Network Layer: Definition und Erklärung

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Das Network Layer ist in Computernetzwerken von großer Bedeutung, da sie logische Adressierungs-, Routing- und Weiterleitungsfunktionen bereitstellt. Sie sorgt für eine effiziente und zuverlässige Übertragung von Datenpaketen über zusammengeschaltete Netze. Zeitgleich unterstützt sie verschiedene Anwendungen, verbessert die Skalierbarkeit des Netzes und ermöglicht globale Konnektivität. Ihre Funktionen sind für das ordnungsgemäße Funktionieren und die Leistung moderner Computernetze von entscheidender Bedeutung.

Was ist das Network Layer?

Das Network Layer ist eine wichtige Komponente der Netzwerkarchitektur, die auf der dritten Schicht des OSI-Modells (Open-Systems-Interconnection-Modell) arbeitet. Sie dient als Vermittler zwischen der Datenverbindungsschicht (2. Schicht) und der Transportschicht (4. Schicht) im OSI-Modell. 

Aufgaben des Network Layer sind die:

• Logische Adressierung 

• Weiterleitung 

• Weitergabe von Datenpaketen über Netzwerke hinweg 

Allgemein ist das Network Layer für den Aufbau und die Aufrechterhaltung der End-to-End-Kommunikation zwischen Geräten zuständig, die an unterschiedliche Netzwerke angeschlossen sind. Dies geschieht durch die Zuweisung eindeutiger Adressen an jedes Gerät, die als logische Adressen bezeichnet werden. Ein im Internet weit verbreitetes logisches Adressierungsschema ist die IP-Adressierung (Internet Protocol).

Das Network Layer unterteilt die von der Transportschicht empfangenen Daten in kleinere Einheiten ein, die als Pakete bezeichnet werden. Diese Pakete enthalten einen Header (Kopf) und einen Payload, in dem sich die Nutzdaten befinden. 

Der Header enthält Steuerinformationen wie die Quell- und Ziel-IP-Adressen, Informationen zur Paketreihenfolge und Fehlerprüfungscodes. Der Payload, auch Nutzlast genannt, enthält die eigentlichen Daten.

OSI-Modell

Das OSI-Modell (Open-Systems-Interconnection) besteht aus sieben Schichten, die jeweils eigene Aufgaben für das Kommunikationssystem und unterschiedliche Interaktionen mit den verschiedenen darüber und darunter liegenden Schichten haben. Das OSI-Modell ist der allgemeine Rahmen, der diese Aufgaben und Funktionen umreißt. 

Die sieben Schichten des Modells:

1. Physikalische Schicht

2. Datenübertragungsschicht

3. Netzwerkschicht (Network Layer)

4. Transportschicht

5. Sitzungsschicht

6. Darstellungsschicht

7. Anwendungsschicht 

Insgesamt wirken diese sieben Schichten zusammen, um die Datenübertragung von Gerät zu Gerät wirksam zu erleichtern.

Network Layer vs. Internetschicht

Manchmal werden die Begriffe Network Layer und Internetschicht verwechselt oder synonym verwendet, aber sie unterscheiden sich je nach Kommunikationsmodell. Das Network Layer bezieht sich auf die dritte Schicht des OSI-Modells, die für die logische Adressierung und das Routing zuständig ist. Sie konzentriert sich auf die Übermittlung von Datenpaketen von der Quelle zum Ziel über mehrere Netzwerke hinweg.

Auf der anderen Seite bezieht sich die Internetschicht speziell auf das Network Layer in der TCP/IP-Protokollsuite. Es ist für die Annahme und Weiterleitung von IP-Paketen zuständig. Die Internet-Schicht in TCP/IP spielt eine zentrale Rolle bei der Ermöglichung des globalen Internetworking, indem sie verschiedene Netze zu einem einheitlichen Internet-Netzwerk, wie dem Internet, verbindet.

Beide Schichten dienen größtenteils demselben Zweck, aber das Network Layer ist im OSI-Modell enthalten, während die Internetschicht im TCP/IP-Modell enthalten ist.

Welche Aufgaben hat das Network Layer?

Das Network Layer erfüllt mehrere wichtige Funktionen in einem Netzwerksystem, darunter Adressierung, Routing, Fragmentierung und Neuzusammensetzung, Dienstqualität und Fehlerbehandlung. Schauen wir uns die einzelnen Funktionen genauer an:

• Adressierung: Es weist den Geräten in einem Netzwerk eindeutige Adressen zu, wie z. B. IP-Adressen. Diese Adressen helfen bei der Identifizierung von Quelle und Ziel von Datenpaketen.

• Weiterleitung: Es bestimmt den optimalen Pfad für Datenpakete, um ihr Ziel über mehrere Netze hinweg zu erreichen. Dazu gehören die Analyse von Routing-Tabellen, die Berücksichtigung von Netzwerkbedingungen und das Treffen von Weiterleitungsentscheidungen.

• Fragmentierung und Wiederzusammensetzung: Wenn Datenpakete zu groß sind, um in die maximale Übertragungseinheit (MTU) eines Netzes zu passen, fragmentiert das Network Layer sie an der Quelle in kleinere Einheiten und setzt sie am Zielort wieder zusammen.

