Was ist ein Netzwerk
| Dieser Artikel soll die Frage beantworten, was ein Netzwerk eigentlich ist. Dabei wird zwischen Computernetzwerken und sozialen Netzwerken (Social Network) unterschieden. Da in den letzten Jahren WLAN durch mobile Endgeräte immer mehr an Bedeutung gewonnen hat, liegt der Fokus des Kapitels darauf. |
Was ist ein Netzwerk?
Netzwerke sind aus dem täglichen Leben, ob privat oder beruflich nicht mehr wegzudenken. Der Datenaustausch erfolgt fast ausschließlich vernetzt und auch immer mehr Geschäftsabläufe werden online getätigt.
Ein Computernetz ist ein Zusammenschluss von verschiedenen technischen und elektronischen Systemen. Anwendungsgebiete reichen vom Datenaustausch, Kommunikation von NutzerInnen, gemeinsame Nutzung von Hard- und Software bzw. von Anwendungen.
Die Netzwerkfähigkeit ist heute eine Grundanforderung an ein Betriebssystem. Bei den Kommunikationsprotokollen hat sich TCP/IP durchgesetzt, da dieses plattformunabhängig ist. Das bedeutet, dass es auf allen Betriebssystemen (Windows, Linux, MAC-OS, Android,...) gleich behandelt wird.
Im Vergleich dazu ist ein Soziales Netzwerk ein Beziehungsgeflecht zwischen Personen, dass die Interaktion unterstützt. Konkret sind Soziale Netzwerke - im Sinne der Informatik - Netzgemeinschaften.
Der Wert eines Netzes für die TeilnehmerInnen steigt dabei exponentiell durch die TeilnehmerInnenzahl. Dies wird auch "Metcalfe'sches Gesetz" genannt, wobei Metcalfe selbst der Erfinder der Ethernet-LAN-Technologie ist. Die Bedeutung der Informationstechnologie hat durch die steigende NutzerInnenzahl eine Eigendynamik erfahren und den sozialen und wirtschaftlichen Wert von Netzwerken vorangetrieben.
Netzwerk
Unter Netzwerk versteht man eine Gruppe von Computern oder anderen Geräten, die miteinander verbunden sind und die miteinander kommunizieren können.
Hansen und Neumann (2005, S. 1132) definieren ein Rechnernetz als ein räumlich verteiltes System von Datenstationen (Rechnern, Steuereinheiten und peripheren Geräten), die durch Datenübertragungseinrichtungen und -wege miteinander verbunden sind.
Vorteile von Netzwerken
Folgende Vorteile ergeben sich durch die Verwendung eines Netzwerkes:
- rascher Datenaustausch und Datenweitergabe
- zentrale Verwaltung und Sicherung der NetzwerkteilnehmerInnen und -daten
- gemeinsame Nutzung von Ressourcen (Drucker, Internetzugang,...)
- gemeinsame Nutzung von Programmen
- bessere Kontroll- und Überwachungsmöglichkeiten
Nachteile von Netzwerken
- teure Hard- und Software
- MitarbeiterInnen müssen damit umgehen können
- Netzwerke bedingen AdministratorInnen
- schnelle Verbreitung von unerwünschten Daten und Programmen
- Fehler erzeugen mehr Probleme
- AngreiferInnen können Schaden anrichten
Private und öffentliche Netze
Private Netze werden in Unternehmen oder Privathaushalten eingesetzt und befinden sich auch in dessen Besitz. Die Kosten für den Betrieb des Netzes muss von diesen aufgebracht werden.
Öffentliche Netze werden von Netzwerkbetreibern und Internetprovidern betrieben. Sie bilden im Regelfall die Kommunikationsstruktur einer Region.
Router
Ein Router ist eine Netzwerkhardware, die dazu dient, Netzwerkpakete in unterschiedlichen Netzwerken zu transportieren. Im Internet dienen große Router dazu, den Netzwerkverkehr zu lenken. In einem lokalen Netzwerk stellt ein Router oft die Verbindung zum Internet her (er routet zwischen dem internen Netz hinaus in das öffentliche Netz). Die IP-Adresse des Routers wird hierbei bei allen Rechnern im Netzwerk als Gateway eingetragen.
LAN
Das Local Area Network (kurz: LAN) bildet das interne Netzwerk einer Organisationseinheit. Diese erstreckt sich über Räume, Stockwerke, Gebäude oder Gebäudegruppen. Solche LANs sind oft private Netze, die meist durch eine Firewall vom öffentlichen Netz geschützt werden.
