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Meinels Web-Tutorial: LANs - Der Grundbaustein des Internets

Kaum ein Rechner steht noch für sich. Doch wie gelingt es, zum Beispiel tausende Firmenrechner zu einem großen Netzwerk zusammenzuschließen? Die LAN-Technologie macht es möglich.
Netzwerkrouter mit eingesteckten LAN-KabelnLaden...

Wie schon besprochen, das Internet ist (nur) die mittels Software, der Kommunikationsprotokolle, erzeugte Illusion eines einheitlich zusammenhängenden Netzwerks. Oder anders gesagt: Das Internet ist ein virtuelles Computernetzwerk. Es besteht aus vielen Millionen unterschiedlicher und unabhängiger Netzwerke, die über dezidierte Zwischensysteme – Router, Gateways, … – miteinander verbunden sind und dank der Internettechnologie des »Internetworking« als einheitliches Netzwerk erscheinen. Sein Grundbaustein aber sind die lokalen Computernetzwerke, die so genannten »Local Area Networks« oder LANs.

Wie der Name schon sagt, ist ein LAN ein Netzwerk, das Rechner und andere Geräte in enger räumlicher Nachbarschaft – lokal – miteinander verbindet. LANs können sich von wenigen Metern bis zu einem Umkreis von mehreren hundert Metern erstrecken, wir kennen sie als Home-Netzwerke, als WLANs oder als Firmennetzwerke. LANs sind private Netzwerke, jeder kann sich ein solches Netzwerk einrichten, ohne einen Antrag zu stellen oder eine Lizenz erwerben zu müssen. Im Gegensatz zu Punkt-zu-Punkt-Verbindungen nutzen alle Rechner des LAN eine gemeinsame Netzinfrastruktur, was die Effizienz bei der Nutzung der Infrastruktur für die Datenübertragung erhöht. Um einen Rechner an ein LAN anzuschließen, braucht man spezielle Hardware – so genannte Netzwerkkarten.

Selbst die Koordinierung von Datenübertragung und Datenempfang für wenige Rechner in einem LAN ist nicht trivial. Zur Datenübertragung in einem lokalen Netzwerk hat sich das »Broadcasting«-Prinzip durchgesetzt. Dabei werden wie bei Rundfunk und Fernsehen die Datenpakete gleichzeitig an alle Rechner gesendet. Damit die am LAN angeschlossenen Rechner wissen, für wen das Datenpaket bestimmt ist, muss jedes Datenpaket sowohl mit einer Absenderinformation als auch mit einer Empfängeradresse ausgestattet werden. Bei jedem empfangenen Datenpaket muss der Rechner (beziehungsweise seine Netzwerkkarte) prüfen, ob die Adresse des Datenpakets die eigene ist. Wenn ja, verarbeitet er das Paket. Wenn es an einen anderen Rechner adressiert ist, verwirft er es.

Jeder Rechner (genauer: jede Netzwerkkarte) hat in einem LAN eine eigene, im Netzwerk eindeutige Adresse, sonst kann die Kommunikation innerhalb des Netzwerks nicht funktionieren. Adressen sind dabei je nach verwendeter Netzwerktechnologie normierte Zeichenfolgen. Falls ein Rechner mit mehreren Netzwerken verbunden ist, muss er an jeder Netzwerkschnittstelle über eine eigene Adresse verfügen. Die Netzwerkkarten fungieren jedoch nicht nur als »Türsteher«, die entscheiden, welches Datenpaket hineindarf und welches nicht, sie verschicken ihrerseits auch Datenpakete an die anderen Netzteilnehmer. Dazu statten sie sie mit der jeweiligen Adressinformation aus. Datenpakete können dabei an Individualadressen für eindeutig bestimmte Einzelrechner adressiert werden, an so genannte Multicast-Adressen, also an gemeinsame Gruppenadressen für mehrere Rechner, oder an die Broadcast-Adresse – das heißt an alle Rechner des LANs.

Die eindeutigen Adressen der Netzwerkschnittstellen werden auch MAC-Adressen (Media Access Control) genannt. Diese sind entweder statisch durch den Hersteller der Netzwerkkarten bestimmt und global einzigartig, oder sie werden durch die Administratoren eines LAN wie zum Beispiel in einem Firmennetzwerk selbst konfiguriert. Auf einem dritten Weg kann die Netzwerkkarte bei jedem Neustart dynamisch eine neue MAC-Adresse generieren und diese nach einem Check – ist die Adresse im LAN noch frei? – nutzen. Natürlich müssen sich die Adressen und die Adresstypen an einem gemeinsamen, international festgelegten Standard orientieren. Im Fall der LANs ist dieser Standard vom US-amerikanischen Institute of Electrical and Electronics Engineers (IEEE) im 802-Adressschema festgelegt. Er schreibt eine MAC-Adresslänge von entweder 16 oder 48 Bit vor.

Lokale Netzwerke stoßen immer auf das Problem, dass mit größer werdender Entfernung die (Broadcasting-)Signalstärke schwächer wird. Egal, ob es sich um Kupfer- oder Glasfaserleitungen handelt oder die Übertragung drahtlos geschieht, die physikalischen Widerstände schwächen die Kommunikationssignale zwischen den einzelnen Netzwerkrechnern mit zunehmendem Abstand ab. Um dem entgegenzuwirken, können verschiedene LAN-Erweiterungselemente ins Spiel kommen.

LAN-Repeater beispielsweise können nach bestimmten Entfernungen in Kupfer- und Glasfaserleitungen eingesetzt werden, um die sich abschwächenden Signale wiederaufzufrischen. Mit so genannten Hubs können LAN-Segmente miteinander verbunden werden bei Nutzung des gleichen Übertragungsmediums. Vermittels optischer Modems können mehrere kupferkabelbasierte Netzwerke auch über eine längere Distanz mit Glasfaserleitungen verbunden werden. Die hierbei zur Übertragung verwendeten Lichtsignale schwächen sich weniger stark ab als die elektrischen Signale in den kupferkabelbasierten Netzwerken. So können beispielsweise zwei Firmengebäude auch über eine größere Distanz in einem LAN verbunden werden. Mit Hilfe von Switches kann man verschiedene LAN-Segmente miteinander verbinden, die dann trotz jeweils eigener Broadcasting-Bereiche miteinander kommunizieren. Mit Bridges hingegen können auch technologisch verschiedene LANs mit ihren je eigenen Standards verbunden werden. Sie helfen zudem, die Lastverteilungen zwischen Netzwerken zu koordinieren sowie einzelne LAN-Bereiche zum Beispiel aus Sicherheitsgründen abzukapseln. Bridges sind dabei eigene Rechner mit Netzwerkhardware, die die »Sprachen« aller Netzwerke verstehen, die sie verbinden.

Immer wichtiger werden heute die allgegenwärtigen kabellosen Netzwerke. Aber auch das sind LANs, deren Funktionsweise wir in der nächsten Kolumne besprechen wollen.

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