Definition Was ist ein Heimnetzwerk?

Im Heimnetzwerk sind netzwerkfähige Endgeräte wie Computer, Drucker oder Smart Home Devices untereinander und mit dem Internet verbunden. Die zentrale Rolle bei der Vernetzung übernimmt der Internet Access Router. Die Endgeräte lassen sich drahtlos oder per Kabel mit dem Netz verbinden.

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Über das Heimnetzwerk können netzwerkfähige Endgeräte miteinander kommunizieren. Gleichzeitig werden sie über den Internet Access Router mit dem Internet verbunden. Dadurch sind Informationen aus dem Internet abrufbar und die Endgeräte von beliebigen Standorten aus erreichbar.

Das Heimnetz verbindet Endgeräte wie Computer, Laptops, netzwerkfähige Drucker, Netzwerkspeicher (NAS; Network Attached Storage), Smartphones, Tablets, Smart-TVs, Smart Home Devices und beliebige andere netzwerkfähige Endgeräte miteinander. Dank der Vernetzung sind Peripheriegeräte wie der Drucker von anderen Endgeräten im Heimnetz gemeinsam nutzbar.

Der Drucker ist nicht mehr nur mit einem einzelnen Rechner über eine dedizierte Schnittstelle exklusiv verbunden, sondern stellt seine Services über die Netzwerkverbindung allen Geräten zur Verfügung. Im Vergleich zu unvernetzten Szenarien ergibt sich eine Vielzahl an Vorteilen.

Die Aufgabe, alle Endgeräte untereinander und mit dem Internet zu verbinden, übernimmt der Internetzugangsrouter (Internet Access Router). Er ist mit seinem öffentlichen Interface per DSL oder über eine andere Internetzugangstechnik mit dem Internetanschluss eines Providers verbunden und stellt auf der Heimnetzseite das lokale Netzwerk für die heimischen Endgeräte zur Verfügung. Die Geräte können kabelgebunden über LAN-Ports oder drahtlos über den integrierten WLAN-Accesspoint mit dem Router verbunden werden. Zusätzlich existieren weitere Vernetzungsmöglichkeiten, wie Powerline, das das Stromnetz für die Übertragung der Daten nutzt.

Über die vom Provider zugeteilte öffentliche IP-Adresse des Routeranschlusses ist es möglich, dass alle Endgeräte im Internet kommunizieren. Der Datenaustausch lässt sich über Firewallfunktionen, Portweiterleitungen, Network Address Translation, Filter und weitere Features steuern und absichern. Durch grafische Benutzeroberflächen der Router und einfach bedienbare Einrichtungsassistenten ist kein tiefergehendes IT-Know-how für die Einrichtung eines Heimnetzwerks notwendig. In der Regel ist es auch technischen Laien möglich, ein funktionierendes Heimnetz mit Verbindung ins Internet einzurichten.

Die Möglichkeiten und Vorteile des Heimnetzwerks

Das Heimnetzwerk ermöglicht einen schnellen und unkomplizierten Datenaustausch zwischen den Computern. Es macht manuelle Verfahren zur Datenübertragung per Speichermedien wie CDs oder USB-Sticks überflüssig und bietet große Übertragungsraten. In heutigen Heimnetzwerken werden Geschwindigkeiten von 10, 100 oder 1.000 Megabit pro Sekunde erreicht. Gleichzeitig lassen sich wichtige oder häufig genutzte Daten an einem zentralen Ort für alle Endgeräte zur Verfügung stellen. Dies könne Dokumente aber auch Multimediadaten wie Videos, Fotos oder die Musiksammlung sein.

Ähnlich verhält es sich mit den Peripheriegeräten und Services im Heimnetzwerk. Auch diese sind zentral verfügbar und von allen Geräten aus nutzbar. Zum Beispiel kann der Drucker oder Scanner von allen Teilnehmern des Netzwerks verwendet werden und Sicherungen bzw. Backups sind auf einem zentralen Netzwerkspeicher durchführbar. Falls die Software auf den Rechnern dies unterstützt, ist die gemeinsame Arbeit an Dokumenten und in Anwendungen möglich.

