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Netzwerktypen im Überblick

Unter einem Netzwerk versteht man eine beliebige Anzahl selbständiger Computersysteme, die so miteinander verbunden sind, dass ein Datenaustausch möglich wird. Dazu muss neben einer physischen Verbindung auch eine logische Verbindung der zu vernetzenden Systeme vorhanden sein. Letztere wird durch spezielle Netzwerkprotokolle wie TCP (Transmission Control Protocol) hergestellt. Bereits zwei miteinander verbundene Rechner können als Netzwerk betrachtet werden.

Netzwerke werden mit dem Ziel eingerichtet, Daten von einem System auf eine anderes zu übertragen oder gemeinsame Ressourcen wie Server, Datenbanken oder Drucker im Netzwerk zur Verfügung zu stellen. Je nach Größe und Reichweite des Rechnerverbunds werden verschiedene Netzwerkdimensionen unterschieden. Zu den wichtigsten Netzwerktypen gehören:

  • Personal Area Networks (PAN)
  • Local Area Networks (LAN)
  • Metropolitan Area Networks (MAN)
  • Wide Area Networks (WAN)
  • Global Area Networks (GAN)

Die physische Verbindung, die diesen Netzwerktypen zugrunde liegt, kann kabelgebunden oder auf Basis von Funktechnik realisiert werden. Oft stellen physische Kommunikationsnetze die Grundlage für mehrere logische Kommunikationsnetze, sogenannte Virtual Private Networks (VPN). Diese nutzen bei der Datenübertragung zwar ein gemeinsames physisches Übertragungsmedium, beispielsweise ein Glasfaserkabel, werden mittels Tunneling-Software jedoch logisch unterschiedlichen virtuellen Netzen zugeordnet.

Jeder Netzwerktyp wurde für spezielle Anwendungsbereiche entwickelt, beruht auf jeweils eigenen Techniken und Standards und bringt somit unterschiedliche Vorteile und Beschränkungen mit sich.

Personal Area Network (PAN)

Um einen Datenaustausch zu ermöglichen, lassen sich moderne Endgeräte wie Smartphones, Tablets, Laptops oder Desktop-Computer ad hoc zu einem Netzwerk zusammenschließen. Dies kann kabelgebunden in Form eines Personal Area Networks (PAN) erfolgen. Übliche Übertragungstechniken sind USB oder FireWire. Die kabellose Variante Wireless Personal Area Network (WPAN) stützt sich auf Techniken wie Bluetooth, Wireless USB, Insteon, IrDA, ZigBee oder Z-Wave. Ein kabelloses Personal Area Network, das via Bluetooth zustande kommt, wird Piconet genannt. PANs und WPANs erstrecken sich in der Regel nur über wenige Meter und eignen sich somit nicht, Geräte in unterschiedlichen Räumen oder gar Gebäuden zu verbinden.

Neben der Kommunikation einzelner Endgeräte untereinander ermöglicht ein Personal Area Network zudem den Verbindungsaufbau zu anderen, in der Regel größeren Netzwerken. Man spricht in diesem Fall von einem Uplink. Aufgrund der begrenzten Reichweite und einer vergleichsweise niedrigen Datenübertragungsrate kommen PANs in erster Linie zum Einsatz, um Peripheriegeräte im Hobby- und Entertainment-Bereich zu verbinden. Typische Beispiele sind kabellose Kopfhörer, Spielekonsolen und Digitalkameras. Im Rahmen des Internet of Things (IoT) dienen WPANs der Kommunikation von Kontroll- und Monitoring-Anwendungen mit niedriger Datenrate. Protokolle wie Insteon, Z-Wave und ZigBee wurden speziell für Smart Homes und Heimautomation entworfen.

Local Area Network (LAN)

Sollen mehrere Rechner zu einem Verbund zusammengeschlossen werden, erfolgt dies meist in Form eines Lokal Area Networks (LAN). Ein solches Ortsnetz kann zwei Rechner in einem privaten Haushalt umfassen oder mehrere tausend Geräte in einem Unternehmen. Auch Netzwerke in öffentlichen Einrichtungen wie Behörden, Schulen oder Universitäten werden als LAN realisiert. Ein weitverbreiteter Standard für kabelgebundene Local Area Networks ist Ethernet. Weniger gebräuchlich und weitgehend veraltet sind Vernetzungstechnologien wie ARCNET, FDDI und Token Ring. Die Datenübertragung erfolgt entweder elektronisch auf Basis von Kupferkabeln oder über einen Lichtwellenleiter aus Glasfaser.

Werden mehr als zwei Rechner in einem LAN zusammengeschossen, sind weitere Netzwerkkomponenten wie Hubs, Bridges und Switches erforderlich, die als Kopplungselemente und Verteilerknoten fungieren. Der Netzwerktyp LAN wurde entwickelt, um eine schnelle Übertragung großer Datenmengen zu ermöglichen. Abhängig vom Aufbau des Netzwerks und des verwendeten Übertragungsmediums ist ein Datendurchsatz von 10 bis 1.000 Mbit/s üblich. LANs erlauben einen komfortablen Informationsaustausch zwischen den verschiedenen im Netzwerk verbundenen Geräten. Im Unternehmenskontext ist es üblich, mehreren Arbeitscomputern gemeinsame Fileserver, Netzwerkdrucker oder Anwendungen über LAN zur Verfügung zu stellen.

Wird ein lokales Netzwerk über Funk realisiert, spricht man von einem Wireless Local Area Network (WLAN). Die technischen Grundlagen des WLAN-Standards werden durch die Normenfamilie IEEE 802.11 definiert. Kabellose lokale Netzwerke bieten die Möglichkeit, Endgeräte bequem in ein Heim- oder Unternehmensnetz einzubinden, und sind kompatibel zu kabelgebundenen Ethernet-LANs. Der Datendurchsatz ist jedoch geringer als bei einer Ethernet-Verbindung.