Auch wenn hier nicht ausführlicher auf LANs eingegangen wird, so haben diese durch ihre Robustheit (Ausfallssicherheit) einen wesentlichen Vorteil gegenüber funkbasierten Systemen. Die Geschwindigkeit in einem LAN liegt in einer Bandbreite von 10 MBit/s und kann bis zu 1 Gbit/s gehen.
Als Verbindungskabel zu den einzelnen Netzwerkgeräten werden Patch-Kabel (Netzwerkkabel) verwendet. Seit den 1990igern haben sich hier Twisted-Pair Kabel mit RJ45 Stecker etabliert (vgl. Baun 2019, S. 66).
Power over Ethernet (PoE)
Die Stromversorgung des Gerätes erfolgt über das Netzwerkkabel. Dies ist gerade für Geräte wie IP-Kameras oder IP-Telefone praktisch, wenn kein zusätzlicher Stromanschluss benötigt wird. Die Stromeinspeisung kann z. B. über einen Switch erfolgen, welcher PoE unterstützt. (vgl. Baun 2019, S. 71)
WLAN/WiFi
Handelt es sich um eine kabellose Verbindung innerhalb eines LANs, so spricht man hier von einem WLAN (Wireless LAN, als Synonym auch WiFi). Die Übertragungsrate hängt dabei hauptsächlich von der Entfernung und der Zahl der Hindernisse ab.
Die Idee der drahtlosen Datenübertragung gibt es übrigens schon länger als den Sprechfunk. Damals wurden Nachrichten durch drahtlose Telegrafie mit Hilfe des Morsealphabets übertragen.
Durch die kabellose Übertragung lassen sich Zeit und Kosten sparen, insbesonders wenn es unverhältnismäßig viel Aufwand darstellt ein kabelgebundenes Netzwerk einzurichten. So könnte z. B. ein Unternehmen ein nebenstehendes Gebäude anmieten, dass durch eine öffentliche Straße getrennt ist. Hier müsste ein behördliches Genehmigungsverfahren zur Verlegung der Leitung eingeleitet werden. Ebenso ist dies bei älteren Gebäuden eine Alternative, wo die bauliche Struktur eine andere Lösung nicht zulässt. Weiters wäre WLAN als schnell zu realisierende temporäre Lösung denkbar, um z. B. auf Messen Internetzugang zu ermöglichen.
Auch für den Privatgebrauch werden WLANs häufiger eingesetzt als kabelgebundene Netzwerke. Der Grund liegt darin, dass beim Internetzugang immer häufiger Internetrouter mit WLAN verwendet/ausgeliefert werden. Ein Beispiel für einen multifunktionalen Access Point findet sicher in der nächsten Abbildung. Diese verfügen über kabelgebundene Ethernet (= LAN) Anschlüsse und einem integrierten Access Point. Der Vorteil dabei ist, dass kein eigenes Gerät für WLAN angeschafft werden muss.
Quelle: Sauter, 2016, S. 316
Billige, für den Heimbereich ausreichende, WLAN Router (auch Access Points genannt) gibt es zudem schon für ca. 30 Euro. WLAN Router sind in der Regel auch DHCP fähig.
Da heute fast alle mobilen Endgeräte und Laptops mit WLAN ausgestattet sind, lässt sich so sehr einfach eine Internetverbindung bzw. ein Netzwerk herstellen.
Bei WLANs spielt der Sicherheitsaspekt eine wichtige Rolle. So wäre es zwar nicht schwierig, das Signal von Ethernet-Kabeln (=Netzwerkkabeln) abzugreifen, jedoch kann man hier den physischen Zugang sehr leicht kontrollieren. Bei WLAN-Verbindungen hat man keine Kontrolle darüber, wer die Signale empfängt. Somit kann jeder die Informationen entschlüsseln oder im schlimmsten Fall manipuliert weiterleiten.
Um etwa das gleiche Maß an Sicherheit zu gewährleisten, werden die Daten verschlüsselt übertragen. Aktuell stehen hier WPA und WPA2 (WiFi Protected Access) zur Verfügung. Das verhältnismäßig leicht zu entschlüsselnde WEP sollte nicht mehr verwendet werden.
Die Verschlüsselung hat dabei große Ähnlichkeit mit der SSL und TLS Verschlüsselung (vgl. dazu das Kapitel Digitale Signatur und Zertifikate). Der Hauptunterschied liegt darin, dass hier eine gegenseitige Authentifizierung erfolgt, während sich beim Surfen im Internet nur der Webserver beim Browser authentifiziert.
