Topologie

Netzwerk-Topologie

Unter einer Netzwerk-Topologie versteht man die typische Anordnung und physikalische Verbindung von Geräten in einem Netzwerk. Geräte sind Hosts, wie Clients und Server, die das Netzwerk aktiv nutzen. Dazu zählen auch Netzwerk-Komponenten, wie Switche und Router, die eine Verteilfunktion haben und dafür sorgen, dass alle Netzwerk-Teilnehmer miteinander eine logische Verbindung eingehen können. Die Netzwerk-Topologie bestimmt dabei die einzusetzende Komponente, sowie die Zugriffsmethoden auf das Übertragungsmedium.


Die im folgenden beschriebenen Netzwerk-Topologien beziehen sich auf paketvermittelnde Netzwerke:

- Point to Point (PTP) / Punkt-zu-Punkt       

- Point-to-Multipoint(PtMP) / Punkt zu Mehrpunkt

- Line / Chain / Linie

- Bus

- Ring

- Star / Stern

- Tree/ Baum

- Mesh / Vermascht Topologie

- Fully Connected / Vollvermaschte Topologie

- Cell/zell Topologie



Point-to-Point (PTP) / Punkt-zu-Punkt

 

Die Punkt-zu-Punkt oder im englischen Point-to-Point Topologie ist   
eine direkte physikalische Verbindung zwischen zwei Hosts.
Die Verbindung eignet sich zum Austausch von Daten unter beiden Hosts.
Es handelt sich um eine einfache direkte Verbindung ohne Switch, Router, etc. dazwischen.⁠


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Vorteile
Nachteile
  • Hohe Übertaktungsrate kann erreicht werden
  • Abhörsicher
  • Vorhersagbare Übertacktungskapazität
  • einfache Fehlersuche
  • keine Zentrale Verwaltungsmöglichkeit
  • auf Benutzerebene sind keine Freigaben möglich
  • Eintragung von allen Nutzern auf jeden Rechner


Point-to-Multipoint (PtMP) / Punkt-zu-Mehrpunkt

Bei einer Punkt-zu-Mehrpunkt-Topologie werden mehrere Hosts durch ein zentrales System gespeist.
Dabei müssen sich alle Host innerhalb der Topologie eine Leitung zum zentralen System teilen.
Zwar kann jeder Teilnehmer sein eigenes Übertragungsmedium haben.
Aber eben nur bis zu einem Verzweigungspunkt,von dem aus eine Leitung zum Zentralen System führt.


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Line / Chain / Linie

Bei einer Linien Topologie werden mehrere Hosts miteinander verbunden.
Dabei wird eine leitung von Host zu Host verlegt.
Dei beiden Enden der Linie werden jeweils mit einem Host
abgeschlossen.

Man bezeichnet die Linien-Topologie auch als Daisy-Chain-Konfiguration (engl. Gänseblümchenkette),
bei der mehrere Hardware-Komponenten in Reihe bzw. Serie miteinander verbunden sind.
Diese Art der Vernetzung findet man häufig in der Automatisierungs- und Sicherheitstechnik.
Die Besonderheit bei der Linien-Topologie ist, dass das entfernen eines Hosts in der Linie dazu führt,
dass die Linie unterbrochen wird und dabei das Netzwerk ausfällt.
Man muss dann die entstandene Lücke überbrücken oder an dieser Stelle neu verkabeln.
In der Konsequenz bedeutet das, dass die darauf aufsetzende
 Verbindungslogik zwischen allen Teilnehmern unter Umständen neu ausgehandelt
werden muss (abhängig vom Übertragungssystem).



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Vorteile
Nachteile
  • Einfaches Set-up
  • Nutz kostengünstige dünne Kabel
  • Geeignet für kleine Netzwerke
  • Wie ein Temporären Schulungsraum
  • Relativ Langsam
  • Anfällig für Störungen
  • Nicht geeignet für grosse Netzwerke


Bus

Bei der Bus-Topologie sind alle Hosts über ein gemeinsames Medium/Leitung miteinander verbunden.
Alle Hosts haben Zugriff auf das Übertragungsmedium und die Datensignale.
Um Störungen auf der Leitung zu vermeiden und die physikalischen Bedingungen zu verbessern,
werden di
e beiden Kabelenden mit einem Abschlusswiderstand versehen.


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Vorteile
Nachteile
  • Geringe Kosten,da nur geringe Kabel mengen benötigt werden
  • Einfache Verkablung und Netzerweiterung
  • Es werden keine  aktiven Netwerk Komponenten benötigt
  • Datenübertragung können ziemlich leicht abgehört werden
  • Eine störung des Übertragungsmedium an einer einzelnen Stelle im Bus (zb.defektesKabel) blockiert den gesamten Netzstrang
  • Es kann zu jedem Zeitpunkt immer nur eine Station Daten senden.Währendessen sind alle anderen Sender blockiert (müssen zu übertragende Daten intern zwischenpuffern)


Ring

Die Ring-Topologie ist eine geschlossene Kabelstrecke in der die Netzwerk-Teilnehmer-
mit einem durchgehenden Kabelring miteinander verbunden sind.
Das bedeutet, dass an jedem Host ein Kabel ankommt und ein Kabel abgeht.
In der Ring-Topologie muss sich typischerweise keine aktive Netzwerk-Komponente befinden.
Die Steuerung und der Zugriff auf das Übertragungsmedium regelt ein Protokoll, an das sich alle Stationen halten.
Allerdings macht ein Ring-Manager Sinn. Denn wenn an einer Stelle der Ring unterbrochen ist,
dann kann er in einen Bus-Betrieb umschalten.
Das bedeutet, dass die Ring-Topologie redundant ist, was in Produktionsumgebungen wichtig ist,
die auf hohe Verfügbarkeit angewiesen sind.




