Ein Computernetzwerk ist eine Sammlung von Hardware und Software, die es Computern ermöglicht, miteinander zu kommunizieren und Daten sowie Ressourcen wie Drucker und Internetverbindungen gemeinsam zu nutzen.
Informationen fließen durch diese Netzwerke, sodass Netzwerkbenutzer Dokumente und Daten miteinander austauschen, auf demselben Drucker drucken und in der Regel alle mit dem Netzwerk verbundenen Hardware oder Software gemeinsam nutzen können. Ein Knoten ist ein Computer, Drucker oder ein anderes Peripheriegerät, das mit dem Netzwerk verbunden ist. Ein Netzwerk kann Dutzende, Tausende oder sogar Millionen von Knoten haben.
Bei diesem Netzwerk kann es sich um ein lokales Netzwerk (Local Area Network, LAN) handeln, das einen begrenzten Bereich abdeckt, z. B. ein einzelnes Gebäude, oder um ein breiteres Netzwerk (Wide Area Network/WAN), das ein größeres geografisches Gebiet abdeckt.
Die Nutzung von Computernetzwerken hat viele Vorteile, darunter die Verbesserung der Arbeitseffizienz durch einen schnellen und einfachen Zugriff auf Daten und Ressourcen. Computernetzwerke ermöglichen auch eine bessere Kommunikation zwischen Benutzern an verschiedenen Standorten, unterstützen die Zusammenarbeit im Team und senken die Betriebskosten durch eine effizientere Nutzung von Ressourcen. Darüber hinaus ermöglicht das Netzwerk die Zentralisierung von Daten, verbessert die Datensicherheit und unterstützt die automatische Datensicherung, was für Unternehmen und Organisationen von entscheidender Bedeutung ist.
Hauptkomponenten von Computernetzwerken
Knoten
Knoten sind grundlegende Komponenten in einem Computernetzwerk, die als Verbindungspunkt zwischen anderen Geräten dienen. Bei jedem Knoten kann es sich um einen Computer, Drucker, Server oder ein anderes Gerät handeln, das mit dem Netzwerk verbunden ist. Knoten fungieren als Sender und Empfänger von Daten und ermöglichen es Informationen, sich durch das Netzwerk zu bewegen.
Knotenrollen:
- Datensender: Ein Knoten kann Daten an andere Knoten im Netzwerk senden.
- Datenempfänger: Knoten können auch Daten von anderen Knoten empfangen.
- Data Flow Organizer: Knoten helfen dabei, den Datenfluss innerhalb des Netzwerks zu organisieren und sicherzustellen, dass die Daten ihr Ziel effektiv erreichen.
Verkabelung
Die am häufigsten verwendeten Arten von Netzwerkkabeln sind Twisted-pair und Thin Coax.
Twisted-Pair (10BaseT):
- Ein Twisted-Pair-Kabel besteht aus 8 Adern, die in zwei Paaren verdrillter Drähte verbunden sind. Diese Kabel sind relativ kostengünstig und einfach zu installieren.
- Vorteile: Preiswert, flexibel und ideal für kurze Strecken.
- Nachteile: Twisted-Pair-Kabel haben im Vergleich zu anderen Kabeln eine geringere Datenübertragungsgeschwindigkeit.
Thin Coax (10Base2):
- Dünne Koaxialkabel bestehen aus Kupfer und haben einen größeren Durchmesser als Twisted-Pair-Kabel. Dieses Kabel wird häufig verwendet, um den Videorecorder an das Fernsehgerät anzuschließen.
- Vorteile: Kann für längere Strecken verwendet werden und hat eine höhere Datenübertragungsgeschwindigkeit.
- Nachteile: Teurer und schwieriger zu installieren als Twisted-Pair-Kabel.
Netzwerkkarte (NIC)
Eine Netzwerkkarte ist ein Stück Hardware, mit dem ein Computer eine Verbindung zu einem Netzwerk herstellen kann. Die Netzwerkkarte dient als Verbindung zwischen dem Computer und dem Netzwerk und wandelt die Daten, die über das Netzwerk übertragen werden, in elektronische Signale um, die von anderen Netzwerkgeräten verstanden werden können.
Es gibt zwei Arten von Netzwerkkarten:
- Kabel-Netzwerkkarten, die eine physische Verbindung über ein Ethernet-Kabel verwenden
- Eine drahtlose Netzwerkkarte, die Funkwellen verwendet, um eine Verbindung zu einem Wi-Fi-Netzwerk herzustellen.
Nabe
Ein Hub ist ein Gerät, das verwendet wird, um mehrere Computer in einem einzigen Netzwerk zusammenzufassen. Der Hub ermöglicht es mehreren Computern, Ressourcen gemeinsam zu nutzen und miteinander zu kommunizieren.
