Rechnernetze

In der heutigen Zeit existieren fast keine Geräte und Computer mehr, die nicht in irgendeiner Form miteinander vernetzt sind. Unterdessen (resp. schon längere Zeit) kann man auch Waschmaschinen, Kaffeemaschinen und Staubsauger mit dem Internet verbinden (IoT, Internet of Things).

Lassen wir die IoT-Geräte mal aussen vor, dann ist die Chance gross, dass es bei Ihnen zu Hause irgendwie so aussieht:

Ein (fast) typisches Heim-Netzwerk

Haben Sie sich schon mal gefragt, weshalb man von Big Data spricht? Ja klar, weil eben big, also gross oder viel. Na, aber woher stammen denn die vielen Daten?

Beispielsweise von irgendwelchen Geräten, welche im Netz hängen. Hier sehen Sie ein winzig kleines Netzwerk, bestehend nur aus ein paar Temperatursensoren und Heizungsreglnern. Haben Sie eine Mutter oder einen Vater, die auf solche Gadgets stehen, steht die Chance gut, dass es bei Ihnen zu Hause so aussieht:

Jeder dieser Geräte hängt in Ihrem lokalen Netzwerk. Aber meist hängen diese Geräte auch alle im Internet, häufig mit der Cloud der Herstellerfirma verbunden. Und jedes dieser Geräte liefert im Sekunden- oder Minutentakt Informationen. Und diese Informationen werden irgendwo an einen resp. mehrere Server geschickt und gespeichert.

In der Schweiz haben wir etwa 4 Millionen Haushalte. Wenn wir von einer Million ausgehen, welche 5 Sensoren zu Hause haben (im obigen Bild haben wir 12 Geräte…), welche am Internet angeschlossen sind, kommen wir etwa auf die folgende Rechnung:

Ihre Notebook hat einen Speicher von entweder 500 GB oder 1 TB. Eine 5 TB-Festplatte kostet aktuell um 150 Stutz. Dann sind die 120 TB pro Jahr doch noch ziemlich eindrücklich…für ein paar lumpige Temperaturdaten.

Das Wachstum der Daten auf der ganzen Welt wird übrigens wie folgt geschätzt:

Volumen der jährlich generierten/replizierten digitalen Datenmenge weltweit von 2010 bis 2024 und Prognose für 2029 (in Zettabyte) (Quelle: Statista)

Big Data ist unvorstellbar gigantisch. Und nur mal so als Hinweis: ein Grossteil davon stammt aus unseren Daten, mit welchen Firmen Geld verdienen. Einfach, dass wir das auch wieder mal geklärt haben🤪.

Aber verlassen wir diesen Exkurs wieder und kommen zurück zum eigentlichen Thema.

Häufig spricht man von einer Client-Server-Architektur. In einem Netzwerk gibt es immer zwei Rollen:

• Clients, das sind Geräte, die Daten von einem Server anfordern
• Server, die die angeforderten Daten an einen Client liefern

Umgangssprachlich versteht man unter einem Client ein Notebook oder Desktop-PC und unter einem Server eine grosse Kiste, die im Keller läuft.

Das stimmt im Grundsatz, weil meist eben ein Notebook irgendeine Ressource auf dem Server im Keller anfrage. Ein gutes Beispiel dafür ist smartlearn: diese Web-Applikation läuft in der Tat auf einem Server bei uns im Keller. Und wir rufen mit unseren Notebooks die Seite auf, das heisst, wir fragen Informationen an, der Server liefert uns eine Antwort (die smartlearn-Webseite).

In Wirklichkeit kann aber auch unser Notebook gelegentlich Server spielen, wenn nämlich ein anderes Notebook auf unser Notebook zugreift. Oder ein Server spielt gelegentlich auch die Rolle eines Clients, beispielsweise dann, wenn er Updates vom Server von Microsoft abholt.

Wenn wir Daten „aus dem Internet“ holen, beispielsweise einen Film streamen oder eine Datei herunterladen, dann ist es nicht so, dass diese Datei an einem Stück beispielsweise von Kalifornieren auf unseren Computer heruntergeladen werden.

Wenn Sie bei Ikea grossen Artikel nach Hause liefern lassen (z.B. ein Schrank), dann ist die Chance sehr gross, dass dieser Artikel in mehreren Paketen geliefert wird. Im besten Fall liefert Ihnen die Post alle Pakete auf einmal. Es kann aber auch mal vorkommen, dass ein Paket separat mit einem anderen Fahrzeug geliefert wird.

Im Internet ist es genau gleich. Eine Nachricht, ein Dokument, eine Datei, etc. gelangen vom Server zum Client über ganz unterschiedliche Routen zum Client, der die Ressource angefordert hat. Das können Sie sich wie folgt vorstellen:

Um die optimalen Routen zu finden (möglichst rasch und ausfallsicher), existieren Algorithmen.