Die Reichweite eines LANs ist vom verwendeten Standard und dem Übertragungsmedium abhängig, lässt sich jedoch durch Signalverstärker, sogenannte Repeater, erhöhen. Bei Gigabit-Ethernet über Glasfaser ist eine Signalreichweite von mehreren Kilometern möglich. Local Area Networks erstrecken sich jedoch nur selten über mehr als einen Gebäudekomplex. Mehrere LANs in geografischer Nähe lassen sich zu einem übergeordneten Metropolitan Area Network (MAN) oder Wide Area Network (WAN) verbinden.

Metropolitan Area Network (MAN)

Metropolitan Area Network (MAN) wird ein breitbandiges Telekommunikationsnetz genannt, das mehrere LANs in geografischer Nähe verbindet. In der Regel handelt es sich dabei um einzelne Niederlassungen eines Unternehmens, die über angemietete Standleitungen zu einem MAN zusammengeschlossen werden. Dabei kommen leistungsstarke Router und Hochleistungsverbindungen auf Basis von Glasfaser zum Einsatz, die einen deutlich höheren Datendurchsatz ermöglichen als das Internet. Die Übertragungsgeschwindigkeit zwischen zwei entfernten Knotenpunkten ist mit der Kommunikation innerhalb eines LANs vergleichbar.

Die Infrastruktur für MANs wird von international agierenden Netzwerkbetreibern zur Verfügung gestellt. Als Metropolitan Area Network verkabelte Städte lassen sich überregional in Wide Area Networks (WAN) und international in Global Area Networks (GAN) einbinden.

Mit Metro-Ethernet steht für MANs eine spezielle Übertragungstechnik zur Verfügung, mit der sich leistungsstarke Metro-Ethernet-Netze (MEN) auf Basis von Carrier-Ethernet (CE 1.0) oder Carrier-Ethernet 2.0 (CE 2.0) aufbauen lassen.

Ein Standard für größere regionale Funknetze, sogenannte Wireless Metropolitan Area Networks (WMAN) wurde mit IEEE 802.16 entwickelt. Die als WiMAX (Worldwide Interoperability for Microwave Access) bekannte Technologie ermöglicht es, sogenannte WLAN-Hotzones einzurichten. Dabei handelt es sich um mehrere im Verbund arbeitende WLAN-Zugriffspunkte an verschiedenen Standpunkten. In Deutschland kommen WMANs zum Einsatz, um Endkunden in Regionen mit fehlender Infrastruktur eine leistungsstarke Anbindung an das Internet zu bieten. Der geläufige Übertragungsstandard DSL ist technisch bedingt nur da verfügbar, wo Kupferkabel verlegt wurden.

Wide Area Network (WAN)

Während Metropolitan Area Networks nah beieinanderliegende Standpunkte in ländlichen Regionen oder Ballungsgebieten verbinden, erstrecken sich Weitverkehrsnetze, sogenannte Wide Area Network (WAN), über große geografische Bereiche wie Länder oder Kontinente. Die Anzahl der in einem WAN verbundenen lokalen Netzwerke oder Einzelrechner ist prinzipiell unbegrenzt.

Während LANs und MANs aufgrund der geografischen Nähe der zu verbindenden Rechner oder Netzwerke auf Basis von Ethernet realisiert werden können, kommen bei Weitverkehrsnetzen Techniken wie IP/MPLS (Multiprotocol Label Switching ), PDH (Plesiochrone Digitale Hierarchie), SDH (Synchrone Digitale Hierarchie), SONET (Synchronous Optical Network), ATM (Asynchronous Transfer Mode) und selten noch das veraltete X.25 zum Einsatz.

Wide Area Networks sind meist im Besitz einer bestimmten Organisation oder eines Unternehmens und werden privat betrieben oder vermietet. Darüber hinaus nutzen Internet-Service-Provider WANs, um lokale Unternehmensnetzwerke und Endkunden an das Internet anzubinden.

Global Area Network (GAN)

Ein weltumspannendes Netzwerk wie das Internet wird als Global Area Network (GAN) bezeichnet. Das Internet ist jedoch nicht der einzige Rechnerverbund dieser Art. Auch international tätige Unternehmen unterhalten abgeschottete Netzwerke, die mehrere WANs umfassen und so Firmenrechner weltweit verbinden. GANs nutzen die Glasfaserinfrastruktur von Weitverkehrsnetzen und schließen diese durch internationale Seekabel oder Satellitenübertragung zusammen.

Virtual Private Network (VPN)

Ein Virtual Privat Network (VPN) ist ein virtuelles Kommunikationsnetz, das die Infrastruktur eines physischen Netzwerks nutzt, um Computersysteme logisch zu verbinden. Dabei kann es sich um jeden der oben dargestellten Netzwerktypen handeln. Am gängigsten ist jedoch das Internet als Transportmedium. Dieses verbindet nahezu alle Rechner weltweit und steht im Gegensatz zu privat betriebenen MANs oder WANs kostenlos zur Verfügung. Der Datentransfer erfolgt innerhalb eines virtuellen Tunnels, der zwischen einem VPN-Client und einem VPN-Server aufgebaut wird.

Kommt das öffentliche Netz als Transportmedium zum Einsatz, werden Virtual Private Networks in der Regel verschlüsselt, um die Vertraulichkeit der Daten sicherzustellen. VPNs kommen zum Einsatz, um LANs über das Internet zu vernetzen oder einen Fernzugriff auf ein Netzwerk oder einen Einzelrechner über die öffentliche Verbindung zu ermöglichen.

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