In diesem Artikel werden einige grundlegende Informationen vorgestellt und einführend erklärt. Es werden Beispiele für unterschiedliche Netzwerkarchitekturen gegeben und typische Netzwerkhardware (meist am Beispiel des Ethernets) angesprochen.

OSI 7-Schichtenmodell

Beim Verständnis eines Computernetzwerkes ist das OSI 7-Schichtenmodell sehr hilfreich. In diesem Modell wird die Kommunikation zwischen zwei Rechner in verschiedene Schichten (englisch Layer) aufgeteilt, die jeweils unterschiedliche Aufgaben wahrnehmen.

Bitübertragungsschicht (1)

Fangen wir unten an: In Schicht 1 werden die pyhsikalischen Gegebenheiten für die Datenübertragung behandelt. Beispielsweise die Eigenschaften des Mediums (Glasfaser oder Kabel), Übertragungsgeschwindigkeiten (10 Mbit/s oder mehr), Kodierung, Pegel und so weiter. Diese Schicht ist sehr eng mit der zweiten Schicht verbunden und wird manchmal auch mit ihr zusammengefaßt (beispielsweise bei TCP/IP).

Sicherungsschicht (2)

Hier wird sichergestellt, daß die übertragenen Daten auch fehlerfrei ankommen und im Zweifelsfall neu angefordert werden. Dadurch können alle höheren Schichten einfach davon ausgehen, daß die Daten fehlerfrei sind. Gewährleistet wird dies unter anderem durch Prüfsummen und Synchronisation.

Vermittlungsschicht (3)

Bis jetzt ist die direkte Verbindung zwischen zwei Rechnern möglich. Erst durch die Vermittlungsschicht kann ein Datenstrom über mehrere Zwischenstationen weitergeleitet werden, wie es beispielsweise bei Token-Ring Netzen notwendig ist.

Transportschicht (4)

Diese Schicht liegt schon relativ weit oben und abstrahiert von den Leveln darunter. Wird die Kommunikation über mehrere Zwischenstationen geleitet, muß nur in den beiden Endstationen die Transportschicht benutzt werden. Hier wird auch sichergestellt, daß die Daten unverfälscht sind.

Kommunikationssteuerschicht (5)

Während die unteren 4 Schichten sich praktisch nur mit dem Netzwerk ansich beschäftigen, haben die darüber liegenden Schichten mehr mit den Applikationen zu tun, die das Netzwerk nutzen. In der Kommunikationssteuerschicht werden die Verbindungen auf- und abgebaut und es wird festgelegt, welcher Art die Verbindung ist (Einweg, Zweiweg abwechselnd oder senden und empfangen gleichzeitig). Diese Schicht ist die niedrigste, die mit Applikationen direkt in Berührung kommen kann.

Darstellungsschicht (6)

Diese Schicht ist die erste, die sich sozusagen mit dem Inhalt der Daten beschäftigt und dafür sorgt, daß der Informationsinhalt selbst nicht verändert wird. Hier wird beispielsweise dafür gesorgt, daß verschiedene Zeichensätze wie ASCII und EBCDIC richtig umkodiert werden. Ein anderes Beispiel wäre die Umwandlung von BCD in normale Integerzahlen.

Anwendungsschicht (7)

In der obersten Schicht geht es, wie der Name schon andeutet, hauptsächlich um die Anwendungen. Sie stellt die Dienste zur Verfügung, die es ermöglichen, Programme weitgehend unabhängig von Netzhardware und -software zu erstellen.

Netzwerktopologie

Ein lokales Netzwerk kann physikalisch recht unterschiedlich aufgebaut werden. Verbreitet sind Bus-, Stern- und Ringtopologien.

Bus

Typisches Beispiel für eine Bustopologie ist das 10 Mbit Ethernet über Koaxialkabel. Ein durchgehendes Kabel mit zwei definierten Endstücken bildet den Bus, die einzelnen Rechner werden über T-Stücke an den Bus angeschlossen.