• Dienstgüte (Quality of Service, QoS): Das Network Layer kann bestimmten Arten von Datenverkehr Vorrang einräumen und so sicherstellen, dass kritische Daten, wie z. B. Echtzeitverkehr, in Bezug auf Bandbreite und Latenzzeit bevorzugt behandelt werden.

• Fehlerbehandlung: Sie kann Fehler in Datenpaketen durch Fehlererkennungs- und -korrekturmechanismen erkennen und korrigieren.

Was ist ein Paket?

Ein Paket ist eine Einheit von Daten, die über ein Netz übertragen wird. 

Das Paket setzt sicht aus einem Header und einer Nutzlast zusammen. 

Der Header enthält Steuerinformationen wie Quell- und Zieladressen, die Reihenfolge der Pakete und Fehlerprüfungscodes. 

In der Nutzlast befinden sich die eigentlichen Daten, die als Teil einer größeren Nachricht oder Datei übertragen werden.

Warum ist das Network Layer so wichtig?

Das Network Layer spielt eine entscheidende Rolle für das allgemeine Funktionieren eines Computernetzes. Das Network Layer übernimmt Aufgaben wie:

• Adressierung und Routing: Das Network Layer ermöglicht die logische Adressierung, mit der Geräte in einem Netzwerk eindeutig identifiziert werden können. Es bestimmt auch die effizienteste Route für Datenpakete, um ihr Ziel zu erreichen, wobei Faktoren wie Netzüberlastung, Zuverlässigkeit und Leistung berücksichtigt werden.

• Interkonnektivität: Das Network Layer erleichtert die Zusammenschaltung verschiedener Netze und ermöglicht die nahtlose Kommunikation und Datenübertragung zwischen Geräten und Netzen, die möglicherweise unterschiedliche zugrunde liegende Technologien verwenden.

• Ende-zu-Ende-Übertragung: Das Network Layer gewährleistet die zuverlässige End-to-End-Zustellung von Datenpaketen über mehrere Netze hinweg. Es kümmert sich um die Fragmentierung und Wiederzusammensetzung von Paketen, die Fehlererkennung und -korrektur sowie um Staukontrollmechanismen zur Optimierung der Datenübertragung.

• Netzsicherheit: Das Network Layer trägt zur Netzwerksicherheit bei, indem es Funktionen wie virtuelle private Netzwerke (VPNs) implementiert. Diese Maßnahmen helfen, die Vertraulichkeit, Integrität und Verfügbarkeit von Daten während der Übertragung zu schützen.

Network Layer: Berufsfelder und Lernwege 

Verschiedene Berufe nutzen das Network Layer und das OSI-Modell, um Internetanforderungen zu definieren und Systeme zu verbinden. Diese Berufe befassen sich mit der Netzwerkkommunikation und der Interaktion von Computern und Systemen.

Zu den beliebten Berufen im Bereich Computernetzwerke, die sich mit dem Network Layer und dem OSI-Modell befassen, gehören:

• Computertechniker

• Netzwerkadministrator

• Netzwerkanalytiker

• Datenbank-Administrator

• Netzwerktechniker

• Analyst für Netzwerksicherheit

• Computer-Systemanalytiker

Um eine dieser Positionen im Bereich der Computernetzwerke, die mit dem Network Layer arbeiten, zu ergattern, müssen Sie die richtige Ausbildung haben. Die meisten Fachleute in diesen Berufen haben mindestens einen Bachelor-Abschluss in einer verwandten Disziplin, wie z. B. Netzwerkbetrieb. Wenn Sie einen Abschluss machen, um eine Stelle im Bereich Computernetzwerke zu bekommen, lernen Sie wichtige Themen im Zusammenhang mit diesen Berufen kennen, z. B. Sicherheit, Programmierung, Cybersicherheit, verschiedene Grundlagen der Informationstechnologie und mehr. 

Wenn Sie fortgeschrittene oder leitende Positionen im Bereich der Computernetzwerke anstreben, ist ein Master-Abschluss in einem verwandten Fach ebenfalls eine Option. 

Neben der formalen Ausbildung können Sie Ihre berufliche Laufbahn im Bereich Netzwerkschichten beginnen, indem Sie einschlägige Zertifizierungen absolvieren. Diese Zertifikate zeigen potenziellen Arbeitgebern, dass Sie die notwendigen Fähigkeiten erworben haben, um effektiv mit Netzwerkschichten in einem Computernetzwerk arbeiten zu können. Sie ermöglichen es Ihnen auch, Erfahrungen mit den Tools und Systemen zu sammeln, die Fachleute bei der Arbeit mit Netzwerkschichten verwenden.

Am deutschsprachigen Markt gibt es verschiedene relevante Zertifizierungen, die Sie anstreben können, wie beispielsweise:

• Cisco Certified Network Associate (CCNA)

• Certified Information Systems Security Professional (CISSP)

• CompTIA Network+

• Fortinet Network Security Expert (NSE)

Diese Zertifizierungen helfen Ihnen, fundierte Kenntnisse und praktische Erfahrungen im Umgang mit Netzwerkschichten und der Netzwerkkommunikation zu erwerben.

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