Heimnetzwerk, PC und Internet zu Hause

Dein Heimnetz verbindet Rechner, Drucker und Fernseher über Kabel oder Funk zu einem lokalen Netz, das ein Router mit dem Internet koppelt. Du verstehst es am schnellsten, wenn du dir Verkabelung, Verteiler und Funk getrennt ansiehst und danach über Schutz und Ordnung entscheidest.

Die hier genannten Details hat die Redaktion auf lokale Netze zu Hause nachgelesen.

Was steckt hinter dem Heimnetz im Einfamilienhaus?

Ein Local Area Network mit der Kurzbezeichnung LAN ist ein örtliches Rechnernetz. Es ist in seiner Ausdehnung grösser als Personal Area Networks, erreicht aber nicht die Ausdehnung von Metropolitan Area Networks, Wide Area Networks und Global Area Networks. Im Alltag wird ein solches Netz zum Beispiel in Heimnetzen oder Unternehmen eingesetzt. Für dich daheim bedeutet das, dass alle Geräte innerhalb der Wohnung oder des Hauses direkt zusammenarbeiten können, während die Verbindung nach aussen über ein eigenes Gerät läuft. Der Unterschied erklärt, warum du drinnen hohe Raten und kurze Wege einplanen kannst und für den Zugang zum Internet andere Adressen und Regeln brauchst.

Warum gliedert sich dein Netz in Schichten und Domänen?

Früher trugen Repeater und Hubs ein lokales Netz, zum Teil auch Router und Bridges. Bei neueren Installationen findest du praktisch nur noch Switches und Router. Da herkömmliche Router heute kaum noch innerhalb eines LAN eingesetzt werden und stattdessen zumeist Internet-Gateway-Router verwendet werden, bildet ein lokales Netz oft genau eine gemeinsame Broadcastdomäne. Das ist der Bereich eines Rechnernetzes, in dem alle angeschlossenen Geräte mit ihrer Hardwareadresse auf Schicht 2 des ISO-OSI-Referenzmodells direkt miteinander kommunizieren können. Diese Adresse heisst MAC-Adresse und gehört zur Sicherungsschicht. Ein Broadcast ist eine Nachricht an alle Teilnehmer der Domäne, die durch einen Router nicht weitertransportiert wird und damit das LAN gewöhnlich auch nicht verlässt.

Welche Kabel tragen dein LAN durchs Haus?

Typischerweise erfolgt die Verkabelung eines LAN ab einer gewissen Grösse als strukturierte Verkabelung. Ethernet ist der am weitesten verbreitete Standard. Dabei erfolgt die Übertragung entweder elektrisch über Twisted-Pair-Kabel ab CAT5 oder höher oder optisch über Lichtwellenleiter aus Glasfaser oder Kunststoff. Wenn du Elektroinstallation im Haus sicher verstehen und planen willst, plane die Netzwerkwege gleich mit, weil Leerrohre und Dosen später viel Arbeit sparen. Aktuelles Ethernet deckt Datenübertragungsraten von 10 Mbit pro Sekunde bis 400 Gbit pro Sekunde ab, was maximal 50 GByte pro Sekunde Datendurchsatz entspricht. Bei der heute am häufigsten verwendeten kupferbasierten Twisted-Pair-Verkabelung beträgt die Reichweite in der Regel maximal hundert Meter, mit Multimode-Glasfaser einige hundert Meter und mit Monomode-Glasfaser standardisiert bis zu vierzig Kilometer.

Wie arbeiten Hub, Switch und Router zusammen?

Ein Hub ist ein Verteilerknoten in einem Netzwerk, der ein Repeater mit mehreren Ports ist. Wenn mehr als zwei Computer in einem Netzwerk verbunden werden, können sie über einen Hub verbunden werden. Mehrere Netzwerkkabel können zu einem Hub geführt werden, deshalb spricht man auf physischer Ebene von einem sternförmigen Aufbau. Im logischen Sinne ist jeder Teilnehmer mit allen anderen verbunden, es handelt sich um eine Bustopologie. In einem LAN können mehrere Hubs verwendet werden, um die Zahl der anschliessbaren Komponenten zu erhöhen, wobei aber Regeln eingehalten werden müssen. Ein Switch ist dagegen eine Mehrport-Bridge in einem Gerät. Er verfügt im Gegensatz zu einem Hub über Logikfunktionen, um Daten zwischenzuspeichern und zu filtern. Eine Bridge leitet jedes empfangene Paket nur an den der jeweiligen Empfängeradresse zugeordneten Port weiter, sodass die physische Kommunikation auf Sender und Empfänger beschränkt bleibt. Genau das nennt die Technik Packet-Switching.

