DriveCon-Lexikon
Was ist ein Netzwerk?
Ein Netzwerk ist eine Verbindung mehrerer Endgeräte, die miteinander kommunizieren, um Daten auszutauschen. Diese Verbindung kann physisch (Kabel) oder logisch (Funk) sein. Für die Datenkommunikation nutzen die Endgeräte gemeinsame Ressourcen wie Speicherplatz, Programme und Drucker.
Netzwerke sind aus der modernen Welt nicht mehr wegzudenken und bilden die Grundlage für die digitale Kommunikation in privaten Haushalten, Unternehmen und industriellen Anwendungen. Sie ermöglichen die Kommunikation zwischen verschiedenen Geräten wie Computern, Maschinen oder Sensoren, um Daten auszutauschen. In der Automatisierungstechnik, insbesondere in der industriellen Produktion, spielen Netzwerke eine zentrale Rolle, um komplexe Systeme zu steuern, Daten zu übertragen und Arbeitsprozesse zu optimieren.
In der Elektrotechnik spricht man auch von einem Netzwerk, wenn eine beliebige Anzahl von Komponenten, die Energie liefern, speichern oder umwandeln, sowie Schaltelemente mit mindestens zwei äußeren Anschlussklemmen miteinander verbunden sind.
Wie funktioniert ein Netzwerk?
Ein Netzwerk arbeitet in der Regel entweder nach dem Peer-to-Peer- oder dem Client-Server-System. Im Peer-to-Peer-Netzwerk sind alle Teilnehmer gleichgestellt, während im Client-Server-Modell der Server eine übergeordnete Rolle gegenüber den Clients einnimmt.
Datenübertragung und Protokolle
Daten werden in kleinen Paketen durch das Netzwerk gesendet. Diese Pakete enthalten Informationen über den Absender, den Empfänger und den Inhalt der Nachricht. Die Pakete werden von Protokollen wie TCP/IP gesteuert, die dafür sorgen, dass die Daten richtig und in der richtigen Reihenfolge ankommen. Protokolle sind Regeln, die die Kommunikation in einem Netzwerk steuern. Das am häufigsten verwendete Protokoll ist TCP/IP.
Netzwerktechnik
Die Leistung und Funktionalität eines Netzwerks hängen von verschiedenen Hardware- und Softwarekomponenten ab. Diese sind unter anderem Router, die Datenpakete leiten, sowie Switches, die mehrere Geräte verbinden. In industriellen Netzwerken kommen häufig Ethernet-basierte Protokolle wie PROFINET zum Einsatz, die für die Kommunikation zwischen SPS-Steuerungen und Maschinen in Echtzeit sorgen.
Welche Netzwerktypen gibt es?
- PAN (Personal Area Network): PANs sind kleine Netzwerke, die persönliche Geräte wie Smartphones, Tablets und Laptops verbinden, oft über Bluetooth oder WiFi-Ad-Hoc-Services, z. B. Apple Air Drop. Sie sind lokal begrenzt auf etwas 10 m. Sie kommen häufig in privaten und geschäftlichen Umgebungen zum Einsatz, um Daten schnell und unkompliziert zwischen persönlichen Geräten auszutauschen.
- LAN (Local Area Network): Ein LAN verbindet Geräte in einem kleinen geografischen Bereich, wie einem Büro oder Wohnhaus. LANs sind die häufigsten Netzwerke, die für die lokale Kommunikation und den Datenaustausch genutzt werden. Sie basieren häufig auf Ethernet-Technologie und können kabelgebunden oder drahtlos (WLAN) aufgebaut sein. Bei Netzwerken mit mehreren Hunderten Rechnern ist zusätzliche Hardware in Form von Switches notwendig.
- MAN (Metropolitan Area Network): Ein MAN ist ein Breitband-Telekommunikations-Netzwerk, das verschiedene regionale LANs (Local Area Networks) miteinander verknüpft. MANs werden häufig von Unternehmen mit mehreren Standorten in einer Region genutzt. Auch Städte und Universitäten nutzen diese Netze für die interne Kommunikation. Ein MAN kann eine Ausdehnung von bis zu 100 km erreichen.
- WAN (Wide Area Network): WANs erstrecken sich über größere geographische Gebiete wie Städte, Länder oder sogar Kontinente. Hier werden mehrere regionale MANs zu einem überregionalen Netz zusammengeschlossen.
- GAN (Global Area Network): Das GAN ist der größte Netzwerktyp und erstreckt sich weltweit. Ein bekanntes Beispiel für ein solches Netzwerk ist das Internet. Allerdings nutzen auch Unternehmen, Regierungen und Organisationen GANs, die durch Firewalls geschützt und für die Öffentlichkeit nicht zugänglich sind. Diese globalen Netzwerke bestehen aus mehreren WANs (Wide Area Networks), die über Glasfaserkabel, Unterseekabel oder Satelliten miteinander verbunden sind.
Anwendungsbereiche
Netzwerke sind nicht nur in der IT, sondern auch in vielen anderen Bereichen der Elektrotechnik von großer Bedeutung. Sie ermöglichen die Automatisierung und Steuerung komplexer Systeme und tragen zur Effizienzsteigerung bei.
- Industrie 4.0: In modernen Produktionsanlagen vernetzen industrielle Netzwerke Maschinen und Sensoren, um Daten in Echtzeit auszutauschen. Dies ermöglicht die präzise Steuerung von Produktionsprozessen und die Implementierung von Predictive Maintenance (vorausschauende Instandhaltung), bei der Maschinenwartungen proaktiv durchgeführt werden, bevor Fehler auftreten.
- Gebäudetechnik: In Smart Buildings steuern Netzwerke die gesamte Infrastruktur, einschließlich Beleuchtung, Heizung, Lüftung und Sicherheitssysteme. Die Netzwerktechnik sorgt dafür, dass alle Systeme nahtlos miteinander kommunizieren und zentral gesteuert werden können, was zu Energieeinsparungen und erhöhtem Komfort führt.
- Heimnetzwerke: Zu Hause verbindet ein Netzwerk Computer, Tablets, Smartphones und andere Smart Devices wie Fernseher, Überwachungskameras und smarte Lautsprecher. So wird das Streaming von Medien, die Steuerung von Haushaltsgeräten und die Überwachung des Heims auch von unterwegs ermöglicht.