Stern

In der Sterntopologie sind alle Rechner mit einem zentralen Gerät verbunden. Das Ethernet über Twisted-Pair Kabel ist ein bekanntes Beispiel für einen Stern, von jedem Rechner geht ein Kabel zu einem Hub oder Switch.

Ring

Die ringförmige Anordung ist heutzutage eher selten geworden. Dabei hat jeder Rechner einen Aus- und einen Eingang, die jeweils mit einem Nachbarrechner verbunden sind. Will der Rechner eine Kommunikation mit einem weiter entfernten Rechner aufbauen, muß er zuerst über seinen Ausgang eine Mitteilung an den Eingang seines Nachbarn schicken, der wiederum zum nächsten in der Kette usw.
Ein Problem dabei ist, daß kein Rechner dabei ausfallen darf, weil sonst die Kette unterbrochen ist und jede Kommunikation unmöglich geworden ist.
Um das zu verhindern, werden sowohl Ein- und Ausgang mit einem zentralen Gerät verbunden, das erkennen kann, wenn ein Rechner ausfällt, und ihn entsprechend überbrückt. Dadurch erscheint das System von außen wie eine Sterntopologie.

Ethernet

In der zweiten Schicht des 7-Schichtenmodells fällt die Entscheidung, auf welche Weise die Datensicherheit gewährleistet wird und wie auf das Medium zugegriffen wird. Auf englisch nennt man das Medium Access Control oder kurz MAC. Eine der häfigsten Methoden dafür ist CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). Diese Methode wird vom Ethernet benutzt, die zur Zeit verbreitetste Technologie in lokalen Netzwerken.
CSMA/CD heißt: Eine Station (ein Rechner, bzw eigentlich nur eine Netzwerkkarte), die etwas senden will, horcht auf der Leitung, ob schon jemand anders sendet. Ist das nicht der Fall, beginnt sie zu senden (CSMA). Nun kann es aber passieren, daß gleichzeitig eine andere Station angefangen hat zu senden. Da aber beide weiterhin an der Leitung lauschen, erkennen sie diese Kollision (Collision Detection) und beenden die Sendung. Nach einer mehr oder weniger zufällig gewählten Zeitspanne versuchen sie es erneut.

Jede Ethernetstation (z.B. eben eine Netzwerkkarte) bekommt vom Hersteller eine 6 Bytes lange Nummer, die weltweit einmalig sein sollte. Diese Nummer nennt man MAC-Adresse und sie ist in jeder Art Netzwerksoftware (ob nun IPX, TCP/IP oder NETBIOS) entscheidend zum Funktionieren. Als Anwender merkt man davon selten etwas, weil sie von den höheren Schichten verborgen wird und man sie dadurch ignorieren kann.

Ethernet-Untertypen

Ethernet gibt es in mehreren Varianten, die sich in Übertragungsgeschwindigkeit und Verkabelung unterscheiden. Die beiden Koaxialstandards heißen 10Base5 (Thick Ethernet) und 10Base2 (Thin Ethernet). In kleinen Heimnetzwerk war vor allem Thin Ethernet mit den RG58 Koaxialkabeln verbreitet. Die 10 steht für die Datenrate von 10 Mbit/s.
Außerdem gibt es 10BaseT, 100Base-X (auch genannt Fast Ethernet) und inzwischen schon Ethernet mit 1000 Mbit/s, wahlweise über Twisted Pair Verkabelung oder Glasfaser.

Netzwerkhardware

Die hier beschriebene Hardware bezieht sich meistens auf ein Ethernet mit Twisted Pair Verkabelung, weil das die häufigste Variante ist. Es werden unterschiedliche Geräte beschrieben, die es ermöglichen, die maximale Ausdehnung des Netzes zu vergrößern oder mehrere Stationen zusammenzuschalten.