Arten von Naben:
- Hub Ethernet Standard (10Mbps): Wird für Standard-Ethernet-Netzwerke mit einer Geschwindigkeit von 10 Mbit/s verwendet.
- Hub Fast Ethernet (100Mbps): Wird für Fast-Ethernet-Netzwerke mit einer Geschwindigkeit von 100 Mbit/s verwendet.
Der Hub ermöglicht es Benutzern, größere Netzwerke mit Dutzenden, Hunderten oder sogar Tausenden von Knoten aufzubauen.
Schalter
Ein Switch ist ein Netzwerkgerät, das mehrere Computer in einem lokalen Netzwerk (LAN) verbindet und intelligenter arbeitet als ein Hub. Der Switch empfängt die von einem Gerät gesendeten Daten und leitet sie nur an das Zielgerät weiter, wodurch das Risiko von Kollisionen verringert und die Netzwerkeffizienz verbessert wird.
Switches ermöglichen eine effizientere und effektivere Datenübertragung sowie eine verbesserte Netzwerkgeschwindigkeit und -sicherheit.
Arten von Schaltern
1. Switch Ethernet (Layer 2):
Ethernet-Switches arbeiten auf der Sicherungsschicht (Layer 2) des OSI-Modells. Sie können Daten basierend auf MAC-Adressen (Media Access Control) filtern und weiterleiten.
Vorteile: Verbessert die Netzwerkgeschwindigkeit und -effizienz durch Reduzierung von Konflikten und Unterbrechungen.
Nachteile: Die oberste Schicht (Layer 3 und Top) kann nicht gefiltert werden, so dass nicht zwischen verschiedenen Datenpaketen unterschieden werden kann.
2. Switch Router (Layer 3):
Switch-Router arbeiten auf der Netzwerkschicht (Layer 3) des OSI-Modells. Sie können Daten basierend auf IP-Adressen filtern und weiterleiten.
Vorteile: Kann die oberste Schicht filtern, so dass Benutzer zwischen verschiedenen Datenpaketen unterscheiden können.
Nachteile: Komplexer und teurer als Ethernet-Switches, daher sind tiefere Kenntnisse in der Vernetzung erforderlich.
3. Switch Gigabit Ethernet (1000BaseT):
Gigabit-Ethernet-Switches arbeiten mit einer Geschwindigkeit von 1000 Mbit/s, was schneller ist als Standard-Ethernet-Switches.
Vorteile: Erhöht die Netzwerkgeschwindigkeit auf bis zu 1000 Mbit/s, ideal für Anwendungen, die hohe Geschwindigkeiten erfordern, wie z. B. Desktop- und Multimedia-Videos.
Nachteile: Teurer als Standard-Ethernet-Switches und erfordern spezielle Geräte, um sie anzuschließen.
4. Switch Fiber Optic (1000BaseSX/LX):
Glasfaser-Switches arbeiten mit einer Geschwindigkeit von 1000 Mbit/s unter Verwendung von Glasfasertechnologie.
Vorteile: Erhöht die Netzwerkgeschwindigkeit auf bis zu 1000 Mbit/s und bietet eine höhere Sicherheit, da keine Kupferkabel verwendet werden.
Nachteile: Teurer als Standard-Ethernet-Switches und erfordern spezielle Geräte, um sie anzuschließen.
Arten von Netzwerktopologien
Die Netzwerktopologie ist die physische oder logische Form eines Computernetzwerks. Diese Topologie beschreibt, wie Geräte in einem Netzwerk miteinander verbunden sind. Die Wahl der richtigen Topologie ist von entscheidender Bedeutung, da sie sich auf die Leistung, Zuverlässigkeit und Kosten des Netzwerks auswirkt.
Im Folgenden finden Sie einige häufig verwendete Typen von Netzwerktopologien:
1. Bus-Topologie
Die Bustopologie ist eine der einfachsten Arten der Netzwerktopologie. In einer Bustopologie sind alle Netzwerkgeräte mit einem Hauptkabel verbunden, das als “backbone” bezeichnet wird. Dieses Kabel dient als Hauptpfad für die Datenübertragung von einem Gerät zum anderen. Jedes Gerät hat nur eine Verbindung zum Hauptkabel und keine direkte Verbindung mit anderen Geräten.
Vorteile: Einfach zu installieren und billig.
Nachteile: Wenn das Hauptkabel reißt, wird das gesamte Netzwerk unterbrochen.
2. Stern-Topologie
Die Sterntopologie ist der am häufigsten verwendete Typ der Netzwerktopologie. In einer Sterntopologie ist jedes Gerät mit einem Zentrum verbunden, das als “switch” oder “hub” bezeichnet wird. Jedes Gerät verfügt über eine direkte Verbindung mit der Hub-Zentrale, und die Daten werden vom Gerät an die Hub-Zentrale und dann an die anderen Geräte gesendet.
