Netzwerkkarte (NIC)
Die Netzwerkkarte (Network Interface Card) ist die Schnittstelle, über die ein Gerät (wie ein PC oder Server) mit dem Netzwerk kommuniziert. Jede Netzwerkkarte hat eine eindeutige MAC-Adresse, die zur Identifikation des Geräts dient.
PC/Server
Die PCs und Server sind die Endgeräte im Netzwerk. PCs werden von den Benutzern genutzt, um auf Ressourcen zuzugreifen oder im Internet zu surfen. Der Server stellt spezielle Dienste wie Datei- oder Webdienste bereit.
Switch
Der Switch verbindet alle Geräte im lokalen Netzwerk (LAN). Er leitet Datenpakete intelligent an das richtige Ziel weiter, indem er die MAC-Adressen der Netzwerkkarten kennt.
Ethernet-Kabel (CAT5)
Das Ethernet-Kabel (Kategorie 5) verbindet die Geräte physisch mit dem Switch und ermöglicht die Datenübertragung. CAT5-Kabel können Geschwindigkeiten von bis zu 1000 Mbit/s (Gigabit Ethernet) unterstützen.
Router
Der Router verbindet das lokale Netzwerk mit dem Internet (WWW oder WAN). Er übersetzt lokale IP-Adressen in eine öffentliche IP-Adresse und regelt, welche Daten ins Internet gesendet und aus dem Internet empfangen werden.
Über den Router gelangen die Daten ins WAN (Wide Area Network) oder ins Internet (WWW), wodurch die PCs und Server mit der Außenwelt kommunizieren können.
Folgende Endgeräte können in einem Netzwerk verwendet werden:
- Desktop-PCs sind in Büros oder zuhause weit verbreitet und bieten meist hohe Rechenleistung.
- Laptops (einschließlich Netbooks) sind Tragbare Geräte, die flexiblen Einsatz ermöglichen und über eine integrierte Netzwerkkarte (WLAN und/oder Ethernet) verfügen.
- Smartphones sind Mobile Geräte, die über WLAN oder mobile Datenverbindungen Zugang zum Netzwerk erhalten.
- Tablets sind ähnlich wie Smartphones, jedoch mit größerem Bildschirm und ebenfalls häufig im mobilen Einsatz.
Damit die Endgeräte effektiv arbeiten können, sind verschiedene Arten von Software notwendig:
- Betriebssysteme wie Windows, Linux und MacOS sind die gängigen Betriebssysteme, die die Basis für den Betrieb der Geräte bilden.
- Lokale Programme werden direkt auf dem Gerät installiert und ausgeführt, z. B. Textverarbeitungsprogramme wie MS Word, Bildbearbeitungstools wie Gimp oder Spieleplattformen wie Steam.
- Netzwerk-Programme sind Programme, die speziell für die Kommunikation über das Netzwerk genutzt werden, z. B. Webbrowser, Mail-Clients oder FTP-Clients.
In einem Netzwerk kann die Kommunikation auf unterschiedliche Arten erfolgen:
- Peer-to-Peer, hier sind alle Geräte sind gleichberechtigt und können direkt miteinander kommunizieren, ohne einen zentralen Server.
- Bei Client-Server übernehmen Server eine zentrale Rolle, die Dienste bereitstellen, und die Clients greifen auf diese zu.
- Bei Unicast läuft Kommunikation zwischen zwei spezifischen Geräten (1:1).
- Bei Multicast sendet ein Gerät an eine Gruppe von Empfängern (1:n).
- Und bei Broadcast wird eine Nachricht an alle Geräte im Netzwerk gesendet (1:alle).
Server sind speziell für den Dauerbetrieb und die Bereitstellung von Diensten ausgelegt. Wichtige Eigenschaften sind:
- Leistungsfähigkeit:
Server verfügen über leistungsstarke Hardware, um große Datenmengen zu verarbeiten und viele Anfragen gleichzeitig zu bedienen. - Virtualisierungen:
Mithilfe von Virtualisierung können mehrere virtuelle Server auf einer einzigen physischen Maschine betrieben werden, was Ressourcen spart und die Flexibilität erhöht. - Hohe Verfügbarkeit (High Availability):
Server sind darauf ausgelegt, eine möglichst hohe Betriebszeit zu gewährleisten. Dies wird durch Redundanz (z. B. mehrere Netzteile, Festplatten im RAID-Verbund) und Failover-Mechanismen erreicht.
Netzwerkkarten sind essenziell für die Verbindung eines Geräts mit dem Netzwerk. Sie stellen die physische und logische Verbindung her:
- Früher wurden Netzwerkkarten oft als separate Erweiterungskarten (z. B. PCI-Karten) verwendet, die in den Computer eingebaut werden mussten.
- Heute sind sie meist direkt auf dem Mainboard integriert und unterstützen sowohl kabelgebundene (Ethernet) als auch drahtlose Verbindungen (WLAN).
Netzwerkkarten übernehmen mehrere wichtige Funktionen in der Netzwerkkommunikation:
- Sie stellen die physische Verbindung zum Netzwerk über einen Anschluss her, z. B. einen RJ-45-Port für Ethernet-Kabel.
- Netzwerkkarten unterstützen Protokolle wie CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), die sicherstellen, dass die Datenübertragung in gemeinsam genutzten Netzwerken (z. B. bei Ethernet) effizient und ohne Datenkollisionen erfolgt.