Repeater

Eines der einfachsten Geräte ist ein Repeater. Im Prinzip ist das nur ein Verstärker, der die Signale wieder auf den Sollpegel anhebt und damit erlaubt, das Netz etwas zu verlängern. Welche Art von Protokoll über das Netz läuft, ist dem Repeater dabei egal, er arbeitet nur in den untersten Schichten des OSI Modells.

Hub

Technisch ist ein Hub ein Multiportrepeater. Auch der Hub verstärkt nur die Signale und ist unabhängig vom Protokoll. Die Gesamtbandbreite aller Anschlüsse eines Hubs entspricht auch nur der Bandbreite eines Anschlusses. Laufen also mehrere exklusive Verbindungen über den Hub, bleibt für jede dieser Verbindungen nur ein Teil der maximalen Bandbreite übrig. Prinzipbedingt können Hubs auch nur Halbduplex, jedes angeschlossene Gerät kann also nur entweder senden oder empfangen, aber nicht geichzeitig.
Ein Sonderfall sind die 10/100 Switching Hubs. Diese Geräte verbinden das 10Mbit Segment mit dem 100Mbit Segment über eine intere Bridge. Ethernet mit 10 und 100Mbit unterscheidet sich nämlich nicht nur in der Geschwindigkeit, sondern auch in der Art der Codierung und Fehlerkorrektur. Aber auch bei einem 10/100er Hub ist die Maximalbandbreite nur 100Mbit.

Switch

Ein Switch ist in einer höheren Schicht angeordnet als ein Hub. Er verbindet nicht alle Anschlüsse blind miteinander, sondern nur die Stationen, die auch etwas voneinander wollen. Wenn also ein Rechner große Datenmengen von einem anderen zieht, bekommen diese beiden vom Switch eine exklusive Verbindung zur Verfügung gestellt. Alle anderen Rechner im gesamten Netzwerk haben weiterhin die volle Bandbreite, solange sie nicht in Verbindung mit einem der beiden treten wollen.
Soweit die Theorie. Tatsächlich hat ein Switch eine interne Maximalbandbreite und jede Verbindung verbraucht etwas davon. Ist diese maximale Bandbreite des Switches aufgebraucht, können neue Verbindungen auch nicht mehr die volle Leistung bekommen. Unter anderem ist die Maximalbandbreite des Backbones eines der Merkmale, die die stark unterschiedlichen Preise zwischen verschiedenen Switches erklären.
Weiterhin haben viele (teure) Switches noch konfigurierbare Ports, so daß z.B. an einem Port nur eine ganz bestimmte Netzkarte angeschlossen werden darf. Es gibt noch viele andere Möglichkeiten, die hier aber nicht weiter behandelt werden sollen.

Router

Mit einem Router kann man Netzwerke verbinden, bei TCP/IP zum Beispiel unterschiedliche Subnetze. Der Name kommt von der Fähigkeit, Netzwerkpaketen eine Route zu einem anderen Netz zu bieten. Im Normalfall kann ein Rechner nur andere Rechner im gleichen Netzwerk finden, erst durch den Router kann man auf andere Netzwerke zugreifen.
Wenn man sich ins Internet einwählt, wird einem vom Provider automatisch ein Router zugeteilt, über den man dann in andere Netze kommt. Im Schichtenmodell arbeitet der Router in der Vermittlungsschicht.

Gateway

Das höchste in der Netzhierarchie ist ein Gateway, er ist in der Lage, völlig unterschiedliche Netzwerke mit ganz anderen Protokollen zu koppeln. Im Schichtenmodell ist er dementsprechend auch in der obersten Schicht angesiedelt. Ein Gateway kann auch das Format von Nachrichten (z.B. unterschiedliche Zeichensätze) umwandeln.
In den Windows Netzwerkeinstellungen kann man zwar einen Gateway eintragen, aber eigentlich ist dort ein Router gemeint.