Daten- und Rechnernetze: Konservative Terminologie und Erscheinungsformen in modernen Unternehmen und Organisationen

Kommentieren Drucken
Teil 2 von 71 aus der Serie "Professionelle Datenkommunikation"
Alle Artikel der Serie "Professionelle Datenkommunikation":

Früher hat man die Rechnernetze gerne nach Entfernungsklassen (Fernbereichsnetz WAN Wide Area Network, Lokales Netz LAN Local Area Network, …) eingeteilt. Diese Einteilung ist für die meisten bestehenden und neu installierten konventionellen Netze und Systeme auch heute noch sinnvoll, wird aber zunehmend dadurch witzlos, dass sich Dienste über verschiedene Netze hinweg erstrecken. Beispiele dafür wären z.B. E-Mail oder Internet-Telefonie. Diese Reihe wendet sich an zukünftige Profis. Also sehen wir uns direkt an, welche Netze es denn nun in Unternehmen und Organisationen gibt.

Ein wichtiges Leistungsmerkmal eines jeden Netzes ist die Übertragungsgeschwindigkeit, die einem angeschlossenen Rechner zur Verfügung steht. Man misst sie in Bits pro Sekunde (bits per second bps) oder Vielfachen wie kbps (Kilobit pro Sekunde) und Mbps (Megabit pro Sekunde). Eine Messung in Byte hat sich nicht durchsetzen können.

Begonnen hat die Entwicklung der Rechnernetze ja mit dem zaghaften Zusammenschalten damaliger Rechner über Telefonleitungen. Man musste Konventionen finden, damit sich die Rechner untereinander verstehen und z. B. in die Lage versetzt wurden, selbst zu wählen, wenn eine Verbindung zu einem anderen Rechner gewünscht wurde. Außerdem sollten die Daten bei der Übertragung in handliche, übersichtliche Einheiten gesteckt werden, die man insgesamt auf Übertragungsfehler prüfen kann. Alle diese notwendigen Vereinbarungen nennt man auch heute und bei modernen Netzen (Übertragungs-) Protokoll.

Die Protokolle benötigen, um funktionieren zu können, untereinander einen mitunter heftigen Informationsaustausch. Da dieser in der Regel über die gleiche Leitung geht wie die »Nutz«-Daten, bleibt für eine angeschlossene Station nur ein Teil der Brutto-Übertragungsgeschwindigkeit als tatsächliche Nutzleistung übrig. Wie viel, hängt vom Netz, den kommunizierenden Programmen und etwa weiteren 1027 Nichtigkeiten ab.

Effektiv nutzbare Übertragungsrate, darzustellende Datenmenge, Rechengeschwindigkeit der Station und Eignung der Protokolle sind Werte, die letztlich auf die Reaktionszeit oder Antwortzeit Einfluss haben. Informationen werden wertlos, wenn sie zu alt sind, ein Dienst wird wertlos, wenn die Anwender einschlafen, bevor angeforderte Ergebnisse auf dem Bildschirm erscheinen.

Kommen wir trotzdem nochmal zur »klassischen« Einteilung:

WAN: (Wide Area Network) ist die klassische Form eines Verbindungsnetzwerkes für getrennte Rechenanlagen. Die Grundstruktur ist ein paketvermittelndes Teilstreckennetz, was bedeutet, dass die vermittelnden Knoten des Netzwerkes untereinander mit Leitungen verbunden sind und die Daten in Form von Paketen über eine Kette von nacheinander agierenden Knoten durch das Netzwerk von der Quelle zum Ziel weitergereicht werden. Ein Datenpaket besteht aus einem Anfang mit Steuerfeldern, genau festgelegten Feldern für Ziel- und manchmal Quell-Adressen, den eigentlichen Nutzdaten sowie einer Prüfsumme, die der Übertragungssicherheit dient. Dadurch wird das Netz beliebig langsam, denn in jedem Knoten werden die von den Eingangs-Teilstrecken kommenden Pakete zunächst in Warteschlangen für die Ausgangs-Teilstrecken gelegt, wobei evtl. eine erneute Teilwegbestimmung erforderlich ist, und dann über die relativ langsamen Ausgangs-Teilstrecken weitergeleitet. Eine räumliche Beschränkung für diese Netze liegt bei etwa 1000 km, eine typische Brutto-Übertragungsgeschwindigkeit ist heute 565 Mbps (Megabit/sek.) – 10 Tbps (Terabit/sek.).

