Was ist ein Backbone-Netzwerk?

Ein Backbone-Netzwerk ist der zentrale Teil eines Computernetzwerks, der verschiedene Teile des Netzwerks miteinander verbindet, einschließlich LANs (Lokale Netzwerke), Wide Area Networks (WANs)oder Subnetzwerke. Wie der Name schon sagt, ist es das „Rückgrat“, das die gesamte Datenübertragung innerhalb eines Netzwerks unterstützt. Die Datenübertragungsmethoden umfassen Hochgeschwindigkeitsleitungen oder eine Reihe von Verbindungen unter Verwendung verschiedener Technologien.

Backbone-Netzwerke kommen in einer Vielzahl von Kontexten vor, darunter in kleinen Unternehmensumgebungen und in den riesigen Weiten des Internets selbst, wo sie Übertragungsverbindungen mit hoher Kapazität und Kernrouter umfassen, die verschiedene miteinander verbinden ISPs (Internet Service Provider), große Netzwerke und andere kritische Knoten.  

Backbone-Netzwerkkomponenten

Hier ist eine Liste der Hauptkomponenten, die an einem Backbone-Netzwerk beteiligt sind:

• Router. Router sind wichtige Geräte in einem Backbone-Netzwerk, die Datenpakete zwischen verschiedenen Netzwerksegmenten leiten. Sie arbeiten auf der Netzwerkschicht (Schicht 3) des OSI-Modells (Open Systems Interconnection) und treffen Entscheidungen über die besten Pfade für Daten auf der Grundlage von Netzwerkrichtlinien, Routing-Protokollen und dem aktuellen Status der Netzwerkpfade.
• Switches. Switches arbeiten auf der Datenverbindungsschicht (Schicht 2) und sind für die Weiterleitung von Paketen innerhalb eines Netzwerksegments basierend auf MAC-Adressen (Media Access Control) verantwortlich. In Backbone-Netzwerken können Layer-3-Switches, die Routing- und Switching-Funktionen kombinieren, auch die Leistung und Effizienz verbessern.
• Core-Router. Hierbei handelt es sich um Router mit hoher Kapazität, die speziell für den Einsatz im Backbone-Netzwerk entwickelt wurden. Core-Router verarbeiten große Datenmengen und sind für die effiziente Weiterleitung dieser Daten über große Entfernungen optimiert.
• Verkabelung. Dies sind die physischen Medien, über die die Daten in einem Backbone-Netzwerk übertragen werden. Dazu gehören verschiedene Arten von Kabeln, beispielsweise Glasfaserkabel, die eine hohe Bandbreite bieten und häufig in Backbone-Netzwerken verwendet werden, da sie große Datenmengen mit minimalen Verlusten über große Entfernungen übertragen können.
• Netzwerk Schnittstellen. Diese Komponenten ermöglichen die Verbindung verschiedener Netzwerksegmente und Geräte mit dem Backbone. Sie umfassen verschiedene Porttypen und Standards, die Kompatibilität gewährleisten und die Kommunikation zwischen verschiedenen Netzwerktechnologien erleichtern.
• Repeater und Extender. In ausgedehnten Netzwerken werden Repeater und Extender verwendet, um das Signal zu regenerieren und so die Reichweite des Netzwerks ohne Datenverlust zu erweitern. Sie sind besonders nützlich, um die Signalstärke über große Gebiete oder in Umgebungen mit hoher Signaldämpfung aufrechtzuerhalten.
• Optische Verstärker. Bei Backbone-Netzwerken, die auf Glasfaserkabeln basieren, werden optische Verstärker verwendet, um die Signalstärke zu erhöhen, ohne sie in ein elektrisches Signal umzuwandeln. Sie spielen eine entscheidende Rolle bei der Glasfaserkommunikation über große Entfernungen und ermöglichen die Weiterleitung von Signalen ohne Beeinträchtigung.
• Firewalls und Sicherheitsgeräte. Angesichts der entscheidenden Bedeutung und Menge der von Backbone-Netzwerken verarbeiteten Daten sind Sicherheitskomponenten wie Firewalls unerlässlich, um das Netzwerk vor unbefugtem Zugriff und Cyber-Bedrohungen zu schützen. Firewalls überwachen und steuern den ein- und ausgehenden Netzwerkverkehr anhand vorgegebener Sicherheitsregeln.
• Netzwerkmanagementsysteme (NMS). Diese Systeme bieten Tools zur Überwachung, Verwaltung und Optimierung des Netzwerks. NMS kann Netzwerkadministratoren dabei helfen, Probleme zu erkennen, die Netzwerkleistung zu verwalten und sicherzustellen, dass das Backbone-Netzwerk effizient arbeitet.

