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Rechnernetz

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Ein '''Rechnernetz''' ist ein Zusammenschluss von verschiedenen technischen, primär selbstständigen elektronischen Systemen (insbesondere Computern, aber auch Sensoren, Aktoren, Funktechnologischen Komponenten usw.), der die Kommunikation der einzelnen Systeme untereinander ermöglicht. Die Kommunikation erfolgt über verschiedene Netzwerkprotokoll Protokolle, die mittels des OSI-Modell ISO/OSI-Modells strukturiert werden können. Obwohl in der Praxis kein Rechnernetz das ISO/OSI-Modell vollständig abbildet, ist es von entscheidender Bedeutung für das Verständnis von Rechnernetzen, da hierbei aus kleinen grundlegenden Strukturen durch Verknüpfung größere und komplexere Strukturen gebildet werden. Dabei greifen höhere (komplexere) Protokollschichten auf die Funktionalitäten von einfacheren darunterliegenden Protokollschichten zu. Ein wichtiges Prinzip dabei ist, dass man den meisten Protokollschichten jeweils (Nutz-)Daten (Payload) zum Transport übergeben kann. Die Protokollschicht fügt zu diesen Nutzdaten (deren Inhalt sie weitgehend ignoriert) vorne und teilweise hinten weitere Daten an, die für die Abwicklung des Transportes durch die Protokollschicht wichtig sind. Jedoch gibt es auch hiervon Ausnahmen, da einige Protokolle nicht dazu gedacht sind, fremde Nutzdaten zu transportieren, sondern ausschließlich als eigenständige Informationssysteme für bestimmte Aufgaben fungieren. Die allgemein bekannteste Netzstruktur ist das Internet und die bekanntesten Protokolle sind das Transmission Control Protocol TCP (Transmission Control Protocol) und das Internet Protocol IP (Internet Protocol), jedoch spielen auch im Internet eine Reihe weiterer Protokolle wichtige Rollen und das Internet selbst ist kein homogenes Netz, sondern besteht aus einer Vielzahl teils recht unterschiedlich konzipierter Teilnetze, die nur die oberen Protokollschichten gemeinsam haben und die Nutzdatenübertragung auf den unteren Protokollschichten teilweise sehr unterschiedlich handhaben. Rechnernetze können unter anderem anhand der folgenden Kriterien klassifiziert werden. * Organisatorische Abdeckung * Übertragungsweg / Übertragungstechnologie

Topologien
Bild:Network topology recognize.gif thumb|Diagramm: Netz-Topologie Unter der Topologie versteht man die Art, wie die verschiedenen beteiligten Komponenten (also zumeist Rechner) im Netz durch physische oder logische Leitungswege verbunden sind. Um mehrere Rechner in einem Netzwerk einzubinden, benötigt man eine gute Planung, welche durch die Einteilung der Topologie vereinfacht wird. So bilden sich Netzwerke, in denen es Verbindungen und Knoten gibt, über die man ggf. über mehrere Zwischenpunkte von jedem Bereich des Netzes zu jedem anderen Bereich des Netzes kommen kann. Es gibt eine Reihe von Grundstereotypen, die so in dieser klaren Form jedoch selten in der Praxis auftreten. Bei der '''Stern-Topologie''' gibt es einen zentralen Verteilpunkt, der ggf. alles kontrollieren kann, aber ohne den nichts funktioniert. Diese Topologie wird eigentlich nur in Kleinstnetzwerken (häufig bei LAN-Partys) verwendet. Bei der '''Baum-Topologie''' benutzt man einen ähnlichen Ansatz, den man jedoch hierarchisch staffelt. Der "oberste" Rechner hat die Kontrolle über alle anderen, die Macht schrumpft, je weiter man unten im Baum sitzt. In der '''Ring-Topologie''' hat jeder Rechner eine Position in einem Ring und ist nur mit seinen Nachbarn verbunden. Das hat zur Folge, dass der Ausfall eines Rechners das Netzwerk lahm legt. Bei der '''Bus-Topologie''' greifen alle beteiligten Rechner auf ein gemeinsam und von allen genutztes Medium zu, wodurch es zu Kollisionen darauf kommen kann. Das '''vermaschte Netz''' ist eine Form, in der jeder Rechner mit mehreren Nachbarn verbunden ist und in dem redundante Wege existieren, so dass selbst beim Ausfall einer Leitung das Netz noch über eine andere Leitung verbunden bleibt. Die '''Zell-Topologie''' spielt bei Funknetzen mit ihren speziellen Zugriffseigenschaften eine besondere Rolle. In der Praxis treten fast immer Mischformen dieser Stereotype auf und es gibt noch eine Reihe von Bezeichnungen für bestimmte Spezialformen. Als ''Smart Network'' oder ''Smart Grid'' wird beispielsweise die spontane, selbstorganisierte Vernetzung beliebiger Geräte bezeichnet. Details hierzu siehe unter Topologie (Rechnernetz).

