen sind die sogenannten Netzwerk-Protokolle entscheidend. Diese legen bestimmte Systemregeln fest: Wie wird die Kommunikation aufgebaut? Wie und über welche Technologie tauschen sich die Systeme aus? Wie wird die Kommunikation beendet? Neben Informationen und Daten werden auch Protokoll-Informationen ausgetauscht und beim Empfänger verarbeitet.

In der Regel gibt es mehrere Netzwerk-Protokolle, die jeweils Teilaufgaben der Kommunikation regeln und im Schichtenmodell einer bestimmten Software-Schicht zugeordnet sind. In den unterschiedlichen Schichtenmodellen variiert die Anzahl der Schichten und demnach die Aufgabendichte. Denn: Jede programmierte Schicht hat eine spezielle Aufgabe und löst damit ein Kommunikationsproblem.

Wichtig: Damit das Netzwerk funktioniert und mehrere Teilnehmer diverse Anwendungen gleichzeitig nutzen können, müssen Sender und Empfänger mit demselben Schichtenmodell arbeiten. Die bekanntesten Beispiele sind das DoD-Schichtenmodell und das ISO/OSI-7-Schichtenmodell.

Datenübertragung im Netzwerk

Die Kommunikation und damit die Datenübertragung im Netzwerk erfolgt verbindungsorientiert oder verbindungslos:

• verbindungsorientiert: Der Datenaustausch verlangt nach einer logischen Verbindung zwischen den Kommunikationspartnern. Diese bleibt während der Datenübertragung aufrecht und wird erst mit dem Verbindungsabbau beendet.
• verbindungslos: Es besteht keine logische und damit dauerhafte Verbindung. Vielmehr handelt es sich um eine Übertragung kleiner Dateneinheiten, die von den meisten Protokollschichten als abgeschlossener Vorgang behandelt wird.

Bei der verbindungslosen Übertragung ist allgemein von Datenpaketen oder auch nur von Paketen die Rede. Je nach Technik bzw. Kommunikationsanlass sind außerdem folgende Begriffe geläufig, die Übertragungseinheiten betreffen:

• Anwendung: Nachricht oder Message
• Transport: Segment
• Vermittlung: Datagramm
• Sicherung: Rahmen oder Frame
• Bitübertragung: Bitfolge oder Bitstream

Was sind Netzwerk-Adressen?

Um Sender und Empfänger eines Datenpakets oder einer Nachricht innerhalb eines Netzwerks zu identifizieren, wird mit speziellen Netzwerk-Adressen gearbeitet. Diese unterscheiden sich hinsichtlich ihrer Funktion, Anwendung und Protokoll-Schicht, sprich: Für die Kommunikation greift jede Schicht auf eigene Netzwerk-Adressen zurück:

• Anwendung: URL, Domain, Mailadresse etc.
• Transport: Port
• Vermittlung: IPv4-Adresse, IPv6-Adresse
• Netzzugang: MAC-Adresse (IEEE)

Interessant: Als Internet-Adressen werden Netzwerk-Adressen bezeichnet, die im Internet Verwendung finden. Häufig fällt in diesem Zusammenhang der Begriff URL (Uniform Resource Locator). Dabei handelt es sich allerdings nicht direkt um eine Adresse, sondern um eine standardisierte Weise, gewünschte Website-Inhalte eindeutig aufzurufen.

Der Schlüssel zum Erfolg: Netzwerke für die Industrie 4.0

Um die Industrie 4.0 und das Internet der Dinge (IoT) mit deren zahlreichen Applikationsmöglichkeiten (zum Beispiel Smart Factories oder Automotive) umzusetzen, sind leistungsstarke Netzwerke notwendig. Denn: Durch die steigende Anzahl an Apps, Peripheriegeräten und Daten nimmt die Belastung der Netzwerke zu. Darum sollten Unternehmen auf die kontinuierliche Weiterentwicklung und den Ausbau ihrer jeweiligen Netzwerke achten.

Entwicklung neuer Netzwerktypen

Um digitale Technik entsprechend den neuen Standards integrieren zu können, braucht es agile, effiziente und leistungsstarke Netzwerke. Sie müssen sich flexibel den Bedürfnissen der Betriebe anpassen und sicher sowie zuverlässig sein.

Durch neue Technologien wird auch die zunehmende Vernetzung verschiedenster Objekte und die Automatisierung beziehungsweise Regulierung unterschiedlicher Prozesse möglich. Benötigt werden leistungseffiziente Netzwerke, die Performance-Schwankungen und Systemausfälle minimieren.

Ein Beispiel ist eine SD-WAN-Architektur: Unternehmen nutzen oder kombinieren verschiedenartige Übertragungstechniken (zum Beispiel MPLS, LTE und Breitband-Internetdienste) für das sichere und effektive Teilen von Daten.

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