Nach Kersken (2013, S. 210) stellen sich bei einem drahtlosen Netzwerk folgende Fragen:
- Welche maximale Entfernung zwischen zwei Stationen muss überbrückt werden?
- Besteht zwischen den einzelnen Standorten Sichtkontakt, oder befinden sich Wände oder andere Hindernisse zwischen ihnen?
- Soll eine freie Funkfrequenz genutzt werden, oder kann es auch eine lizenzpflichtige sein?
- Sind die vernetzten Geräte selbst stationär oder mobil?
Derzeit ist hauptsächlich 2,4 GHz als Trägerfrequenzen im Einsatz. Gerade in Städten, wo viele Netze gleichzeitig einen Kanal nutzen, war es notwendig eine weitere Frequenz, 5 GHz, einzuführen. Diese Frequenz kann dann im Falle eines großen Bandbreitenbedarfs, wie z. B. bei Videostreaming genutzt werden, da sie noch nicht sehr verbreitet ist.
Die theoretisch erreichbare Maximalgeschwindigkeit beträgt im aktuellsten Standard (802.11ax) bis zu 11 Gbit/s. Unter normalen Bedingungen können hier immerhin 200 bis 400 Mbit/s erzielt werden.
WPS
WPS bedeutet WiFi Protected Setup und ist keine Verschlüsselungstechnik. Es wurde eingeführt, um den NutzerInnen die Eingabe des WPA/WPA2-Passwortes bei der ersten Konfiguration des Endgerätes zu ersparen. Dabei wird der Schlüssel vom Router direkt auf das Endgerät übertragen. Um das WiFi Kompatibilitätslogo zu erhalten, müssen dieses Verfahren Router und Endgeräte unterstützen.
Stromnetz-Powerline
Eigene Leitungen für ein LAN zu installieren ist meist zu teuer. Bei WLAN ist die Reichweite ebenso begrenzt.
Eine kostengünstige Alternative, gerade für den Heimbereich, sind sogenannte Powerline-Adapter. Diese nutzen die bestehende Stromleitung zur Datenübertragung. Somit kann man mehre Stockwerke ohne Probleme überbrücken. Die Adapter erreichen eine theoretische Geschwindigkeit von bis zu 1200 Mbit/s.
Es gibt einen Sender und einen oder mehre Empfänger, die einfach in die Steckdose eingesteckt werden. Bei einem Empfänger kann ebenso WLAN integriert sein.
Literatur
Quellen
Christian Baun, Computer Networks / Computernetze, Springer Vieweg, Frankfurt am Main 2019.
Hansen Hans Robert, Mendling Jan, Neumann Gust, Wirtschaftsinformatik, 11. Aufage, De Gruyter, Wien/München/Bosten 2015.
Hansen Hans Robert, Neumann Gustav, Grundlagen von Rechnernetzen, in: Hans Robert Hansen und Gustav Neumann, Wirtschaftsinformatik 2 - Informationstechnik, 9. Auflage, Stuttgart 2005, S. 559 - 579.
Hörmanseder Rudolf, Computernetzwerke: Grundlagen, 2. Auflage, Trauner Verlag, Linz 2010, S. 40 - 41.
Keller Andres, Breitbandkabel und Zugangsnetze: Technische Grundlagen und Standards, 2. Auflage, Springer, Heidelberg/Dordrecht/London/New York 2011.
Kersken Sascha, IT-Handbuch für Fachinformatiker, 6. Auflage, Galileo Press, Bonn 2013, S. 175 - 214.
Kurose James F., Ross Keith W., Computernetzwerke, 5. Auflage, Pearson, München 2012.
Obermann Kristof, Horneffer Martin, Datennetztechnologien für Next Generation Networks: Ethernet, IP, MLPS und andere, 1. Auflage, Vieweg + Tuebner, Wiesbaden 2009.
Osterhage Wolfgang W., sicher & mobil: Sicherheit in der drahtlosen Kommunikation, Springer, Heidelberg/Dordrecht/London/New York 2010.
Sauter Martin, Grundkurs Mobile Kommunikationssysteme: LTE Advanced, UMTS, HSPA, GSM, GPRS, Wireless LAN, Bluetooth, 6. Auflage, Springer Vieweg, Köln 2015.
Weiterführende Links
Zitiervorschlag
Niederländer/Vielhaber in Höller, Informationsverarbeitung, Was ist ein Netzwerk (mussswiki.idb.edu/ivwiki)