Organisatorische Abdeckung
Dieses Kriterium wird oft benutzt, da es weniger kompliziert erscheint als andere Eigenschaften von Netzen. In der Praxis hat diese Unterscheidung aber nur begrenzte Bedeutung. *lokale Netze **Body Area Network (BAN) **Personal Area Network (PAN) ***Wireless Personal Area Network (WPAN) als Begriff **Local Area Network (LAN) ***Wireless LAN (WLAN) als Begriff *nicht-lokale Netze **Metropolitan Area Network (MAN) **Wide Area Network (WAN) **Global Area Network (GAN) **Virtual Private Network (VPN) **Storage Area Network (SAN)

Übertragungsweg


Drahtgebundene Netze


= Ethernet
= Die am weitesten verbreitete Technik bei Leitungsgebundene Telekommunikationsverfahren drahtgebundenen Netzen ist das Ethernet, das vor allem in lokalen Firmennetzen und Heimnetzen Verwendung findet. Es ist leitungsgebunden und wird heute über Kupferkabel in den Ausprägungen 10Base-T, 100Base-TX und 1000Base-T benutzt. Dabei bezeichnet die Zahl jeweils die theoretische maximale Übertragungsgeschwindigkeit von 10, 100 oder 1000 Megabit Mbit pro Sekunde und '''T''' sagt aus dass es sich um ein gedrilltes Kupferkabel handelt (Twisted-Pair-Kabel Twisted Pair). Je nach Geschwindigkeit ist ein Kabel der entsprechenden Qualität nötig, die CAT[Nummer] genannt wird. Für 100 Mbit ist dies z. B. CAT5, bei 1000 Mbit ist CAT5e, CAT5+ oder CAT6 zu verwenden. Es gibt ebenfalls unterschiedliche Standards, um Ethernet über Glasfaserverbindungen zu realisieren, z.B. 10Base-FL, 100Base-FX, 1000Base-X und verschiedene 10 Gigabit-Standards beginnend mit 10GBase. Das Zugriffsverfahren bei Ethernet ist CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection), wobei jeder Rechner erst lauscht ob die Leitung (Carrier) frei ist und wenn ja, dann einfach sendet. Es kann sein, dass ein weiterer Rechner dasselbe tut und es zur Kollision kommt. Diese Kollision wird erkannt (Collision Detection) und beide probieren es zu einem zufälligen Zeitpunkt später erneut. Die Adressierung erfolgt mittels der Media Access Control MAC-Adresse.

= Token Ring
= Einen anderen Weg der Zugriffskontrolle ging das Token Ring Token-Ring-Netz, das 2005 vor allem für Netze mit speziellen Qualitätsanforderungen benutzt wird. Der Vorteil von Token-Ring-Netzen ist, dass jeder Rechner nach spätestens einer bestimmten Zeit etwas senden kann. Dazu wird ein sogenanntes Token (zu deutsch Pfandmünze) in Form eines kleinen Informationspaketes herumgereicht. Wer das Token hat, darf eine Weile Nutzdaten senden, hört dann wieder auf und gibt das Token weiter. Die Reihenfolge, in der es weitergegeben wird, ist genau festgelegt und ringförmig, wodurch man das Token immer wieder bekommt. Token-Ring-Netze sind oft so aufgebaut, dass jeder Rechner jeweils mit seinen zwei Nachbarn im Ring direkt verbunden ist und diesen entweder das Token weiterreicht oder eine Information übergibt. Es gibt auch eine Variante, die sich Token Ring over Ethernet nennt. Dabei hängen alle Rechner in einem gemeinsam genutzten Ethernet zusammen, aber geben sich dort jeweils ein Token reihum weiter (Token-Passing), wodurch Kollisionen vermieden werden und die Leitung besser genutzt wird. Das komplizierte an diesem virtuellen Ring ist, dass ersteinmal geklärt werden muss, welche Rechner existieren und welche Reihenfolge sie im virtuellen Ring einnehmen. Zudem muss man erkennen, wenn neue Rechner hinzukommen oder bestehende im Ring verschwinden. Wichtig sind die Eigenschaften von Token-Ring-Netzen in sicherheitskritischen Netzen, in denen es wichtig ist, präzise zu wissen wie lange es maximal dauert, bis eine Nachricht gesendet werden kann. Dies lässt sich leicht anhand der Anzahl der Rechner, also an der Länge des Rings ermitteln. Solche Netze werden zum Beispiel in der Automobiltechnik und Finanzbranche für kritische Systeme eingesetzt.