Wie funktioniert ein Backbone-Netzwerk?

Im Kern besteht das Backbone-Netzwerk aus leistungsstarken Routern, Switches und Übertragungsleitungen, die den Datenverkehr im gesamten Netzwerk abwickeln. Datenpakete, die von einem Netzwerksegment stammen, werden über das Backbone-Netzwerk übertragen, um ein anderes Segment zu erreichen. Bei der Datenübertragung werden Routing-Entscheidungen von Kernroutern getroffen, die auf der Grundlage von Faktoren wie Netzwerkrichtlinien, Topologie und aktuellen Bedingungen den besten Pfad für jedes Datenpaket bestimmen. Das Backbone fungiert als zentrale Arterie der Datenübertragung und stellt sicher, dass Datenpakete effizient von ihrer Quelle zu ihrem Ziel weitergeleitet werden.

Das Funktionieren eines Backbone-Netzwerks hängt in hohem Maße von fortschrittlichen Routing-Protokollen und -Technologien ab, die den Datenfluss verwalten und seine zuverlässige Übertragung über große Entfernungen gewährleisten. Zu diesen Protokollen gehören: Border Gateway Protocol (BGP) für das Internet, das verwaltet, wie Pakete zwischen verschiedenen autonomen Systemen weitergeleitet werden, und andere Interior Gateway Protocols (IGPs) wie OSPF (Open Shortest Path First) und EIGRP (Enhanced Interior Gateway Routing Protocol).

Backbone-Netzwerke nutzen Redundanz- und Failover-Mechanismen wie redundante Hardware und alternative Routing-Pfade, um die Netzwerkverfügbarkeit und -leistung im Falle von Geräteausfällen oder anderen Störungen aufrechtzuerhalten. Backbone-Netzwerke erreichen durch diese Mechanismen die notwendige Skalierbarkeit, Zuverlässigkeit und Leistung, um die umfangreichen und vielfältigen Anforderungen der modernen digitalen Kommunikation zu unterstützen und Konnektivität über verschiedene Netzwerkumgebungen hinweg zu ermöglichen.

Backbone-Netzwerktypen

Es gibt verschiedene Arten von Backbone-Netzwerken.

Unternehmens-Backbone-Netzwerke

Unternehmens-Backbone-Netzwerke bilden den Kern der IT-Infrastruktur einer Organisation und verbinden verschiedene Segmente des Netzwerks, wie z. B. Abteilungs-LANs, data centers und sogar entfernte Niederlassungen in ein einheitliches und effizientes System. Diese zentralisierte Netzwerkinfrastruktur ist darauf ausgelegt, ein breites Spektrum geschäftskritischer Anwendungen und Dienste zu unterstützen, von E-Mail- und Enterprise-Resource-Planning-Systemen (ERP) bis hin zu cloud Dienste und VoIP-Kommunikation (Voice over Internet Protocol).

Das Hauptziel eines Unternehmens-Backbones besteht darin, ein robustes Netzwerk mit hoher Kapazität bereitzustellen, das eine schnelle und zuverlässige Kommunikation und Datenübertragung im gesamten Unternehmen ermöglicht. Dadurch wird sichergestellt, dass Mitarbeiter unabhängig von ihrem physischen Standort auf die Ressourcen zugreifen können, die sie zur effektiven Erfüllung ihrer Aufgaben benötigen.

Rückgrat des Metropolitan Area Network (MAN).

MAN-Backbone-Netzwerke (Metropolitan Area Network) dienen als Infrastruktur-Backbone für die Verbindung verschiedener lokaler Netzwerke (LANs) innerhalb einer Stadt oder eines Ballungsraums und schließen die Lücke zwischen kleineren Netzwerken und größeren Netzwerken wie Weitverkehrsnetzen (WANs).

MAN-Backbones sind in städtischen Umgebungen unerlässlich, wo Unternehmen, Bildungseinrichtungen, Regierungsbehörden und andere Einrichtungen eine schnelle und zuverlässige Konnektivität über mehrere Standorte innerhalb eines relativ begrenzten geografischen Gebiets benötigen. Durch die Nutzung leistungsstarker Übertragungsmedien wie Glasfaserkabel bieten MAN-Backbones eine erhebliche Bandbreite und ermöglichen die Bewältigung großer Verkehrsmengen bei gleichzeitig hoher Leistung und Zuverlässigkeit.

