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Netzwerk-Topologie

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Was ist Netzwerktopologie

Die physische Topologie eines Netzwerkes bezieht sich auf die Konfiguration von Kabeln, Computern und Peripheriegeräten. Die Topologie bezeichnet bei einem Computernetz die Struktur der Verbindungen mehr Geräte untereinander, um einen gemeinsamen Datenaustausch zu gewährleisten. Es wird zwischen physikalischer und logischer Topologie unterschieden. Die physikalische Topologie beschreibt den Aufbau der Netzverkabelung; die logische Topologie den Datenfluss zwischen den Endgeräten.

Haupttypen von Netzwerktopologien

In Netzwerken, bezieht sich der Begriff "Topologie" an das Layout der angeschlossenen Geräte in einem Netzwerk. Dieser Artikel stellt die Standard-Topologien von Computernetzwerken dar.

Man kann eine Topologie als ein virtuelles Modell der Struktur oder Formen denken. Diese Form entspricht nicht notwendigerweise dem tatsächlichen physischen Layout der Geräte im Netzwerk. z.B. die Computer in einem Heim-LAN können in Kreis in einem Familienzimmer angeordnet werden, aber wäre es höchst unwahrscheinlich, eine tatsächliche Ringtopologie zu finden.

Netzwerk-Topologien werden in die folgenden Grundtypen eingeteilt:

  1. Stern-Topologie
  2. Ring-Topologie
  3. Bus-Topologie
  4. Baum-Topologie
  5. Vermaschtes Netz
  6. Hybride-Topologie

Mehrere Komplexere Netzwerke können als Hybriden von zwei oder mehr der oben genannten grundlegenden Topologien gebaut werden.

Stern-Topologie

Viele Heimnetzwerke verwenden die Stern-Topologie. Der zentrale Teilnehmer in Computernetzen kann eine spezialisierte Einrichtung sein, zum Beispiel ein Hub oder Switch. Jedes Endgerät ist mit dem Verteiler verbunden, die Endgeräte untereinander sind nicht verbunden, typischerweise mit UTP-Kabeln (Unshielded Twisted Pair).

Im Vergleich zu den Bus-Topologie, eine Stern-Topologie erfordert in der Regel mehr Kabel, aber hat der Ausfall eines Endgerätes keine Auswirkung auf den Rest des Netzes. Dieses Netz bietet hohe Übertragungsraten, wenn der Netzknoten ein Switch ist.

Siehe auch Sterngraph:

Stern-Topologie

Vorteile

  1. Leicht erweiterbar
  2. Leichte Fehlersuche
  3. Kombinierte Telefon- / Rechnernetzverkabelung möglich

Nachteile

  1. Durch Ausfall des Verteilers wird Netzverkehr unmöglich
  2. Niedrige Übertragungsrate bei vielen Hosts wenn ein Hub benutzt wird → Unterteilung des Netzes mit Switch ist notwendig
  3. Hoher Kabelaufwand

Beispiele

  1. Telefonnetz
  2. Fast Ethernet
  3. Token Ring - Es verwendet eine ähnliche Topologie, den Sternverdrahteten Ring genannt.

Sternverdrahteter Ring

Eine sternverdrahtete Ringtopologie vielleicht (extern) erscheint gleiche wie ein Stern-Topologie. Die MAU von einem sternverdrahteten Ring enthält intern, Verkabelung, die Informationen von einem Gerät zum anderen in einem Kreis oder Ring (siehe Abb. 3) übergeben kann.

Ring-Topologie

Bei der Vernetzung in Ring-Topologie werden jeweils zwei Teilnehmer über Zweipunktverbindungen miteinander verbunden, so dass ein geschlossener Ring entsteht. Alle Nachrichten reisen durch einen Ring in einer gleichen Richtung ("im Uhrzeigersinn" oder "gegen den Uhrzeigersinn"). Bei einem Ausfall einer der Teilnehmer bricht das gesamte Netz zusammen.

Um einen Ring-Netzwerk zu implementieren, verwendet man in der Regel FDDI, SONET oder Token Ring. Ring-Topologien werden in einigen Bürogebäuden oder Schulgeländen gefunden.

Siehe die Abbildung der Ring-Topologie:

Ring-Netzwerk

Bus-Topologie

Bei einer Bus-Topologie (nicht mit der Systembus des Computers verwechselt werden) sind alle Geräte direkt mit demselben Übertragungsmedium, dem Bus verbunden. Das Übertragungsmedium ist dabei bei Systemen mit einer kleineren physikalischen Ausdehnung oft direkt auf einer Leiterplatte realisiert, und sonst als Kabel oder Kabelbündel.

Ethernet-Bus-Topologien sind relativ leicht zu installieren und erfordern nicht viel Verkabelung im Vergleich zu den Alternativen. 10Base-2 ("ThinNet") und 10Base-5 ("ThickNet") waren beliebte Ethernet Kabeloptionen. Darüber hinaus wenn der Backbone-Kabel fehlschlägt, wird das gesamte Netzwerk effektiv unbrauchbar.