Brauchst du im Gigabit-Zeitalter noch einen Hub?

Der Hub arbeitet nach einem ziemlich einfachen Prinzip. Er leitet von einem Port empfangene Bits oder Symbole an alle anderen Ports weiter. Empfängt der Hub Daten von zwei Ports gleichzeitig, so kommt es zu einer Kollision. Der Hub kann zwei Datenströme gleichzeitig weder weiterleiten noch speichern, kollidierende Datenübertragungen werden gestört und müssen unterbrochen werden. Ein Hub arbeitet grundsätzlich im Halbduplexbetrieb. Da in Hubs selbst keine Datenverarbeitung stattfindet und es sich um eine rein physikalische Signalverstärkung handelt, arbeiten sie nur in der OSI-Schicht 1. Ab Gigabit-Ethernet werden keine Hubs mehr eingesetzt, auch für Fast Ethernet sind sie kaum mehr zu finden. Fast Ethernet 100BASE-TX und Gigabit-Ethernet 1000BASE-T sind innerhalb der Ethernet-Familie die am weitesten verbreiteten Varianten. Wer lokale Netze zu Hause modern halten will, setzt deshalb auf geswitchte Ports. Sind nur geswitchte Ports in einem Netzwerk und keine Repeater vorhanden, spricht man im Technikjargon von einem vollständig geswitchten Netz mit Mikrosegmentierung. Ein solches Netz arbeitet kollisionsfrei und alle Kanäle erreichen die maximale Datenübertragungsrate.

Wie bleibt WLAN im ganzen Haus verständlich und geschützt?

Drahtlose lokale Netze nennt man Wireless LAN mit der Kurzbezeichnung WLAN, sie werden meist über einen Standard aus der Gruppe IEEE 802.11 realisiert, die zum kabelgebundenen Ethernet weitgehend kompatibel ist. Da Funknetze nicht an Gebäude- oder Werksgrenzen Halt machen, gibt es hier eine Besonderheit, die Verschlüsselungstechnik. Anfänglich wurden die mittlerweile unsicheren Standards WEP und WPA verwendet, die daher nicht mehr angewendet werden sollten. Der WPA2-Standard gilt zurzeit noch als sicher, obwohl auch bei diesem Sicherheitslücken festgestellt worden sind. Man spricht jedoch auch hier von „poor man's security“, denn WLAN-Accesspoints und Router werden unter enormem Kostendruck vermarktet. Inzwischen sollte der moderne WPA3-Standard verwendet werden. Als Absicherung bei Verwendung öffentlicher Hotspots sollte Opportunistic Wireless Encryption mit der Kurzbezeichnung OWE verwendet werden. Es kann alternativ, oder falls dem Netzanbieter nicht getraut wird, ein VPN-Tunnel verwendet werden.

Was können Stromleitung und Telefonleitung noch leisten?

Neben Twisted-Pair, Glasfaser und Funk kennt die Praxis auch LAN über das Strom- oder Telefonleitungsnetz. Beide Techniken haben mit vergleichsweise hohen Abstrahlungsraten zu kämpfen, was zur Störung von Funkdiensten in der Umgebung führen kann. Für Stromleitungen sind verschiedene PowerLAN-Varianten verbreitet, während für Telefonleitungen häufig VDSL verwendet wird. Für dich heisst das, dass du solche Wege als Ergänzung sehen kannst, wenn kein neues Kabel möglich ist, aber mit Störungen und geteilter Leistung rechnen musst. Hauptsächlich für Rechenzentren und schnelle Zwischenverbindungen ist 100-Gigabit-Ethernet verfügbar und benötigt abgesehen von kurzen Zwischenverbindungen praktisch immer Glasfaser. Auch 40-Gigabit-Ethernet für Twisted-Pair-Kabel sowie 2,5-, 5- und 25-Gigabit-Ethernet für etwas geringere Kabelgüten wurden entwickelt. Als veraltete Technik verlieren Token Ring, Fiber Distributed Data Interface, ARCNET, aber auch Ethernet nach 10BASE2, 10BASE5 sowie 100BASE-FX an Bedeutung, ebenso wie praktisch alle anderen weniger weit verbreiteten Technikvarianten.