Wide Area Network (WAN)-Backbone

WAN-Backbone-Netzwerke (Wide Area Network) sind ausgedehnte Kommunikationsnetzwerke, die unterschiedliche LANs, MANs und andere Netzwerktypen über große geografische Entfernungen hinweg verbinden und Regionen, Länder oder sogar Kontinente umfassen. Diese Backbones sind von entscheidender Bedeutung für Unternehmen, die an mehreren Standorten weltweit tätig sind, und ermöglichen eine nahtlose Kommunikation, Datenfreigabe und Zugriff auf zentralisierte IT-Ressourcen über große Entfernungen hinweg.

WAN-Backbones sind auf eine Mischung aus Übertragungstechnologien angewiesen, darunter Mietleitungen, Satellitenkommunikation und öffentliche Internetverbindungen, um die erforderliche Reichweite und Konnektivität bereitzustellen. Sie sind besonders wichtig für multinationale Konzerne, Regierungsbehörden und Einrichtungen, die eine enge Integration von Prozessen und Echtzeitzugriff auf Daten und Systeme über mehrere Standorte hinweg benötigen.

Internet-Backbone

Das Internet-Backbone stellt die grundlegende Netzwerkinfrastruktur dar, die die globale Konnektivität des Internets ermöglicht und verschiedene autonome Systeme verbindet. Zu diesen Systemen gehören ISPs, große Netzwerkbetreiber und akademische Netzwerke auf der ganzen Welt. Diese Kombination aus Datenrouten und Knoten mit hoher Kapazität besteht aus Glasfaserkabeln, fortschrittlicher Routing-Ausrüstung und data centerEs wird von einem Konsortium aus privaten, öffentlichen und internationalen Unternehmen verwaltet.

Diese Backbone-Netzwerke sind mit Ultrahochgeschwindigkeitsverbindungen ausgestattet und nutzen häufig Technologien wie Dense Wavelength Division Multiplexing (DWDM), um die Menge des Datenverkehrs, der über eine einzelne Glasfaser gesendet werden kann, zu vervielfachen und so die Kapazität und Zuverlässigkeit des Internets erheblich zu verbessern. Das Internet-Backbone ist für die nahtlose Übertragung großer Datenmengen unerlässlich und stellt sicher, dass E-Mails, Webseiten, Streaming-Inhalte und Online-Dienste von überall auf der Welt in Sekundenschnelle zugänglich sind.

Nationale Backbone-Netzwerke

Nationale Backbone-Netzwerke sind von entscheidender Bedeutung für den Aufbau einer umfassenden digitalen Infrastruktur innerhalb eines Landes und dienen als Hauptverkehrsadern für das Internet und die Datenkommunikation in verschiedenen Regionen. Diese Netzwerke sollen Städte, Gemeinden und ländliche Gebiete miteinander verbinden und einen gleichberechtigten Zugang zu digitalen Diensten und Ressourcen im ganzen Land ermöglichen.

Durch die Nutzung leistungsstarker Übertragungsmedien wie Glasfaserkabel stellen nationale Backbones sicher, dass Daten schnell und zuverlässig über große Entfernungen übertragen werden, und unterstützen alles vom einfachen Internetzugang bis hin zu erweiterten Diensten wie Online-Bildung, Telemedizin und E-Government-Initiativen.

Peering-Backbone-Netzwerke

Peering-Backbone-Netzwerke sind eine entscheidende Komponente in der Architektur des Internets und ermöglichen die direkte Verbindung zwischen verschiedenen ISPs und großen Netzwerkbetreibern. Im Gegensatz zum herkömmlichen Routing, bei dem Daten möglicherweise über mehrere Zwischennetzwerke geleitet werden, um ihr Ziel zu erreichen, ermöglicht Peering diesen Netzwerken den direkten Datenaustausch untereinander. Dieser direkte Austausch erfolgt typischerweise unter Netzwerkzugangspunkte (NAPs) oder Internet Exchange Points (IXPs), an denen mehrere Netzwerke zusammenlaufen.

Peering trägt dazu bei, die Abhängigkeit von Upstream-Anbietern zu verringern, die Latenz durch Verkürzung der Datenwege zu verringern und möglicherweise die Transitkosten zu senken, die mit der Verlagerung des Datenverkehrs über Netzwerke Dritter verbunden sind. Diese Regelung ist besonders vorteilhaft für Netzwerke, die große Verkehrsmengen austauschen, da sie die Effizienz und Geschwindigkeit der Datenübertragung erhöht und so zu einer verbesserten Servicequalität für Endbenutzer führt.