Grundlagen der Netzwerktechnik -Netzwerktopologie und Netzwerkstruktur

Netzwerktopologie

Unter den Begriff Netzwerktopologie versteht man die Anordnung von Netzwerk-Stationen und Kabeln. Sie bestimmen die einzusetzende Hardware, sowie die Zugriffsmethoden. Dieses wiederum hat Einfluss auf das Medium (z. B. das Kabel), auf die Übertragungsgeschwindigkeit und den Durchsatz der Daten.

Bei der Verkabelung von LANs wird zwischen logischer Stuktur und Verkabelungsstruktur unterscheiden, z. B. kann ein Netz mit logischer Busstruktur bei der Verkabelung mit 'Twisted Pair'-Kabeln wie ein Sternnetz aussehen.

Die Topologie eines Netzes ist entscheidend für seine Ausfallsicherheit. Nur wenn alternative Wege zwischen den Knoten existieren, bleibt bei Ausfällen einzelner Verbindungen die Funktionsfähigkeit erhalten.

Übersicht und Aufbau der verschiedenen Netzwerktopoligien

Je nach Bedarf können die o. g. Topologien auch miteinander kombiniert werden, z. B. Bus mit angeschlossenen Sternen oder Bus mit angeschlossenen Bussen, was zu einer Baumstruktur führt. Insbesondere bei Weitverkehrsnetzen (WAN) treten vermaschte Strukturen auf. Teilweise ergeben sich dabei redundante Leitungswege, die auch bei Unterbrechung eines Wegs den Datentransport sicherstellen.

Vor- und Nachteile der 3 Grundtopologien

Bausstruktur

Es gibt keine Zentrale und keine Knoten. Die Verbindung aller Teilnehmer erfolgt über einen gemeinsamen Übertragungsweg. Zu einem Zeitpunkt kann immer nur eine Nachricht über den Bus transportiert werden. Bei Ausfall einer Station bleibt die Kommunikation der anderen Stationen erhalten. Bei den Bussystemen kann man noch unterscheiden in Basisband-Bussysteme und Breitband-Bussysteme. Bei Basisband-Bussystemen werden die elektrischen Pegel direkt übertragen; bei den für uns interessanten digitalen Informationen also 0- und 1-Pegel. Bei Breitband-Bussystemen werden über das Kabel mehrere unabhängige Kanäle geleitet (modulierte Übertragung). Busnetze müssen auf beiden Seiten mit der Leitungsimpedanz abgeschlossen werden, damit keine Echos auftreten, die zu Empfangsfehlern führen.

Vorteile:

• einfach installierbar
• einfach erweiterbar
• kurze Leitungen

Nachteile

• Netzausdehnung begrenzt
• bei Kabelbruch fällt Netz aus
• aufwändige Zugriffsmethoden

Sternstruktur:

Alle Teilnehmer werden an einen zentralen Knoten angeschlossen (früher z. B. häufig Anschluß von Sichtgeräten an einen Zentralrechner). Eine direkte Kommunikation der Teilnehmer untereinander ist nicht möglich, jegliche Kommunikation läuft über den zentralen Knoten (Punkt-zu-Punkt-Verbindung, Leitungsvermittlung). Die Steuerung der Kommunikation vom Knoten aus ist sehr einfach: Polling (regelmäßige Abfrage aller Stationen) oder Steuerung über Interrupt. Bei Ausfall der Zentrale sind sämtliche Kommunikationswege unterbrochen.

Vorteile:

• einfache Vernetzung
• einfache Erweiterung
• hohe Ausfallsicherheit

Nachteile:

• hoher Verkabelungsaufwand
• Netzausfall bei Ausfall oder Überlastung des Hubs

Ringstruktur:

Es gibt keine Zentrale, alle Stationen sind gleichberechtigt. Jeder Teilnehmer verfügt über einen eigenen Netzanschluss (Knoten) und ist über diesen mit seinem linken und rechten Partner verbunden. Die Übertragung der Info erfolgt in einer Richtung von Knoten zu Knoten. Bei Ausfall eines Knotens sind sä mtliche Kommunikationswege unterbrochen.

Vorteile:

• verteilte Steuerung
• große Netzausdehnung

Nachteile:

• aufwendige Fehlersuche
• bei Störungen Netzausfall
• hoher Verkabelungsaufwand

FDDI-Glasfaserring:

Eine Sonderform des Rings bildet das FDDI-Glasfaserkabelsystem, dass einen doppelten Ring bildet. Dieser wird in zwei unterschiedliche Fließrichtungen mit Daten beschickt.

Selbst wenn beide Ringe an einer Stelle zerstört werden (z.B.Gebäude brand), kann ein Notring gebildet werden, indem die beiden Enden miteinanderverbunden werden. Dieses sehr leistungsfähige System wird oft als Backbone großer Netze (Uni's, Krankenhäuser, Rechenzentren) verwendet. Das FDDI-System benutzt ebenfalls ein Token.

Vorteile:

• Selbst wenn ein kompletter
  Ring ausfällt, kann die Kommunikation
  mit allen Rechnernüber
  den zweiten Ring fortgesetzt werden.

Nachteile:

Baumstruktur

Das Baumsystem ist sozusagen die Summe verschiedener Bussysteme, die miteinander in Verbindung stehen. Es ist sowohl möglich, die Verbindungen der Busse als Rechner (Gateways) zu realisieren, als auch direkte Kabelverbindungen zu nutzen (Nicht bei Thin-Ethernet).

gemischte Struktur

In der Praxis wohl am meisten anzutreffen, sind die meisten großen Netzwerke gemischte Topologien. So sind etwa die Büros mit Bussystemen vernetzt, hängen aber Ihrerseits wieder gemeinsam an einem Ring. Die Knotenpunkte einer solchen Struktur nennt man Bridges oder Gateways. Vorsicht: Nicht alle Kabel sind für alle Systeme brauchbar.