Die Netzwerktopologie

[Einführung] [Physikalische Netzwerkstruktur] [Busstruktur] Ringstruktur] [Sternstruktur] [Baumstruktur] [Maschenstruktur] [Datenübermittlung]


Einführung

Wir unterscheiden die physikalische und die logische Struktur eines Netzwerkes. Ein Netz besteht im physikalischen Sinne aus Netzwerkknoten (nodes) und Verbindungen (connections). Die Konfiguration zwischen Netzwerkknoten und Verbindungen ergibt die physikalische Netzwerkstruktur, während die möglichen kogischen Verbindungen verschiedener Netzwerkknoten die logische Struktur des Netzes darstellen. Es gibt Netzwerke, in denen sich physikalische und logische Struktur deutlich unterscheiden.

Physikalische Netzwerkstruktur

1) Netzwerkknoten (nodes)

Netzwerkknoten erledigen in Telekommunikationseinrichtungen Vermittlungs- und Verteilungs- bzw. Konzentratorfunktionen.
Eine Auswahl typischer Netzwerkknoten:

Zu beachten ist hierbei, dass bei vielen Geräten unter strenger Betrachtung der Definition des Netzwerkknotens, nur die aktiv die Verbindung in das Netzwerk herstellende Komponente, also das Gerät, das die oben beschriebenen Funktionen ausübt, den Netzwerkknoten darstellt (z.B. die Netzwerkkarte, das Modem in einem Server)

2) Verbindungen (connections)

Verbindungen sind die physikalische Verbindung zwischen den Netzwerkknoten. In der Regel ein Kabel. Es kann aber auch eine andersgeartete Verbindung sein (z.B. Funk- oder Satellitenverbindung)


Typische Netzwerktopologien

1) Die Bustopologie

Bustopologie

Alle Knoten sind an einem Zentralkabel angeschlossen. Die Art des Anschlusses variiert je nach der verwendeten Netzwerkverkabelung. Die Bustopologie ist eine sehr preiswerte Möglichkeit ein Netzwerk aufzubauen. Ethernet ist ein populäres Beispiel für ein LAN-Zugriffsverfahren, das eine Bustopologie verwendet.

Vorteile Nachteile
  • sehr preiswert, da kein zentraler Knoten benötigt wird
  • der Ausfall einer Station beeinträchtigt die Funktion des Netzes nicht
  • problemlos erweiterbar
  • geringe Leitungsanzahl
  • ein Kabelfehler auf dem Zentralbus kann komplette Teile des Netzes lahmlegen
  • häufig sind die Knoten passiv an das Netz angebunden, deswegen existiert keine aktive Aufbereitung des Signales (Beschränkung der maximalen Buslänge)
  • ggf. müssen sehr viele Knoten durchlaufen werden (Übertragungsdauer)

2) Die Ringtopologie

Ringtopologie

Die Kommunikation findet in einer festgelegten Übertragungsrichtung seriell zwischen den Knoten statt. Die Übertragungsdauer steigt proportional mit der Anzahl der Knoten, da jedes Signal im ungünstigsten Fall den gesamten Ring (Anzahl der Knoten -2) durchlaufen muss. Ein typisches Beispiel für eine Ringtopologie ist Token Ring.

Fällt eine Station oder eine Verbindung aus, ist der gesamte Ring betroffen. Um dies zu vermeiden, gibt es die Möglichkeit, eine Ringtopologie redundant aufzubauen.


Ringtopologie mit redundantem Ring

Der zweite, parallel angelegte Ring, springt im Fehlerfall ein und überbrückt den Ausfall einer Verbindung.
Alternativ kann ein zweiter Ring nicht als Backup, sondern zur Steigerung der Bandbreite verwendet werden. Da der parallele Ring in der Regel aus Sicherheitsgründen angelegt wird, sollte er möglichst räumlich getrennt vom Hauptring verlegt werden. Ein typischer Vertreter dieser Topologie ist FDDI.