Probleme beim Übergang zwischen zwei unterschiedlichen Netzwerken innerhalb Europas wurden im Rahmen internationaler CCITT/ETSI-Empfehlungen wie X.25 überwunden. Dem Teilnehmer gegenüber tritt das WAN zunächst in Form eines Teilnehmeranschlusses mit einer strengen Spezifikation in Erscheinung. Ein Beispiel sind die Internet-Dienste auf Basis der Internet-Protokolle. Jeder Rechner, der diese Protokolle beherrscht und einen Anschluss an das Netz besitzt, kann dann mit jedem in dieser Hinsicht gleichartig ausgestatteten anderen Rechner Daten austauschen.

Ein WAN hat heute prinzipiell folgenden Aufbau: Es besteht aus dem Kommunikations-Subsystem und dem Umfeld. Das Kommunikations-Subsystem wird aus der Menge der Knotenrechner und aus der Menge der Datenkommunikationsverbindungen gebildet. Die Knotenrechner werden auch als IMP bezeichnet (Interface Message Processor), die Verbindungen sind verschiedener Art, wie (sehr selten) Telefonleitungen, metallischen Leitungen höherer Kapazität, Lichtwellenleiterstrecken, Satellitenverbindungen usf.. Oftmals ist das innere WAN nach den sog. OTN-Standards (Optical Transport Networks) des CCITT organisiert. Diese erlauben nicht nur den Betrieb eines einzelnen Netzes, sondern erleichtern insbesondere den Datentransport über mehrere zusammengeschaltete Netze hinweg. Das Umfeld besteht aus den Teilnehmermaschinen, die aus der Vergangenheit heraus auch als HOSTs bezeichnet werden, heute aber keine Großrechner mehr sein müssen, sondern durchaus auch PCs oder etwas anderes sein können. Die Teilnehmermaschinen werden an das Netzwerk über Teilnehmer-Anschlussleitungen angeschlossen, welche ein Interface, eine Schnittstelle, zwischen HOSTs und IMPs definieren. Eine bekannte Schnittstelle ist heute DSL. Es gibt offensichtlich zwei Arten von IMPs: Solche, die ein oder mehrere Interfaces zu einem HOST anbieten, und solche, die »innen« im Kommunikations-Subsystem sind und deshalb ein solches Interface nach außen nicht bereitstellen müssen und können. Diese inneren IMPs, auch DSE oder IDSE (Daten-Schalt Einrichtung, Internetwork Data Switching Equipment) genannt, dienen nur der Store- und Forward-Weiterleitung innerhalb des an sich abgeschlossenen Kommunikations-Subsystems. Die »äußeren« IMPs stellen die Schnittstelle zum Umfeld bereit und werden als DCE Data Circuit Equipment) bezeichnet. DTE oder DÜE (Data Termination Equipment, Daten-Übertragungs-Einrichtung) ist hingegen eine übliche Bezeichnung für das Interface eines Umfeldgerätes zum Kommunikations-Subsystem, z. B. ein Host, Terminal oder Arbeitsplatzrechner, kurz alle Geräte, die unmittelbar an das Kommunikations-Subsystem angeschlossen werden können.

Also, das war jetzt nur ein ganz grober Überblick. In der Realität gibt es noch einen ganzen Zoo von Komponenten und Schnittstellen zwischen ihnen.

LAN: (Local Area Network): Lokale Netze sind Systeme für den Hochleistungs-Informationstransfer, die es einer Anzahl gleichberechtigter Benutzer ermöglichen, auf einem räumlich begrenzten Gebiet unter Anwendung eines schnellen Übertragungsmediums partnerschaftlich orientierten Datenaustausch hoher Güte durchzuführen. Ein LAN kann grundsätzlich als Bus, Stern oder Ring aufgebaut werden.