Es gibt noch ein paar Abkürzungen, die Sie verstehen sollten.

Ein LAN ist ein sog. lokales Netzwerk (local area network) und nichts anderes, als das Netzwerk bei Ihnen oder mir zu Hause oder das Netzwerk in der Lerbermatt. Wenn sich Ihre Notebook im LAN befindet, heisst das noch lange nicht, dass Sie damit auch ins Internet können. Beispielsweise könnten Ihre Eltern die Verbindung ins Internet unterbrechen, damit Sie nicht ständig am Gamen sind mit Steam (was natürlich nur rein hypothetisch ist😆). Innerhalb des LANs können Sie aber auf die anderen Geräte zugreifen, beispielsweise drucken oder einen Film reinziehen vom NAS im Keller.

Wie genau die Verbindung ins Netzwerk passiert, ob mit einem Kabel oder über WLAN, ist damit noch nicht geklärt. Wenn Sie aber über WLAN verbunden sind, dann sind Sie eben Wireless im LAN, also kabellos. Vielleicht sind bei Ihnen zu Hause alle Geräte wireless im LAN, aber vielleicht einige auch nicht. Beispielsweise den schnellen Game-PC schliesst man häufig über ein Kabel an, damit der Internet-Zugriff schneller ist (WLAN ist in den meisten Fällen langsamer als eine LAN-Verbindung). Sie sehen übrigens, dass ich ich grad irgendwie widersprochen habe. Einerseits meint man mit LAN einfach ein lokales Netzwerk. Wenn ich aber von LAN-Verbindung spreche, dann spreche ich konkret davon, dass ich mein Gerät mit einem Kabel ans Netzwerk verbunden habe.

Es gibt noch den alten, heute nicht mehr üblichen Begriff des MAN, welcher aber in Büchern zu Netzwerktechnologien immer noch auftaucht. Er definiert ungefähr ein städtisches Netzwerk. Beispielsweise die Stadt Bern hat diverse Standorte, wo ihre Mitarbeitenden arbeiten. An den verschiedenen Standorten befindet sich jeweils ein LAN. Diese LANs sind natürlich alle untereinander verbunden. Einerseits nennt man diese Verbindungen MAN, andererseits auch das gesamte Netzwerk aus LANs, welches „das Netz der Stadt Bern“ beschreibt.

Wenn Sie mal ein Notebook kaufen und dort steht was von: das Notebook könne auch WWAN, dann ist das nichts anderes, als ein Wireless WAN. Das gibt es aber in der Art so gar nicht. Gemeint ist damit lediglich, dass Sie im Notebook eine SIM-KArte eines Providers (z.B. Swisscom, Mucho, etc.) einbauen können und so direkten Zugriff ins Internet haben, ohne sich an der Schule im WLAN zu befinden. Das ist übrigens das Gleiche, wie wenn Sie mit Ihrem Notebook über Ihr Smartphone als Hotspot ins Internet gehen. Vorteil eines WWAN-fähigen Notebooks: Sie vergeuden nicht den Akku des Smartphones für den Internet-Zugang.

Alle Geräte im Internet (also Ihr Notebook, mein Notebook, der smartlearn-Server, Ihr Netzwerkdrucker zu Hause, etc.) werden Host genannt. Und jeder Host hat einen Hostnamen. Dieser muss nicht im Internet einmalig sein, aber innerhalb eines lokalen Netzwerks (dazu später) sollte das schon so sein, sonst gibt es entweder Fehlermeldungen oder komische Effekte.

Innerhalb eines lokalen Netzwerks kommunizieren die verschiedenen Geräte untereinander und beziehen sich dabei unter anderem auf die Hostnamen.

Sie haben zu Hause ja sicher auch Internet-Zugang. Da stellt sich die Frage, wie das läuft.

Gehen Sie mal im Wohnzimmer oder im Keller schauen. Irgendwo sollte eine Box stehen mit verschiedenen Anschlüssen. Hier sehen Sie als Beispiel die Internet-Box von Wingo:

Wingo Internet-Box (Quelle: Wingo Internetbox 4)

Ihr Gerät wird auch ähnlich aussehen. Sie sind zwar vielleicht nicht bei Wingo, sondern bei Quickline, Swisscom, Yallo, Sunrise, etc., aber die Kästen sind immer etwa ähnlich.

Das, was Sie im obersten Bild als separeten Switch sehen, sind hier die vier resp. fünf markierten Anschlüsse.

Sie werden später noch ein wenig was zu Switch und Router lesen.

• Ein Switch verbindet einfach die Geräte in einem lokalen Netzwerk miteinander.
• Ein Router hingegen verbindet zwei fremde Netzwerke miteinander. In diesem Fall Ihr Netzerk zu Hause mit dem Netzwerk von Swisscom & Co.