Wann helfen getrennte Bereiche und virtuelle Netze?

Ein lokales Netz kann jedoch auch in mehrere LANs oder Virtual LANs mit der Kurzbezeichnung VLAN unterteilt werden, um die Netzkommunikation eines einzelnen physischen lokalen Netzes physisch oder logisch auf zwei oder mehr VLANs aufzuteilen. Die Endgeräte des einen VLANs können die Endgeräte des anderen VLANs weder sehen noch mit ihnen kommunizieren. Zur Verbindung mehrerer getrennter LANs oder VLANs wird üblicherweise ein Router oder ein Switch mit Routing-Funktionalität verwendet. Ein Router ermöglicht es, mehrere Netzwerke mit unterschiedlichen Protokollen oder Medien miteinander zu verbinden. Unter anderem verbindet ein Router WAN mit LAN. Er kann im Gegensatz zu einem Switch Netzwerkadressen der Schicht 3 auswerten, zum Beispiel den Netzwerkanteil aus IP-Adressen aus dem TCP/IP-Modell. Einen Router findet man häufig an den Aussengrenzen eines Netzwerks, um es mit dem Internet oder einem anderen Netzwerk zu verbinden. Wenn du Funk-Bussysteme für Licht, Rollläden und Heizung nutzen willst, hilft diese Trennung beim Ordnen, weil Steuerung und Rechner nicht alle dieselben Nachrichten sehen müssen.

Welche Geräte finden neben dem Rechner Platz im Netz?

Ein LAN kann neben normalen Rechnern auch andere Geräte wie beispielsweise Drucker einbinden. Drucker, die über keine LAN-Schnittstelle verfügen, können entweder über spezielle Router oder über Zwischengeräte eingebunden werden, die die Netzwerkkommunikation übernehmen. Kollisionsdomänen werden durch Switches, auch Bridges genannt, in kleinere Domänen unterteilt. Dadurch können Kollisionen vermieden und somit das Risiko des Verlangsamens oder gar des Ausfalls eines Netzes durch Überlastung reduziert werden. Da Repeater-Hubs nur noch wenig verwendet werden und es ab Gigabit-Ethernet nur noch Vollduplex-Verbindungen gibt, ist das Zugriffsverfahren CSMA/CD für Halbduplexbetrieb kaum noch verbreitet. Ein Netzteilnehmer kann über die Broadcastdomäne hinaus mittels eines Routers auf Schicht 3 Zugang zu anderen Netzen erhalten, wie zum Beispiel zu anderen lokalen Netzen oder zum Internet. Vor allem in grösseren Netzen werden Router aber auch innerhalb eines lokalen Netzes eingesetzt, unter anderem um die Zahl der Teilnehmer innerhalb einer Broadcastdomäne zu begrenzen.

Wie verteilst du Adressen zwischen Haus und Internet?

Befindet sich im Netz ein Internetrouter, so hat dieser meistens eine im Internet eindeutige öffentliche IP-Adresse, während den Geräten im lokalen Netz private IP-Adressen zugeteilt werden. Damit die Geräte mit dem Internet kommunizieren können, wird auf dem Router Masquerading betrieben, einen Spezialfall von NAT. Du musst dir dafür keine Nummern merken, aber du solltest verstehen, warum dein Rechner drinnen anders heisst als draussen. Prüfe in den Einstellungen deines Routers, welche Geräte private Adressen erhalten haben, lege feste Namen für Drucker und Speicher an und notiere dir, welcher Port für Kabel und welcher Name für Funk gilt. Lege dann für Gäste ein eigenes Funknetz mit eigenem Schlüssel an und schalte an einem ruhigen Abend OWE oder WPA3 ein, soweit deine Geräte das schon unterstützen.