Unter dem Begriff „Backbone“ versteht man einen verbindenden Bereich im Kern des Telekommunikationsnetzes. Backbone verbindet Teilnetze im Netzwerk und wird oft mit dem Rückenmark des Menschen verglichen. Die Teilnetze der Netzbetreiber schließen sich ähnlich wie die Nervenstränge im Rückenmark an das schnelle Basisnetz des Backbones.
Backbone wird im deutschsprachigen Raum auch als Kernnetz, Core-Netz oder Netzrückgrat bezeichnet. Es stellt die zentrale Transportebene bereit, auf der Datenpakete mit hoher Geschwindigkeit, minimaler Latenz und maximaler Verfügbarkeit zwischen Regionen, Rechenzentren und Netzkanten (Edge) ausgetauscht werden. Typische Merkmale moderner Kernnetze sind:
- Hohe Bandbreiten (100G, 400G bis 800G pro Wellenlänge) und skalierbare Kapazitäten
- Sehr geringe Latenz, geringe Jitter-Werte und niedrige Paketverlustraten
- Redundanz und Resilienz durch diverse Wege, Schutzschaltungen und schnelle Umschaltmechanismen
- Skalierbarkeit von nationalen zu globalen Netzen, inklusive Ausbau in Metro- und Campus-Bereichen
- Interoperabilität zwischen unterschiedlichen Netzbetreibern über standardisierte Schnittstellen und Protokolle
- Sicherheit durch Routing-Validierung, Traffic-Filterung und DDoS-Schutzmechanismen
Das Glasfasernetz bei Backbone-Verbindungen besteht aus Kabeln mit hoher Bandbreite. Durch diese Kabel werden große Datenmengen über die Leitungen auf dem Land und über die unterseeischen Leitungen übertragen. Zur redundanten Absicherung der Leitungsführung in einem Netz sind die Knotenpunkte mehrfach miteinander verknüpft. So kann der Ausfall einzelner Verbindungen abgedeckt werden.
Technisch kommen in heutigen Glasfaser-Backbones nahezu durchgängig DWDM-Systeme (Dense Wavelength Division Multiplexing) mit coherent optics, ROADMs und flexiblen Spektren zum Einsatz. Damit lassen sich viele Wellenlängen parallel über eine Faser transportieren, was die nutzbare Kapazität stark erhöht. Redundanz wird typischerweise durch diverse Trassen (getrennte Führungswege), 1+1/1:1-Schutz, MPLS Fast Reroute oder Segment Routing TI-LFA realisiert. Unterseeische Systeme werden oft in Konsortien betrieben und mit Landungsstationen an das terrestrische Kernnetz angeschlossen.
Mittlerweile sind auch die Satelliten-Verbindungen mit der Backbone-Leitung verknüpft. Die Glasfaserstränge werden im Einzelnen an die Knotenpunkte zusammengeschaltet, wo auch die Übergabe der Daten an andere Provider stattfindet. Diese Knotenpunkte werden als Points of Presence oder abgekürzt „PoPs“ bezeichnet.
Neben klassischen geostationären Systemen binden heute auch LEO-Konstellationen (Low Earth Orbit) ihre Gateways an regionale PoPs an. Die Backhaul-Anbindung erfolgt über Glasfaser in das Core-Netz, wo Traffic in andere autonome Systeme weitergereicht wird. Ein PoP (Point of Presence) ist dabei der definierte Zugangspunkt eines Betreibers, während Internet-Austauschpunkte (IXPs) als neutrale Peering-Hubs dienen. Beide sind zentrale Elemente, jedoch mit unterschiedlichen Rollen: PoPs bündeln Provider-internen Zugang, IXPs verbinden Netze untereinander.
Die Datenübertragung im Netz wird von Router in den Rechnerzentralen koordiniert. Es handelt sich um den schnellsten Übertragungsweg, wobei die Geschwindigkeit der Datenübermittlung von der Leistungsfähigkeit und der Bandbreite der Router sowie von der Menge der Hops abhängig ist. Bei einem Hop handelt es sich um den Weg zwischen zwei Netzknoten im Rechnernetz.