Vorteile: Einfach zu verwalten, wenn es ein problematisches Gerät gibt, wird es nicht das gesamte Netzwerk beeinträchtigen.
Nachteile: Wenn der Hub oder Switch beschädigt wird, wird das gesamte Netzwerk gestört.
3. Ring-Topologie
Die Ringtopologie ist eine Art von Netzwerktopologie, die komplexer ist als die Bustopologie. In einer Ringtopologie ist jedes Gerät in einer Kette mit dem anderen verbunden, wodurch ein Kreis gebildet wird. Daten werden von einem Gerät zum anderen in eine bestimmte Richtung übertragen, und jedes Gerät kann Daten nur in einer Schleife an das nächste Gerät übertragen.
Vorteile: Daten können in beide Richtungen fließen.
Nachteile: Wenn ein einzelnes Gerät beschädigt wird, kann das gesamte Netzwerk gestört werden.
4. Mesh-Topologie
Die Mesh-Topologie ist die komplexeste und ausfallsicherste Art der Netzwerk-Topologie. In einer Mesh-Topologie ist jedes Gerät direkt mit jedem anderen Gerät verbunden. Daten können über mehrere Pfade übertragen werden, so dass die Daten auch dann noch über den anderen verschoben werden können, wenn ein Pfad beschädigt ist.
Vorteile: Sehr zuverlässig, da es viele alternative Wege für Daten gibt.
Nachteile: Erfordert viele Kabel und Geräte, was es sehr teuer macht.
5. Baum-Topologie
Eine Kombination aus Bus- und Sterntopologien. Es verfügt über ein zentrales Gerät, das sich in hierarchischer Form mit anderen Geräten verbindet, ähnlich wie Äste.
Vorteile: Klare Hierarchie, einfach zu verwalten.
Nachteile: Werden die Wurzeln beschädigt, werden alle Äste darunter gestört.
6. Hybrid-Topologie
Eine Hybridtopologie ist eine Kombination aus zwei oder mehr grundlegenden Netzwerktopologien, z. B. Bus, Ring, Stern und Netz. Der Zweck dieser Topologie besteht darin, die Vorteile verschiedener Topologien zu kombinieren und gleichzeitig die Nachteile der einzelnen Topologien zu reduzieren. In der Regel werden hybride Topologien in großen Netzwerken verwendet, die Flexibilität und Skalierbarkeit erfordern.
Vorteile: Flexibel und kann an die Bedürfnisse des Netzwerks angepasst werden.
Nachteile: Komplexität bei der Einrichtung und Verwaltung.
Ethernet-Technologie
Ethernet ist eine Netzwerktechnologie, die verwendet wird, um Geräte in einem lokalen Netzwerk (LAN) zu verbinden. Ethernet ist für seine Stabilität und Benutzerfreundlichkeit bekannt und hat sich zum Industriestandard für kabelgebundene Netzwerke entwickelt. Diese Technologie regelt, wie Daten über Leitungen gesendet und empfangen werden und wie Geräte im Netzwerk miteinander kommunizieren.
Arten von Ethernet
1. Ethernet Standard (10Mbps):
- Die Geschwindigkeit beträgt 10 Mbit/s, schnell genug für die meisten Netzwerkaufgaben.
- Ideal für kleine Netzwerke und Anwendungen, die keine hohen Geschwindigkeiten erfordern.
2. Fast Ethernet (100Mbps):
- Geschwindigkeit von 100 Mbit/s, schneller als Standard-Ethernet.
- Ideal für Netzwerke, die hohe Geschwindigkeiten erfordern, wie z. B. Desktop-Video und Multimedia.
3. Gigabit Ethernet (1000BaseT):
- Die Geschwindigkeit von 1000 Mbit/s ist sehr schnell und ideal für Anwendungen, die hohe Geschwindigkeiten erfordern, wie z. B. 4K-Video und andere schwere Anwendungen.
4. Ethernet Fiber Optic (1000BaseSX/LX):
- Einsatz von Glasfasertechnologie zur Verbesserung der Netzwerkgeschwindigkeit und -sicherheit.
- Ideal für Netzwerke, die hohe Geschwindigkeiten und höhere Sicherheit erfordern.
Arten von Netzwerken nach Größe
Lokales Netzwerk (LAN)
Ein Local Area Network (LAN) ist ein Netzwerk, das auf einen relativ kleinen Bereich beschränkt ist, z. B. ein Büro, eine Schule oder eine Wohnung. LANs ermöglichen es Geräten innerhalb der Region, zu kommunizieren und Ressourcen gemeinsam zu nutzen.
Anwendung:
- Office: LANs werden häufig in Büros verwendet, um Dateien, Drucker und Anwendungen gemeinsam zu nutzen.
