12 Netzwerktypen: LAN, MAN, PAN, CAN und WAN

12.1 Einführung: Netzwerke nach geografischer Ausdehnung

Nachdem wir die verschiedenen Schichten des Netzwerkprotokolls betrachtet haben, ist es wichtig zu verstehen, wie diese Protokolle in verschiedenen Arten von Netzwerken zum Einsatz kommen. Netzwerke werden traditionell nach ihrer geografischen Ausdehnung klassifiziert. Jeder Netzwerktyp hat seine eigenen Charakteristika, Anwendungsfälle, Technologien und Herausforderungen. In diesem Kapitel werden wir die verschiedenen Netzwerktypen von den kleinsten (PAN) bis zu den größten (WAN) betrachten.

12.2 Personal Area Network (PAN)

12.2.1 Definition und Reichweite

Ein Personal Area Network (PAN) ist das kleinste Netzwerk und umfasst typischerweise einen Bereich von etwa 10 Metern um eine Person herum. Es verbindet persönliche Geräte miteinander.

12.2.2 Technologien

12.2.3 Anwendungsfälle

12.2.4 Charakteristika

12.2.5 Beispielkonfiguration eines Bluetooth-PANs unter Linux

# Bluetooth-Geräte anzeigen
$ bluetoothctl
[bluetooth]# devices
Device XX:XX:XX:XX:XX:XX Bluetooth Speaker
Device YY:YY:YY:YY:YY:YY Wireless Headset

# Mit einem Gerät verbinden
[bluetooth]# connect XX:XX:XX:XX:XX:XX

12.3 Local Area Network (LAN)

12.3.1 Definition und Reichweite

Ein Local Area Network (LAN) verbindet Geräte innerhalb eines begrenzten Bereichs wie einem Gebäude, einer Schule oder einem Campus. Die typische Reichweite beträgt einige hundert Meter bis wenige Kilometer.

12.3.2 Technologien

12.3.3 Netzwerkgeräte

12.3.4 Topologien

12.3.5 IP-Adressierung

12.3.6 Beispielkonfiguration eines LANs

# Netzwerkschnittstellen anzeigen
$ ip addr show

# Statische IP-Konfiguration
$ sudo ip addr add 192.168.1.100/24 dev eth0

# Standardgateway setzen
$ sudo ip route add default via 192.168.1.1 dev eth0

# DHCP-Konfiguration
$ sudo dhclient eth0

12.3.7 Sicherheitsaspekte

12.4 Campus Area Network (CAN)

12.4.1 Definition und Reichweite

Ein Campus Area Network (CAN) verbindet mehrere LANs innerhalb eines begrenzten geografischen Bereichs wie einem Universitätsgelände oder Firmengelände. Die Ausdehnung beträgt typischerweise 1-5 Kilometer.

12.4.2 Technologien

12.4.3 Anwendungsfälle

12.4.4 Charakteristika

12.4.5 Routing und Switching in einem CAN

# Beispiel einer CAN-Struktur
Gebäude A: Subnetz 10.1.0.0/16
  ├── Etage 1: 10.1.1.0/24
  ├── Etage 2: 10.1.2.0/24
  └── Etage 3: 10.1.3.0/24

Gebäude B: Subnetz 10.2.0.0/16
  ├── Etage 1: 10.2.1.0/24
  ├── Etage 2: 10.2.2.0/24
  └── Etage 3: 10.2.3.0/24

Campus-Backbone: 10.0.0.0/24

12.5 Metropolitan Area Network (MAN)

12.5.1 Definition und Reichweite

Ein Metropolitan Area Network (MAN) umfasst eine Stadt oder einen größeren städtischen Bereich. Die Reichweite beträgt typischerweise 5-50 Kilometer.

12.5.2 Technologien

12.5.3 Anwendungsfälle

12.5.4 Charakteristika

12.5.5 MAN-Dienste

12.5.6 Beispiel einer Metro Ethernet-Konfiguration

# Metro Ethernet Service mit Q-in-Q (IEEE 802.1ad)
Customer VLAN: 100 (Interne VLAN-ID des Kunden)
Service Provider VLAN: 2000 (VLAN-ID des Dienstanbieters)

Konfiguration an Edge-Switch:
interface GigabitEthernet1/0/1
  switchport mode dot1q-tunnel
  switchport access vlan 2000

12.6 Wide Area Network (WAN)

12.6.1 Definition und Reichweite

Ein Wide Area Network (WAN) verbindet Netzwerke über große geografische Entfernungen, wie Länder oder Kontinente. WANs können global sein und Tausende von Kilometern umspannen.