In modernen Kernnetzen steuern IP/MPLS-Router mit Protokollen wie BGP, IS-IS oder OSPF die Pfadwahl. Segment Routing (SR-MPLS/SRv6) ermöglicht effizientes Traffic Engineering, während QoS-Mechanismen (Warteschlangen, Priorisierung) Latenz, Jitter und Paketverlust gezielt begrenzen. Die Performance hängt von Faktoren wie Portgeschwindigkeit, Paketverarbeitung, Buffer-Design, Path MTU und der Anzahl der Hops ab. Für geschäftskritische Anwendungen sichern Betreiber dies über SLAs mit definierten Kennzahlen ab.
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Es gibt mittlerweile mehrere Backbone-Netze, die im nationalen und internationalen Raum betrieben werden. Allein in Deutschland sind ca. 100 Betreiber vertreten. Internet-Service-Provider ohne eigenen Kernnetz kooperieren mit Backbone-Betreibern, um Ihr Angebot zu realisieren. Die Sicherheit und die Geschwindigkeit der Internetverbindung, die einem Kunden zur Verfügung gestellt wird, ist dabei zum größten Teil vom Backbone abhängig.
Man unterscheidet häufig zwischen Tier-1-Netzen (globale Reichweite, ausschließlich Settlement-free-Peering), Tier-2-Netzen (Mischung aus Peering und Transit) und regionalen Carriern mit Metro- oder Landesfokus. Betreiber ohne eigenes Kernnetz beziehen Wholesale-Services (Wellenlängen, VPN, IP-Transit) und binden Kundennetze über Zugangs- und Aggregationsebenen in das Backbone ein. Qualität, Resilienz und Reichweite des zugrundeliegenden Kernnetzes bestimmen maßgeblich Durchsatz, Latenz und Verfügbarkeit beim Endkunden.
Engere Verknüpfung der Datenleitungen mit Knotenpunkten kann die Leistungsfähigkeit der Datenübertragung erhöhen und die Wahrscheinlichkeit der Netzüberlastung verringern. Bei großen Netzbetreibern wie Telekom Deutschland oder Telefónica in Spanien ist der Point of Presence (POP) gleichzeitig auch der Zugangspunkt zum Netz. Genau an diesem Punkt verbindet sich die Leitung eines privaten Anschlusses mit dem Internet.
Backbone-Betreiber segmentieren ihre Netze in Access, Aggregation, Core und häufig Edge-Zonen mit Caches und Content-Plattformen. Eine engmaschige PoP-Struktur reduziert die letzte Meile und damit die Latenz. Strategische Standortwahl (Strom, Glasfasertrassen, Rechenzentren) sowie diverser PoP-Zugang (mehrere Routen, Anbieter, Gebäudeeinführungen) minimieren Ausfallrisiken.
Die Leitungen der Netzbetreiber werden über POP mit dem Internet-Backbone verbunden, wo dann die Datendurchleitung erfolgt. Die Backbone-Infrastrukturen werden von einzelnen Betreibern an den Austauschknoten, auch Peering Points genannt, mit anderen Netzen zusammengeschaltet und die Datenpakete aus einem Netz in den anderen geleitet. Die Peering Points werden von Backbone-Betreiber gemeinsam verwaltet und finanziert.
Peering (öffentlich oder privat) und IP-Transit bilden die Basis des globalen Datenaustauschs. Über Routing-Policies, Communitys und Filter wird gesteuert, welche Routen akzeptiert und verbreitet werden. Zur Erhöhung der Sicherheit setzen immer mehr Betreiber auf RPKI-validierte Routen, RTBH-Verfahren und Scrubbing-Kapazitäten zur Abwehr volumetrischer Angriffe. Große Internet-Austauschpunkte (IXPs) bündeln enorme Datenmengen und entlasten Backbone-Links zwischen autonomen Systemen.