Ohne eine Netzwerkkarte könnten Computer, Server und andere Endgeräte weder Daten senden noch empfangen. Sie sorgen dafür, dass Geräte innerhalb eines Netzwerks kommunizieren und auf externe Ressourcen wie das Internet zugreifen können.
Die Verbindung der Netzwerkkarten und anderer Netzwerkgeräte erfolgt meist über ein Ethernet-Kabel, die aus verdrillten Kupferdrahtpaaren bestehen (Twisted-Pair-Kabel). Diese Bauweise reduziert elektromagnetische Störungen und verbessert die Signalqualität.
Ethernet-Kabel werden je nach ihrer Leistungsfähigkeit in verschiedene Kategorien eingeteilt. Wobei Heutzutage meist Kabel der Kategorie 5 (CAT5) oder höher verwendet werden, wie z. B. CAT5e, CAT6 oder CAT7.
CAT5-Kabel unterstützen Geschwindigkeiten von bis zu 1 Gbit/s (Gigabit-Ethernet) und sind für die meisten Heim- und Unternehmensnetzwerke ausreichend.
In Gebäuden werden Ethernet-Kabel häufig über Patchfelder in einem Netzwerkschrank zusammengeführt, wodurch ein zentraler Verteiler entsteht.
Diese Struktur ermöglicht eine saubere und flexible Netzwerkverkabelung, da Änderungen einfach am Patchfeld vorgenommen werden können.
Switches sind zentrale Verteiler in einem Netzwerk und verbinden mehrere Geräte miteinander. Sie sorgen dafür, dass Datenpakete nur an das Zielgerät weitergeleitet werden, wodurch die Effizienz und Geschwindigkeit der Kommunikation im Netzwerk erhöht wird.
Früher wurden für die Verbindung von Geräten Hubs verwendet, die Daten an alle Geräte gesendet haben, was zu mehr Kollisionen im Netzwerk führte. Switches haben Hubs abgelöst, da sie gezielt Datenpakete an das richtige Gerät weiterleiten können.
Switches existieren in verschiedenen Ausführungen:
- Layer-2-Switch: Arbeitet auf der Sicherungsschicht (Layer 2) des OSI-Modells und leitet Daten anhand der MAC-Adressen weiter.
- Multilayer-Switch: Ein solcher Switch, wie z. B. ein Layer-3-Switch, kann zusätzlich auf der Vermittlungsschicht (Layer 3) arbeiten und Router-Funktionen übernehmen.
Switches werden fast ausschließlich in LAN-Umgebungen (Local Area Networks) eingesetzt, um Geräte innerhalb eines lokalen Netzwerks miteinander zu verbinden.
Router sind essenzielle Bindeglieder zwischen verschiedenen Netzwerken, sie verbinden z. B. ein lokales Netzwerk (LAN) mit dem Internet (WAN). Sie werden auch als Gateway bezeichnet, da sie den Zugang zwischen verschiedenen Netzwerken ermöglichen. Router fungieren als „Pfadfinder“, indem sie den besten Weg für Datenpakete ermitteln, damit diese ihr Ziel über verschiedene Netzwerke hinweg erreichen.
Router können verschiedene Bereiche miteinander verbinden:
- LAN-Segmente sind unterschiedliche Netzwerke innerhalb eines Gebäudes oder eines Unternehmens.
- Über VPN-Verbindungen oder Standleitungen können Router Netzwerke an unterschiedlichen Standorten verbinden.
- Die Hauptaufgabe eines Routers in vielen Netzwerken ist es, den Zugriff auf das Internet bereitzustellen.
Fazit
In einem Netzwerk arbeiten verschiedene physische Komponenten zusammen, um eine reibungslose Kommunikation zwischen den Geräten zu ermöglichen. Jede dieser Komponenten hat eine klar definierte Aufgabe:
- Netzwerkkarten (NICs) stellen die Schnittstelle zwischen Geräten und dem Netzwerk her, indem sie Daten empfangen und senden.
- Endgeräte wie PCs, Laptops und Server dienen als Benutzerplattformen und bieten je nach Rolle unterschiedliche Dienste an.
- Switches verbinden die Endgeräte innerhalb eines lokalen Netzwerks (LAN) und sorgen für eine effiziente Datenweiterleitung.
- Ethernet-Kabel gewährleisten die physische Verbindung und die Übertragung von Daten mit hoher Geschwindigkeit.
- Router verbinden lokale Netzwerke mit anderen Netzwerken, insbesondere mit dem Internet, und sorgen dafür, dass Datenpakete den richtigen Weg finden.
Diese physische Infrastruktur bildet die Grundlage für alle Arten von Netzwerken, sei es in kleinen Heimnetzwerken oder großen Unternehmensumgebungen. Das Zusammenspiel dieser Komponenten sorgt dafür, dass Daten sicher und effizient übertragen werden, unabhängig davon, ob sie lokal oder weltweit gesendet werden.
Für angehende Fachinformatiker ist das Verständnis dieser grundlegenden Komponenten essenziell, da sie die Basis für fortgeschrittene Themen wie Netzwerksicherheit, Routing und Virtualisierung bildet. Die physische Netzwerkinfrastruktur mag zwar oft unsichtbar sein, doch ohne sie gäbe es keine digitale Kommunikation, wie wir sie heute kennen.