- Schulen: LANs helfen Schülern und Lehrern, Ressourcen und Informationen auszutauschen.
- Wohnungen: LANs ermöglichen es den Bewohnern der Wohnung, das Internet und andere Ressourcen gemeinsam zu nutzen.
Weitverkehrsnetz (WAN)
Ein Wide Area Network (WAN) ist ein Netzwerk, das ein größeres Gebiet abdeckt, z. B. eine Stadt, ein Land oder sogar die ganze Welt. WAN ermöglicht es Geräten an verschiedenen Standorten, zu kommunizieren und Ressourcen gemeinsam zu nutzen.
Anwendung:
- Große Unternehmen: WANs werden von großen Unternehmen verwendet, um Zweigstellen an verschiedenen Standorten zu verbinden.
- Behörden: Das WAN unterstützt die Regierung bei der Verwaltung von Informationen und Ressourcen über verschiedene Abteilungen hinweg.
- Internetdienste: WANs werden von Internetdienstanbietern verwendet, um Kunden auf der ganzen Welt einen Internetzugang bereitzustellen.
Metropolitan Area Network (MAN)
Metropolitan Area Network (MAN) ist ein Netzwerk, das Ballungsräume, wie z. B. Großstädte, abdeckt. MAN ermöglicht es Geräten innerhalb der Metropolregion, zu kommunizieren und Ressourcen gemeinsam zu nutzen.
Anwendung:
- Großstädte: MAN wird von Großstädten genutzt, um öffentliche Einrichtungen wie Bahnhöfe, Einkaufszentren und Gesundheitseinrichtungen zu vernetzen.
- Bildung: MAN unterstützt Bildungseinrichtungen bei der Verwaltung von Informationen und Ressourcen über verschiedene Standorte hinweg.
- Großkonzerne: MAN wird von großen Unternehmen genutzt, um Büros in Großstädten zu verbinden.
Netzwerkmodell
Peer-to-Peer-Beziehungen
Peer-to-Peer (P2P) ist ein Netzwerkmodell, bei dem jedes Gerät gleichzeitig als Client und Server fungiert. Jedes Gerät kann Daten senden und empfangen sowie Ressourcen mit anderen Geräten teilen.
Überschuss:
- Einfach: Die Installation und Nutzung von P2P ist relativ einfach, da kein zentraler Server erforderlich ist.
- Einfaches Teilen: P2P ermöglicht es Benutzern, Dateien und Ressourcen einfach zu teilen.
- Kein Server erforderlich: Es ist kein teurer und komplexer zentraler Server erforderlich.
Mangel:
- Kapazitätsbeschränkungen: P2P hat Kapazitätsbeschränkungen, da jedes Gerät die Bandbreite gleichzeitig teilen muss.
- Interferenzen: Wenn eines der Geräte ausfällt, wird das gesamte Netzwerk gestört.
- Sicherheit: P2P ist anfällig für Cyberangriffe, da sich Daten frei zwischen Geräten bewegen können.
Client-Server
Client-Server ist ein Netzwerkmodell, bei dem jedes Gerät als Client fungiert und auf Ressourcen von einem zentralen Server aus zugreift. Server speichern und verwalten Ressourcen, während Clients auf diese Ressourcen zugreifen und diese verwenden.
Überschuss:
- Stabile Leistung: Der Client-Server bietet eine stabile Leistung, da die Daten nicht gleichzeitig die Bandbreite teilen müssen.
- Ausfallsicher: Wenn einer der Clients ausfällt, sind die Daten weiterhin über den Server zugänglich.
- Sicherheit: Clientserver sind sicherer, da die Daten von Servern gespeichert und verwaltet werden, die strengeren Kontrollen unterliegen.
Mangel:
- Komplex: Die Installation und Bereitstellung von Client-Servern ist komplexer, da sie teure und komplexe zentrale Server erfordert.
- Hohe Kosten: Es kostet viel, einen zentralen Server zu kaufen und zu warten.
- Serverabhängigkeit: Das Netzwerk hängt von der Leistung des Servers ab, d. h., wenn der Server ausfällt, wird das gesamte Netzwerk unterbrochen.
Schlussfolgerung
Computernetzwerke spielen eine entscheidende Rolle bei der Vernetzung von Geräten und der Ermöglichung von Kommunikation und gemeinsamer Nutzung von Ressourcen. Die Auswahl der richtigen Topologie, Technologie, des richtigen Netzwerktyps und des richtigen Netzwerkmodells hängt weitgehend von den spezifischen Anforderungen und dem Umfang des gewünschten Netzwerks ab. Wenn wir diese verschiedenen Aspekte verstehen, können wir ein effizientes, sicheres und zuverlässiges Netzwerk entwerfen und verwalten.