Das Heimnetzwerk macht den Internetzugang für alle Endgeräte verfügbar. Es lassen sich sowohl Daten aus dem Internet abrufen als auch übertragen. Durch eine geeignete Konfiguration werden die Geräte im Heimnetzwerk bei Bedarf über das Internet erreichbar. Dies kann im Smart Home Umfeld zum Einsatz kommen, um netzwerkfähige Kameras in der eigenen Wohnung von beliebigen Orten aus zu steuern oder Bilder und Videos abzurufen. Auch andere Funktionen in einem intelligent vernetzten Smart Home, wie die Steuerung der Heizung oder der Beleuchtung, werden durch das Heimnetzwerk möglich.

Der typische Aufbau eines Heimnetzwerks

Ein Heimnetzwerk benötigt für die grundsätzlichen Funktionen nur wenige Komponenten und ist mit relativ geringem Aufwand einzurichten. In der Minimalkonfiguration sind ein Router und ein oder mehrere Computer notwendig. Die Computer werden entweder per LAN-Kabel über ihre Netzwerkkarten mit den LAN-Ports des Routers verbunden oder kommunizieren drahtlos per WLAN mit dem im Router integrierten WLAN-Accesspoint.

In der Regel verfügen Internet Access Router sowohl über mehrere 10/100/1.000 Mbit/s LAN-Ports als auch über einen WLAN-Accesspoint. Der WLAN-Accesspoint arbeitet bei modernen Routern nach aktuellen Standards wie 802.11n oder 802.11ac und ermöglicht drahtlose Übertragungsraten von mehreren hundert Megabit pro Sekunde. Er nutzt dafür Frequenzbänder im 2,4- und 5-Gigahertzbereich. Sind viele Endgeräte per Kabel zu vernetzen und der Router bietet hierfür zu wenige LAN-Ports, können ein oder mehrere Switche zum Einsatz kommen. Diese lassen sich kaskadiert mit dem Router verbinden und stellen viele LAN-Interfaces zur Verfügung. Über WLAN und LAN sind so problemlos 20 oder mehr Endgeräte miteinander vernetzbar.

Der Router als Herzstücke des Heimnetzwerks

Der Router stellt für das Heimnetzwerk das Herzstück dar und übernimmt die zentrale Rolle für die Vernetzung der Geräte untereinander und mit dem Internet. Neben kabelgebundenen und drahtlosen Interfaces zum Anschluss der Endgeräte verfügt er über ein Interface, das mit dem Internet verbunden ist. Je nach Routertyp sind dies ADSL-, VDSL-, Kabel- oder andere Internetanschlüsse.

Zusätzlich zu den physischen Schnittstellen stellt der Router zahlreiche nützliche Funktionen für das Heimnetzwerk bereit. Eine Firewall schützt die Geräte des Heimnetzwerks vor ungewolltem Zugriff aus dem Internet. Lässt sich diese konfigurieren, ist der ausgehende Verkehr der Heimgeräte steuerbar. Es können beispielsweise bestimmte Internetseiten für einzelne Geräte gesperrt oder zugelassen werden. Dank moderner Webinterfaces und Einrichtungsassistenten ist die Konfiguration des Routers ohne spezielle IT-Kenntnisse möglich. Oft übernehmen automatische Einrichtungsprozeduren der Internetprovider die Konfiguration des Routers und stellen die Grundfunktionen für das Heimnetzwerk zur Verfügung. Es genügt anschließend die Endgeräte per Kabel mit dem Router zu verbinden oder eine WLAN-Verbindung über die konfigurierte SSID (Service Set Identifier) und das vorgegebene Passwort einzurichten.

Der Router ist für die Vergabe der IP-Adressen im Heimnetzwerk zuständig. Die Vergabe erfolgt über das Dynamic Host Configuration Protocol (DHCP) automatisch oder kann bei Bedarf manuell eingerichtet werden. Die Endgeräte erhalten per DHCP eine IPv4-Adresse aus einem privaten Adressraum, mit der sie zwar untereinander aber ohne weitere Anpassungen nicht mit dem Internet kommunizieren können.

Um das Internet zu nutzen, führt der Router eine Adressübersetzung durch (Network Address Translation; NAT). Hierbei ersetzt er die privaten Adressen aus dem Heimnetzwerk mit der ihm vom Internetprovider zugeteilten öffentlichen Internetadresse. Aufgrund des NAT-Verfahrens kommunizieren alle Geräte aus dem Heimnetzwerk im Internet mit der gleichen öffentlichen IP-Adresse. Der Router selbst kann die einzelnen Endgeräte mit Hilfe von UDP- und TCP-Ports unterscheiden und leitet eingehenden Traffic entsprechend weiter.