Verschiedene Backbone-Bereiche
Der Begriff „Backbone“ weist auf verschiedene Bereiche in einer Netzstruktur hin. So unterscheidet man zwischen dem WAN-Bereich und dem LAN-Bereich. Im WAN-Bereich können die Mitglieder verschiedener Anbieter über die Backbone-Verbindungen miteinander kommunizieren.
Im WAN (Wide Area Network) verbindet das Kernnetz Städte, Länder und Kontinente. Im Metronetz (MAN) werden regionale PoPs und Datencenter verknüpft, oftmals über Metro-Ethernet oder MPLS. Moderne Architekturen integrieren SDN/NFV für automatisierte Steuerung und schnelle Bereitstellung von Diensten (z. B. L2/L3-VPN, Internetzugang, Cloud-Connect).
Bei einem LAN-Bereich handelt es sich um ein Gebäude-Backbone, ein die Geschosse verbindendes Verkabelungssystem. Das Gebäude verbindende Gelände-Netz wird einfach als Backbone bezeichnet.
In Gebäuden und Campus-Umgebungen wird das Backbone häufig über Singlemode- oder Multimode-Fasern (z. B. OS2, OM4/OM5) sowie 10/25/40/100/400-GbE realisiert. Ergänzend kommen Kupferstrecken (Cat 6A/7A) für kürzere Distanzen zum Einsatz. Für größere Campusnetze setzt sich eine Spine-Leaf-Architektur (Clos-Fabric) durch, die im Vergleich zur klassischen Hierarchie konsistent geringe Latenzen und höhere Ausfallsicherheit bietet.
In der Stockwerksverkabelung unterscheidet man zwischen Collapsed Backbone und Distributed Backbones. Als Collapsed Backbone bezeichnet man den virtuellen Kernbereich, der in den Backplane eines Routers gebildet wird. In solchen Backbones sind nur wenige Netzkomponenten aktiv, was eine zentrale Verwaltung des Backbones und eine einfachere Wartung ermöglicht. Das führt wiederum zu einem sichereren und zuverlässigeren Netz.
Ein Collapsed Backbone verbessert die gesamte Leistungsfähigkeit des Netzes und ermöglicht einen leichteren Übergang zwischen LAN- und WAN-Bereichen. Bei Distributed Backbones werden die Etagenverteiler über einen Ring einzeln miteinander verbunden. Dieser Ring läuft innerhalb der Verkabelung ebenfalls durch den Verteiler des Gebäudes und bildet ein eigenes Teilnetz.
Aktuelle Praxis: Während Collapsed-Designs mit zentralen Core-Switches/Router weiterhin verbreitet sind, setzen neuere Umgebungen auf verteilte Fabrics (Leaf/Spine), EVPN/VXLAN für Layer-2/Layer-3-Virtualisierung sowie Link-Aggregation und ECMP zur Lastverteilung. In ringförmigen Distributed-Backbones kommen schnelle Konvergenzmechanismen (z. B. RSTP/MSTP, LACP oder Layer-3-Routing bis in den Access) zum Einsatz, um Ausfälle ohne merkliche Unterbrechung zu überbrücken.
- Best Practices: Diverse Trassenführung zwischen Gebäuden, redundante Core-Geräte, stern- oder meshartige Uplinks
- Überwachung: Telemetrie, Flussdaten und synthetische Messungen zur Erkennung von Engpässen
- Kapazitätsplanung: Headroom für Traffic-Peaks, rechtzeitige Aufrüstung auf höhere Portgeschwindigkeiten
- Sicherheit: Segmentierung, Zugriffskontrollen, Routing-Validierung und saubere Change-Prozesse
Häufige Fragen und Antworten
Was versteht man unter dem Begriff „Backbone“?
Unter dem Begriff „Backbone“ versteht man einen verbindenden Bereich im Kern des Telekommunikationsnetzes. Der Backbone verbindet Teilnetze im Netzwerk und wird oft mit dem Rückenmark des Menschen verglichen. Die Teilnetze der Netzbetreiber schließen sich ähnlich wie die Nervenstränge im Rückenmark an das schnelle Basisnetz des Backbones.