Siehe die Abbildung der Bus-Topologie:

Bus-Topologie

Vorteile der Bus-Topologie

  1. Einfache Verkabelung und Netzerweiterung
  2. Nur geringe Kosten, da nur geringe Kabelmengen erforderlich sind

Nachteile der Bus-Topologie

  1. Eine Störung des Übertragungsmediums an einer einzigen Stelle im Bus (defektes Kabel) blockiert den gesamten Netzstrang.
  2. Terminatoren sind an beiden Enden des Backbone-Kabels erforderlich.
  3. Es ist schwierig, Probleme zu identifizieren, wenn das gesamte Netzwerk heruntergefahren.
  4. Wird es als Einzellösung in einem großen Gebäude nicht verwendet.

Baum-Topologie

Baumtopologien sind dadurch gekennzeichnet, dass sie eine Wurzel (der erste bzw. obere Knoten) haben, von der eine oder mehr Kanten (Links) ausgehen. Diese führen weiterhin zu einem Blatt (Endknoten) oder rekursiv zu Wurzeln weiterer Bäume. Technisch gesehen ist die Baum-Topologie eine Netztopologie, bei der mehr Netze der Sterntopologie hierarchisch miteinander verbunden sind. Hierbei müssen Verbindungen zwischen den Verteilern (Hub, Switch) mittels eines Uplinks hergestellt werden. Häufig wird diese Topologie in großen Gebäuden eingesetzt.

Baum-Topologie

Vorteile

  1. Der Ausfall eines Endgeräts hat keine Konsequenzen
  2. Gute Eignung für Such- und Sortieralgorithmen

Nachteile

  1. Alles in allem ist die Länge der einzelnen Segmente durch die Art der Verkabelung verwendet begrenzt.
  2. Bei Ausfall eines Verteilers (Wurzel) ist der ganze davon ausgehende (Unter)Baum des Verteilers nicht mehr erreichbar.
  3. Es ist schwieriger als andere Topologien zu konfigurieren und verkabeln.

Vermaschtes Netz

In einem vermaschten Netz ist jedes Endgerät mit einem oder mehr anderen Endgeräten verbunden. Wenn jeder Teilnehmer mit jedem anderen Teilnehmer verbunden ist, spricht man von einem vollständig vermaschten Netz.

Bei Ausfall eines Endgerätes oder einer Leitung ist es im Regelfall möglich, durch Umleiten (Routing) der Daten weiter zu kommunizieren.

Siehe die Abbildung von Vermaschtes Netz:

Vermaschtes Netz

Hybride Topologien

Hybride Topologien verwenden mindestens zwei Topologien in einem Netz.

Note 1: Hybrid-Netzen kombinieren die Eigenschaften von zwei (oder mehr) Netzwerktopologien (Stern, Bus, Ring usw.) in einer Weise, dass das resultierende Netzwerk beide Merkmale aufweist. Beispiele für hybride Netzwerke sind die Sterne Busnetzwerk (die Sterne Netzwerktopologie kombiniert eine Bus-Netzwerktopologie) und ein Stern Ringnetzwerk, das die Eigenschaften von einem Stern Netzwerktopologie und eine Ring Netzwerktopologie kombiniert.

Note 2: Ein Hybrid-Netzwerk verbindet die Betriebssysteme oder Plattformen von mindestens zwei verschiedenen Netzwerken und ist daher in der Lage, Funktionen und weisen Merkmale beider. Es kann in den unterschiedlichsten Umgebungen eingesetzt werden und wird normalerweise verwendet, um Draht von einem Firmennetzwerk oder einem großen LAN (Local Area Network).

5-4-3-Regel

Die Repeater-Regel besagt, dass ein Ethernet-Netzwerk nicht beliebig erweitert werden kann. Repeater vergrößern die Kollisionsdomäne. Das beutet, dass es mehr Möglichkeiten gibt, wo in der Datenkommunikation Kollisionen durch gleichzeitig sendende Stationen auftreten können. Dies führt, dass bei einem Ethernet-Netzwerk (10 Mbit/s) mit gemeinsamem Zugriff in einer Baumtopologie (10BASE2, 10BASE5, 10BASE-T) maximal 5 Segmente mit 4 Repeatern verwendet werden dürfen, wobei nur an 3 Segmenten aktive Endgeräte angeschlossen sind.

Zu beachten ist, dass die 5-4-3-Regel nur auf den Bereich einer einzelnen Kollisionsdomäne anwendbar ist. Wird die Kollisionsdomäne durch den Einsatz einer Bridge / Multibridge geteilt, beginnt die Zählung neu.

Überlegungen bei der Wahl einer Topologie

  1. Geld. Ein lineares Bus-Netz wird die günstigste Möglichkeit, ein Netzwerk zu installieren; Sie brauchen keinen Konzentrationen zu kaufen.
  2. Kabellänge. Das lineare Bus-Netz nutzt kürzere Kabel.
  3. Künftiges Wachstum. Mit einer Stern-Topologie wird ein Netzausbau durch Hinzufügen einer anderen Konzentrator einfach erfolgt.
  4. Kabeltyp. Die am häufigsten verwendeten Kabel in den Schulen sind ungeschirmte Twisted-PairKabel, die am häufigsten mit Stern-Topologien verwendet wird.

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