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Historisches und Grundlagen - Netzwerktechnologie

Inhaltsverzeichnis

1. Historisches

Der Krieg ist der Vater aller Dinge und der König aller.
Die einen macht er zu Göttern, die andern zu Menschen,
die einen zu Sklaven, die andern zu Freien.
 (Heraklit)

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, nichtheterogene 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 2011 über 2 Milliarden Menschen das Internet.

Abb. 1: Visualisierung der Routen des Internets von 2005
Abb. 1: Visualisierung der Routen des Internets von 2005 [1]

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.

 

2. 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. Abhängig von Verfügbarkeit und momentaner Auslastung der Vermittlungsrechner (Router) können die Datenpakete einer Nachricht auch unterschiedliche Routen durch das Netz nehmen. Laufzeitunterschiede zwischen den Routen muss der Empfänger (hier die Station B) selbst korrigieren.

Abb. 2: Ein vermaschtes Kommunikationsnetzwerk nutzt die Paketvermittlung
Abb. 2: Ein vermaschtes Kommunikationsnetzwerk nutzt die Paketvermittlung

Im Gegensatz hierzu steht das leitungsvermittelte Netz (Abb. 3), 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 dann mit voller Bandbreite belegt, wenn keine Informationen übertragen werden, also niemand spricht.

Abb. 3: Das klassische Telefonnetz verwendet die Leitungsvermittlung
Abb. 3: Das klassische Telefonnetz verwendet die Leitungsvermittlung

Der große Vorteil der Paketvermittlung ist die hohe Stabilität gegenüber einzelnen Ausfällen des Netzwerks, die theoretisch umso höher ist, je mehr vermascht das Netzwerk ist. Ein hoher Grad der Vermaschung hat zudem den Vorteil, dass das Netzwerk auch hohe Datenübertragungsspitzen besser toleriert, als ein leitungsvermittelndes Netzwerk mit seinen gebundenen Bandbreiten pro Nachrichtenkanal.

3. Reichweite

Grundsätzlich lassen sich die für unsere Zwecke wichtigen Netzwerke anhand deren Reichweite unterscheiden. Das Internet oder synonym dazu 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.
Untereinander sind die Netze entweder mit Routern oder mit Bridges verbunden. Netzwerkteilnehmer (Hosts) sind über Netzwerkadapter ("NICs") am LAN angeschlossen. PANs nutzen Schnittstellen um an Hosts angebunden zu werden.

Abb. 4: Netzwerke und deren Verbindungselemente
Abb. 4: Netzwerke und deren Verbindungselemente
Tabelle 1: Netzwerke und ihre Reichweiten
Tabelle 1: Netzwerke und ihre Reichweiten

 

 

Referenzen

Abbildungen

[1] Abb. 1: "Visualisierung der Routen des Internets von 2005"; Lizenz: CC-BY-2.5  via Wikimedia Commons
Quelle: "Internet map 1024" By The Opte Project http://commons.wikimedia.org/wiki/File%3AInternet_map_1024.jpg

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