Synonyme sind Kernnetz, Core-Netz oder Netzrückgrat. Das Backbone bietet hochperformante Transportkapazitäten zwischen Regionen, Rechenzentren und Netzkanten und stellt sicher, dass Daten mit sehr niedriger Latenz, hoher Verfügbarkeit und stabiler Qualität übertragen werden.
- Funktion: Transportebene für große Datenmengen
- Technik: Glasfaser, DWDM, IP/MPLS, Segment Routing
- Schnittstellen: Übergabe an andere Netze über PoPs und Austauschpunkte
Welche Rolle spielen Glasfasernetze bei Backbone-Verbindungen?
Das Glasfasernetz bei Backbone-Verbindungen besteht aus Kabeln mit hoher Bandbreite. Durch diese Kabel werden große Datenmengen über die Leitungen auf dem Land und über die unterseeischen Leitungen übertragen. Die Verbindung erfolgt redundant, um die Leitungsführung abzusichern und Ausfälle einzelner Verbindungen abzudecken.
Glasfaser ist die Basis moderner Kernnetze: Mit DWDM und coherent optics lassen sich viele Wellenlängen auf einer Faser bündeln (100G/400G/800G pro Lambda). ROADMs erlauben flexible Schaltung von Verbindungen, ohne die optische Ebene neu zu spleißen. In der Praxis werden diverse Trassen, Schutzmechanismen und Fast-Reroute genutzt, um selbst bei Faserbruch oder Knotenausfall die Dienstverfügbarkeit zu halten.
- Vorteile: Extreme Kapazität, geringe Dämpfung, niedrige Latenz
- Redundanz: Ring- und Mesh-Topologien, 1+1/1:1-Schutz
- Skalierung: Einfache Kapazitätserweiterung durch zusätzliche Wellenlängen
Wie sind Satelliten-Verbindungen mit der Backbone-Leitung verknüpft?
Mittlerweile sind auch die Satelliten-Verbindungen mit der Backbone-Leitung verknüpft. Die Glasfaserstränge werden an den Knotenpunkten zusammengeschaltet, wo auch die Übergabe der Daten an andere Provider stattfindet. Diese Knotenpunkte werden als Points of Presence oder abgekürzt „PoPs“ bezeichnet.
Gateways der Satellitennetze (Geo- und LEO-Systeme) leiten den Verkehr per Glasfaser in nahegelegene PoPs weiter, wo die Übergabe an das IP/MPLS-Core erfolgt. Damit profitieren auch satellitengestützte Dienste von der hohen Kapazität und Zuverlässigkeit des terrestrischen Backbones. Die eigentliche Steuerung des Datenpfades übernimmt das Routing im Kernnetz, während die Satellitenstrecke die erste/letzte Meile ergänzt.
Welche Rolle spielen Router bei der Datenübertragung im Backbone-Netz?
Die Datenübertragung im Backbone-Netz wird von Routern in den Rechenzentralen koordiniert. Die Geschwindigkeit der Datenübermittlung hängt von der Leistungsfähigkeit und der Bandbreite der Router sowie von der Anzahl der Hops ab. Ein Hop bezeichnet den Weg zwischen zwei Netzknoten im Rechnernetz.
Backbone-Router setzen auf BGP für den Austausch zwischen autonomen Systemen und auf IS-IS/OSPF zur inneren Pfadbestimmung. Segment Routing und Traffic Engineering optimieren Auslastung und Latenz, während QoS für priorisierte Dienste (Sprache, Video, Echtzeit-Anwendungen) sorgt. Monitoring, Telemetrie und schnelle Konvergenzmechanismen sichern stabile Verbindungen auch bei Lastspitzen oder Ausfällen.
- Leistungsfaktoren: Portgeschwindigkeit, Forwarding-Kapazität, Puffer, Hardware-Offload
- Qualitätskriterien: Latenz, Jitter, Paketverlust, Verfügbarkeit
- Sicherheit: Filter, Routenvalidierung, DDoS-Abwehr