Ein einzelnes LAN hat eine maximale Ausdehnung von 10 km. Größere Installationen werden durch die Zusammenschaltung mehrerer LANs entweder direkt durch Brücken oder indirekt durch ein sog. Backbone-Netz erreicht. Ein LAN war früher meist als Bus-Diffusionsnetz mit den oben angegebenen Vorzügen ausgeführt. Der Nachteil eines Busses ist immer der Wettbewerb der einzelnen Teilnehmer um das wechselseitig zu nutzende Übertragungsmedium. Deshalb werden moderne LANs mit Switches aufgebaut. Ein Switch ist ein Gerät, welches den via entsprechender Verbindungen an es angeschlossenen Geräte direkt einen Netzzugang (Port) mittels einer nach oben beschränkten Datenrate ermöglicht. Typische Übertragungsraten sind heute 100 Mbit/s – 10 Gbit/s. Auch wenn es heute schon Chips gibt, die als einzelner integrierter Schaltkreis Switches mit 64 Ports zu je 10 Gbit/s. realisieren können, ist die Portzahl dennoch begrenzt. Man kann aber viele Switches zu einer ganzen Switching-Infrastruktur zusammenschalten, die dann auch als Switching Fabric bezeichnet wird. Von den alten LANs sind eigentlich nur noch die Paketformate aus Kompatibilitätsgründen übrig geblieben. Der einzige heute wirklich verbreitete LAN-Standard ist das sog. Ethernet. Systeme, die ohne Kabel auskommen, gibt es auch: Wireless LANs. Hier werden die Kabelverbindungen durch Funkverbindungen ersetzt. Allerdings müssen sich die Endgeräte hier meist noch einen oder wenige Funk-Kanäle teilen.

Vor zwanzig Jahren gab es noch eine Reihe äußerst unterschiedlicher LAN-Systeme. Mittlerweile hat zum Nutzen der Anwender die Internationale Standardisierung mit dem Standard IEEE 802 (ISO 8802) hier für Ordnung gesorgt; von der anfänglich verwirrenden Vielzahl ist nur noch ein Grundsystem übriggeblieben: das Bus-System mit dem sog. CSMA/CD-Steuerungsverfahren (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (ETHERNET)). Eine unmittelbare technische Abart davon ist das CSMA/CA-(Collision Avoidance)-Steuerungsverfahren, welches unter dem Namen DCF (Distributed Coordination Function) in Wireless LANs eingesetzt wird.

Weitere, in der Literatur auftretende Netze sind das GAN (Global Area Network) mit Satellitenverbindungen und das städtedeckende MAN (Metropolitan Area Network), welches so arbeitet wie ein LAN, nur auf einem größeren Radius und mit mindestens 100 Mbps Übertragungsgeschwindigkeit. Ein sog. Backbone-Netz stellt keine eigene Netzklasse dar, sondern bezeichnet ein System, welches mehrere gegebenfalls unterschiedliche Netze (z.B. LANs) untereinander verbindet und des Weiteren für Direkt-Verbindungen zu Hosts und anderen interessanten Systemen sorgt.

Begriffe im Umfeld von Corporate Networks

Im Zusammenhang mit Netzen, die einem Unternehmen oder einer Organisation gehören und auch von diesen betrieben werden, haben sich eine Reihe weiterer Begriffe etabliert, die den Einsteiger gerne verwirren.

Eigentlich sind derartige Netze mit Ausnahme von meist fremd angemieteten Fernleitungen LANs. Es hat sich aber herausgestellt, dass an diese LANs je nach dem Bereich des Unternehmens, in dem sie zum Einsatz kommen, unterschiedliche Anforderungen ergeben, die sich in unterschiedlicher technischer Behandlung niederschlagen. Beginnen wir beim Herz der unternehmensweiten DV, dem RZ.