Auf dem Router sind neben den für das Heimnetzwerk unbedingt benötigten Funktionen viele weitere nützliche Features vorhanden. Je nach Routertyp lassen sich VPN-Zugänge einrichten, Telefonanlagenfunktionen konfigurieren, Zeitschaltungen aktivieren oder Netzwerke für Gastzugänge einrichten. Ein in Deutschland weit verbreiteter und sehr leistungsfähiger Router für das Heimnetzwerk ist die FritzBox von AVM.

Drahtlose und kabelgebundene Vernetzungstechniken für das Heimnetzwerk

Bei der Einrichtung des Heimnetzwerks können Endgeräte auf verschiedene Arten kabelgebunden (LAN) oder drahtlos (WLAN) mit dem Router verbunden werden. Kabelgebundene Verbindungen lassen sich über geschirmte Ethernetkabel herstellen. Diese LAN-Verbindungen bieten gegenüber drahtlosen Varianten die Vorteile, dass sie sehr schnelle Datenübertragungen ermöglichen und abhörsicher sind. Allerdings unterstützen nicht alle Endgeräte den Anschluss per Ethernetkabel.

Zum Beispiel ist es bei Smartphones oder Tablets üblich, diese drahtlos per WLAN zu vernetzen. Oft fehlt in der privaten Wohnung oder im Haus auch die benötigte Kabelinfrastruktur, um eine kabelbasierte Vernetzung zu realisieren. Das WLAN ist in diesem Fall eine Alternative und eine sehr kostengünstige, flexible Vernetzungsmöglichkeit für das Heimnetzwerk. Es besitzt aber den Nachteil, dass die Kommunikation von außen abgehört oder gestört werden kann.

Zur Absicherung des WLANs kommen moderne Verschlüsselungsverfahren zum Einsatz. Ohne eine entsprechende Absicherung ist der unbefugte Zugriff möglich. Die Reichweite des WLANs ist von den lokalen Gegebenheiten abhängig und variiert von wenigen Metern bis hin zu 100 Metern und mehr. Wände, Decken, Einrichtungsgegenstände und elektrische oder elektronische Geräte beeinflussen die Reichweite und Funkausbreitung des WLANs und reduzieren die nutzbare Bandbreite. Mit Hilfe von Repeatern ist es jedoch möglich, die Reichweite des WLANs zu vergrößern. Neben LAN und WLAN existieren weitere Vernetzungstechniken als Alternativen oder Zusatzvarianten.

Sehr beliebt ist Powerline, das das heimische Stromnetz zur Übertragung der Daten verwendet. Über spezielle Adapter werden die Signale des Heimnetzes konvertiert und als hochfrequente Signale auf das Stromnetz aufmoduliert. Dank Powerline lässt sich prinzipiell jede Steckdose im Haus in einen Netzwerkanschluss verwandeln. In der Mindestkonfiguration sind zwei Adapter, von denen einer mit dem Router und der andere mit dem Endgerät verbunden ist, notwendig. Die Bandbreite von Powerline ist von mehreren Faktoren wie der Anzahl der Teilnehmer und der Beschaffenheit des Stromnetzes abhängig und kann zwischen wenigen Megabit pro Sekunde bis hin zu mehreren hundert Megabit pro Sekunde betragen. Um zu verhindern, dass die Daten auf der Stromleitung von Unbefugten mitgelesen werden, kommen bei Powerline ebenfalls Verschlüsselungstechniken zum Einsatz.

Das NAS im Heimnetzwerk

Häufig findet sich im Heimnetzwerk ein Network Attached Storage (NAS). Es handelt sich dabei um ein zentrales Speichergerät (Festplattenspeicher), das mit dem Heimnetzwerk verbunden ist und von jedem Endgerät genutzt werden kann. Auf dem NAS lassen sich beliebige Daten ablegen. Die Endgeräte können den Speicher nutzen, um selbst Daten zu speichern oder abzurufen. Sind auf dem NAS Videos, Filme oder Musik gespeichert, entsteht ein zentrales Multimediaarchiv. Es ermöglicht es, Videos auf dem Smart TV anzuzeigen, Musik über das Tablet abzurufen oder Bilder am Laptop zu betrachten, ohne dass die Daten lokal auf den Endgeräten vorhanden sind müssen. Auf dem NAS abgelegte Sicherungen verhindern, dass es bei Defekten an einzelnen Rechnern zum Datenverlust kommt.

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