12.6.2 Technologien

12.6.3 Anwendungsfälle

12.6.4 Charakteristika

12.6.5 WAN-Protokolle

12.6.6 Beispielkonfiguration einer IPsec-VPN-Verbindung

# Einfaches IPsec-VPN mit strongSwan
$ cat /etc/ipsec.conf
conn site-to-site
    authby=secret
    left=198.51.100.1
    leftsubnet=10.1.0.0/16
    right=203.0.113.1
    rightsubnet=10.2.0.0/16
    ike=aes256-sha2_256-modp2048
    esp=aes256-sha2_256
    keyingtries=0
    auto=start

12.7 Vergleich der Netzwerktypen

Eigenschaft PAN LAN CAN MAN WAN
Reichweite 1-10 m 100-1000 m 1-5 km 5-50 km > 50 km
Bandbreite Niedrig (< 3 Mbps) Hoch (100 Mbps - 10 Gbps) Sehr hoch (1-100 Gbps) Moderat bis hoch (100 Mbps - 10 Gbps) Variabel (64 Kbps - 10 Gbps)
Latenz Sehr niedrig Niedrig Niedrig Mittel Hoch
Typische Technologie Bluetooth, Zigbee Ethernet, Wi-Fi Glasfaser, Wi-Fi Metro Ethernet, WiMAX MPLS, Leased Lines, Internet VPN
Besitzer Individuen Organisationen Organisationen ISPs, Städte, Organisationen Carrier, ISPs
Kosten Niedrig Moderat Hoch Sehr hoch Extrem hoch

12.8 Konvergenz der Netzwerktypen

Mit der Entwicklung der Technologie verschwimmen die Grenzen zwischen den traditionellen Netzwerktypen zunehmend:

12.8.1 Software-Defined Networking (SDN)

SDN trennt die Kontrollebene (Netzwerkintelligenz) von der Datenebene (Datenübertragung) und ermöglicht eine zentralisierte, programmierbare Verwaltung von Netzwerken unabhängig von ihrer geografischen Ausdehnung.

# OpenFlow-Beispiel (SDN-Protokoll)
$ ovs-ofctl add-flow br0 "priority=100,in_port=1,actions=output:2"

12.8.2 Network Function Virtualization (NFV)

NFV virtualisiert Netzwerkfunktionen (Router, Firewalls, Load Balancer), die traditionell an spezifische Hardware gebunden waren, und ermöglicht ihre Ausführung auf Standardhardware.

12.8.3 Cloud-Netzwerke

Cloud-Anbieter haben globale Netzwerke aufgebaut, die Aspekte von LANs (niedrige Latenz innerhalb von Rechenzentren), MANs (Verbindungen zwischen nahen Rechenzentren) und WANs (globale Verbindungen) kombinieren.

# AWS VPC-Beispiel
VPC: 10.0.0.0/16
  ├── Availability Zone A: Subnet 10.0.1.0/24
  ├── Availability Zone B: Subnet 10.0.2.0/24
  └── Availability Zone C: Subnet 10.0.3.0/24

12.9 Netzwerkmanagement und -überwachung

12.9.1 Monitoring-Tools

12.9.2 Beispiel für Netzwerküberwachung

# SNMP-Abfrage
$ snmpwalk -v2c -c public 192.168.1.1 system

# Traceroute zur Pfadverfolgung
$ traceroute example.com

# Continuous Ping
$ ping -i 5 example.com | ts

12.10 Die Vielfalt der Netzwerktypen

Die verschiedenen Netzwerktypen bilden ein Kontinuum von kleinen, persönlichen Netzwerken bis hin zu globalen Infrastrukturen:

Jeder Netzwerktyp hat seine eigenen Charakteristika, Technologien und Herausforderungen, aber alle bauen auf den gleichen grundlegenden Netzwerkprotokollen und -prinzipien auf, die wir in den vorangegangenen Kapiteln kennengelernt haben. Mit dem Aufkommen von SDN, NFV und Cloud-Netzwerken werden die traditionellen Grenzen zwischen diesen Netzwerktypen zunehmend fließend, was neue Herausforderungen und Möglichkeiten für Netzwerkdesign und -management mit sich bringt.

Das Verständnis der verschiedenen Netzwerktypen und ihrer spezifischen Eigenschaften ist für IT-Fachkräfte von entscheidender Bedeutung, um angemessene Netzwerklösungen zu planen, zu implementieren und zu warten, die den jeweiligen Anforderungen und Bedingungen gerecht werden.