Ein RZ-Netz (DC Network, Data Center Network) verbindet Rechner und Speichersysteme innerhalb eines RZs und stellt Schnittstellen für die Nutzung der sich hier ergebenden Rechen- und Systemleistung nach außen bereit. Das RZ-Netz wirkt auf einem übersichtlichen räumlichen Bereich, aber mit sehr hoher Dichte, was die Anzahl der angeschlossenen Systeme betrifft. Da diese Systeme eine sehr hohe Leistung haben, muss das RZ-Netz so konstruiert sein, dass es eine überragende Übertragungsleistung hat. Weitere Anforderungen sind hohe Reaktionsfähigkeit, geringe Latenz (Verzögerung) und hohe Redundanz zur schnellen Umschaltung bei Fehlern. Mit dem Übergang auf virtualisierte Systeme bekommt das RZ-Netz zunehmend die Aufgaben eines Systembusses für die virtuelle Umgebung.

Ein Gelände-Netz (Campus Network) hat grob gesprochen die Aufgabe, die Verarbeitungsleistung des RZs von diesem an die Gebäude zu bringen, wo die Benutzer auf die Leistung zugreifen möchten. Hier ergibt sich durch die unterschiedlichen physischen Organisationsformen von Unternehmen ein enormes Spektrum. Es kann z.B. sein, dass dem Unternehmen das Gelände, auf dem seine Gebäude stehen, gehört. Dann kann das Campus Netz sehr freizügig aufgebaut werden. Im Gegensatz dazu steht die Situation, dass die Gebäude eines Unternehmens oder einer Organisation voneinander isoliert sind und das Campus Network aus lauter Mietleitungen zusammengesetzt werden muss. Meist gibt es eine Mischung dieser Situationen. In jedem Falle sind die Distanzen größer als innerhalb eines RZs, die Anforderungen an die Übertragungsleistung und die Anzahl der Knoten sind jedoch deutlich geringer. Hohe Reaktionsfähigkeit, geringe Latenz und hohe Redundanz sind natürlich weiterhin wünschenswert.

Das Verteilnetz (Access Network) schließlich bringt die Leistung des RZs, die via des Gelände-Netzes über die Gebäude verteilt wurden, schließlich an die Benutzer. Hier hat sich eine Baumstruktur entwickelt, bei der ausgehend von einem Hauptverteiler, der mit dem Campus-Netz verbunden ist, eine mehrstufige Unterverteilung in Etagen, Büros und schließlich Wandsteckdosen (User Outlet, Wall Mounted) entwickelt wird. Dies alles basiert auf einer weitest gehend standardisierten Gebäudeverkabelung. Für die Unterstützung mobiler Benutzer können hier in der letzten Stufe in Ergänzung zur Verkabelung auch Wireless LANs zum Einsatz kommen. Die notwendige Leistung wird durch Anzahl, Art und Leistung der von den Benutzern verwendeten Endgeräte und Anwendungen bestimmt.

Ein Fertigungsnetz (Manufacturing Network) gibt es natürlich nur dann, wenn das Unternehmen auch etwas herstellt. Hier gibt es wieder andere Anforderungen, die unmittelbar durch den Fertigungsprozess und die an ihm beteiligten Geräte bestimmt werden. Neben einer erhöhten Unempfindlichkeit gegen äußere Einflüsse (Schmutz, Wasser, Stoß, elektromagnetische Strahlungen…) können das auch extrem schnelle Reaktion auf Unterbrechungen und die Einbindung spezieller Geräte (z.B. CNC-Steuerungen) sein.

« Teil 1: Daten- und Rechnernetze: Einführung und AufgabenTeil 3: Grundkomponenten der Datenübertragung »


zugeordnete Kategorien: LAN
zugeordnete Tags:

Sie fanden diesen Beitrag interessant? Sie können



Anmerkungen, Fragen, Kommentare, Lob und Kritik:

Ihre E-Mail-Adresse wird nicht veröffentlicht. Erforderliche Felder sind mit * markiert.

*

.