Drahtlose Netze
Verbreitete Techniken bei Funknetz drahtlosen Netzen sind:

= Infrastruktur-Netze
= *Mobilfunknetze wie Global System for Mobile Communications GSM oder Universal Mobile Telecommunications System UMTS *Wireless LAN WLANs im Infrastruktur-Modus, das heißt mit Schnittstelle zu einem drahtgebundenen Netz mittels Wireless Access Points. Am weitesten verbreitet sind WLANs vom Typ IEEE 802.11

= Spontane Ad-hoc-Netze (siehe Mobiles Ad-hoc-Netz MANET)
= *Wireless LAN WLANs vom Typ IEEE 802.11 im Ad-hoc-Modus. In diesem Modus kommunizieren die Geräte des Netzes ohne zusätzliche Infrastruktur. *die mit sehr geringer Reichweite Geräte in unmittelbarer Umgebung verbinden, sog. Wireless Personal Area Networks (WPAN) *der Standard Bluetooth (siehe auch Toothing) *Netzstrukturen für Sensornetze, aktuelles Forschungsgebiet

Sprachliche Betrachtung von Netz und Netzwerk
Das englische ''net'' wird traditionell in der Fischerei verwendet. Außerhalb dieses Bereichs spricht man hingegen von ''network''. Im Deutschen steht ''Netzwerk'' traditionell nur für das Maschenwerk eines Fischernetzes. Außerhalb der Fischerei wird nur ''Netz'' (Stromnetz, nicht -werk; Telefonnetz) verwendet. Dieser Argumentation folgend ist ''Computernetzwerk'' eine falsche Freunde falsche Übersetzung aus dem Englischen und ''Rechnernetz'' bzw. ''Computernetz'' der korrekte Begriff (siehe auch * Bastian Sick: ''[http://www.spiegel.de/kultur/zwiebelfisch/0,1518,315833,00.html ZWIEBELFISCH-ABC:Netz/Netzwerk]''. In: Spiegel-Online). Im Allgemeinen wird Sprache durch den Sprachgebrauch bestimmt, weshalb man annehmen kann, dass 'Netzwerk' ein zwar historisch nicht korrekter, aber dennoch richtiger Begriff ist. Vermutungen gehen dahin, dass der Sprachgebrauch und das Wort Computernetzwerk durch nicht fachgerechte Übersetzungen von Literatur, wie z.B. Andrew S. Tanenbaum: Computernetzwerke, entstanden ist. Daher ist der Begriff ''Netzwerk'' in nahezu allen nichtakademischen Zusammenhängen gebräuchlich.

Literatur
* Douglas Comer: ''Computernetzwerke und Internets.'' 3. Auflage, Pearson Studium, München 2002, ISBN 3-8273-7023-X * Andrew S. Tanenbaum: ''Computernetzwerke.'' 4. Auflage, Pearson Studium, München 2003, ISBN 3-8273-7046-9 * Jürgen Scherff: ''Grundkurs Computernetze.'' Vieweg, Wiesbaden 2006, ISBN 3-528-05902-8 * Erich Stein: ''Taschenbuch Rechnernetze und Internet.'' 2. Auflage, Fachbuchverlag Leipzig 2004, ISBN 3-446-22573-0 * Frank R. Walther: ''Networkers Guide.'' Markt und Technik, München 2003, ISBN 3-8272-6502-9 * Martin Ziegler: ''Internetbasierende Datennetzwerke.'' Schlembach, Weil der Stadt 2002, ISBN 3-935340-20-6

Siehe auch
* Internetworking * Netzwerksicherheit * Virtual_Private_Network VPN (Virtuelles Privates Netzwerk) * Feldbus (Netzwerke für die Automatisierungstechnik) * LAN-Analyse * Peer-to-Peer * Client, Server * Corporate Network * FTTD Fiber To The Desk

Weblinks
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