Vorteile Nachteile
  • einfache Erweiterbarkeit
  • sehr geringe Ausfallsicherheit (bei der einfachen Variante)
  • sehr teuer (Token Ring)
  • ggf. müssen sehr viele Knoten durchlaufen werden (Übertragungsdauer)

3. Sterntopologie

Sterntopologie

Verbindung der Knoten mit einem zentralen Knotenpunkt. Je nachdem, ob es sich um einen aktiven Knoten oder um einen passiven Knoten handelt, unterscheidet man zwischen aktiven und passiven Sternsystemen. Dem zentralen Knotenpunkt kommt bei dieser Topologie grösste Bedeutung zu. Er ist entscheidend für die Leistung des Netzes. Ein Ausfall hat zur Folge, dass das gesamte Netzt steht, deswegen bieten sich auch hier redundante Lösungen an. 10baseT verwendet diese Topologie.


Vorteile Nachteile
  • Signale müssen maximal einen Zwischenknotenpunkt durchlaufen
  • hohe Ausfallsicherheit bei Kabelfehlern oder dem Ausfall von Stationen
  • sehr übersichtlich => einfachere Wartung
  • relativ kostenintensiv (vor allem bei aktiven Sternsystemen)
  • hoher Qualitätsanspruch an den zentralen Knoten
  • Bündelung der Belastung an einem Punkt

4. Baumstruktur

Baumstruktur

Die Baumtopologie ist eigentlich eine Erweiterung der Sterntopologie. Ausgehend von der Wurzel existiert eine grosse Anzahl von Verzweigungen bis hin zu den Blättern. Besonders beliebt sind Baumstrukturen, weil sie eine strukturierte, jeweils gleich aufgebaute Organisation von grossen Datenbeständen erlauben. Eine klassische Baumstruktur ist das hierarchische HUB-Prinzip. Bei dieser Netzwerkstruktur kommt dem zentralen Knoten sogar eine noch grössere Bedeutung als bei der Sterntopologie zu, da ein Ausfall ganze Äste betrifft.


5. Vermaschte Struktur

Maschenstruktur

Bei einer Vermaschten Struktur sind die Knoten teilweise über mehrere Wege verbunden, so dass bei Ausfällen eines Teilnetzes die alternative Verbindung benutzt werden kann. Diese Topologie wird häufig bei Weitverkehrsnetzen (z.B. unser Telefonnetz) verwendet. Welcher Weg benutzt wird entscheidet der Knoten. Er ist dafür mit einer Vermittlungsintelligenz ausgestattet. Theoretisch könnte man alle Knoten über Punkt-zu-Punkt-Verbindungen miteinander verknüpfen. Dieses Modell bezeichnet man als Vollständigen Graph. Eine praktische Umsetzung gibt es jedoch nicht, da der Aufwand in keiner Relation zu dem zu erwartenden Ergebnis steht. Das Problem von Maschennetzen ist die optimale Verteilung auf die Wege, um einen optimalen Datenfluss, mit gleichzeitig akzeptablen Laufzeiten, zu erreichen.


Die Datenübermittlung

1. Diffusionsnetze (Broadcast-Netze)

Diffusionsnetze geben die Nachrichten auf ein gemeinsames Übertragungsmedium. Als Folge können die Nachrichten alle Knoten erreichen. Anhand der Adressierung entscheiden die Knoten wer die Daten entgegennimmt. Aus dieser Eigenschaft hat sich der Name Broadcast-Netzwerke ergeben. Netzwerke, die eine Bustopologie verwenden, sind Diffusionsnetze. Darüberhinaus alle Netze, die als Übertragunsmedium kein Kabel, sondern die Luft benutzen.

2. Teilstreckennetze

Der Weg vom Absender zum Empfänger geschieht über mindestens eine Teilstrecke. Die Endpunkte jeder Teilstrecke sind Knotenpunkte. Die Vermaschte Netzwerkstruktur ist ein Beispiel für ein Teilstreckennetz. Auch kabellose Netze können Teilstreckennetze sein (z.B. der Richtfunk).

Bei Sternsystemen hängt es von der Art des zentralen Verteilers ab, ob es sich um ein Diffusionsnetz oder ein Teilstreckennetz handelt !



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