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Vorteile
Nachteile
  • Deterministische Rechennetz kommunikation ohne Packetkollisionen ,Vorgänger und Nachfolger sind nicht definiert.
  • Alle Stationen arbeiten als Verstärker
  • Alle Rechner haben gleiche Zugriffsmöglichkeiten

  • Ohne Ringverteiler hoher Verkabelungs aufwand,da das Bilden eines echten Rings häufig der (Büro) Raumaufteilung entgegensteht
  • Datenübertragungen können leicht abgehört werden
  • Langsamere Datenübertragung bei vielen angeschlossenen Endgeräten


Star/ Stern

Bei der Stern-Topologie befindet sich zentral eine Netzwerk-Komponente,
die eine physikalische Verbindung zu allen Hosts bereitstellt.
Jeder Host ist über eine eigene Leitung zum zentralen Netzwerk-Punkt verbunden.
Es handelt sich üblicherweise um einen Switch,
welcher die Datenpakete verteilt.


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Vorteile
Nachteile
  • Der Ausfalll eines Endgerätes hat keine Auswirkungen auf den Rest des Netzes
  • Hohe und verschiedene Übertragungsraten möglich
  • Leicht erweiterbar
  • Leicht verständlich
  • Leichte Fehlersuche
  • Durch Ausfall des
    verteilers
    wird
    Netzwerk
    unmöglich


Tree / Baum

Bei der Baum-Topologie handelt es sich um eine erweiterte Stern-Topologie.
Ein übergeordnetes Netzwerk-Element bildet die Basis.
Dies kann ein Router, Switch mit einer anderen anhängenden Topologie sein.
Es bildet sich ein Stamm mit Abzweigungen.


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Vorteile
Nachteile
  • Der Aufall eines Endgeräts ("Blatts") hat keine Konsequenzen
  • Strukturelle Erweitbarkeit
  • Große Entfernungen realisierbar
  • Bei Ausfall eines Verteilers (innerer Knoten) ist der ganze davon ausgehende (Unter)Baum des Verteilers nicht mehr erreichbar
 
  • Zur Wurzel hin kann es bedingt durch die für Bäume definierte Bisektionsweite von 1 zu Engpässen kommen,da zur Kommunikation von der einen unteren Baumhälfte in die andere Hälfte immer über die Wurzel gegangen werden muss


Mesh / Vermaschte Topologie

Bei der Mesh-Topologie handelt es sich um ein dezentrales Netzwerk.
Dieses muss keinen verbindlichen Strukturen unterliegen und in dieser Topologie können
 alle Netzwerkknoten irgendwie miteinander verbunden sein.


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Vorteile
Nachteile
  • Sicherste Variante eines Rechnernetzes
  • Bei Ausfall eines Endgerätes ist durch Umleitung die  Datenkommunikation weiterhin möglich (hohe Konnektivität)
  • Viel Kabel benötigt, auch bei nicht vollständig Vermaschten Rechennetzen sehr aufwendig
  • Komplexes Routing und viele Verbindungen führen zu vergleichweisen hohem Energieverbrauch
  • Vergleichweise komplexes Routingnötig für nicht voll vermaschte Netze,dadiese dann nicht regulär und nicht symmetrisch sind, was viele Spezialfälle hervorruft


Fully Connected / Vollvermaschte Topologie

Bei Fully Connected handelt es sich um eine Topologie, in der alle Hosts miteinander verbunden sind.
Dabei ist gemeint, dass jeder Host zu jedem Host eine eigene physikalische Verbindung besitzt.
Dafür muss die Anzahl der verfügbaren Schnittstellen bei jedem Host entsprechend hoch sein.
Gleichzeitig muss für jede Verbindung auch ein Kabel/Übertragungsmedium zur Verfügung stehen.


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Vorteile
Nachteile
  • Dezente Steuerung
  • Unendliche Netzausdehnung
  • Hohe Ausfallsicherheit
  •  Aufwendige Administration
  •  Teure und hochwetige Vernetzung

Cell / Zell Topologie

Die Zell-Topologie kommt hauptsächlich bei drahtlosen Netzen zum Einsatz.
Eine Zelle ist der Bereich um eine Basisstation (z. B. Wireless Access Point),
in dem eine Kommunikation zwischen den Endgeräten und der Basisstation möglich ist.
Innerhalb einer Zelle entspricht die Zell-Topologie der Bus-Topologie. Sie unterscheidet sich von einem Bus,
 wenn mehrere überlappende Zellen betrachtet werden (Störung durch fremde Zelle, Routing über Zellgrenzen usw.)



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Vorteile
Nachteile
  • Keine Kabel benötigt
  • Keine Störung durch Ausfall von Endgerät
  • Störanfällig und begrenzte Reichweite

  • Sehr unsicher, da jeder von außen darauf zugreifen kann (Verschlüsselung notwendig)


Quellen:

Wikipedia
Elektronik Kompendium