Netzwerktopologie
Die Netzwerktopologie hilft dir dabei, Geräte in einem Netzwerk zu verbinden. Worum es sich dabei handelt und welche Arten es gibt, erklären wir dir in unserem Beitrag! Schau dir auch unser Video dazu an!
Inhaltsübersicht
Netzwerktopologie einfach erklärt
Informatiker bauen Netzwerke mithilfe von Topologien auf. Unter einer Topologie verstehst du die Art und Weise, wie Geräte miteinander verbunden sind. Einfach gesagt handelt es sich bei der Netzwerktopologie um eine physikalische Verbindung von Geräten in einem Netzwerk.
Die Geräte, die das Netzwerk aktiv nutzen, nennst du Hosts. Das können zum Beispiel Clients und Server sein. Um Hosts im Netzwerk zu verbinden sind auch Netzwerk-Komponenten mit Verteilfunktion notwendig. Das sind beispielsweise Switche oder Router. Switche sind für die Verbindung der einzelnen Geräte zuständig und die Router für die Internetverbindung.
Die wichtigsten Netzwerktopologien beziehen sich auf paketvermittelnde Netzwerke und sind im Folgenden aufgelistet:
- Punkt-zu-Punkt-Topologie
- Punkt-zu-Mehrpunkt-Topologie
- Linien-Topologie
- Bus-Topologie
- Ring-Topologie
- Stern-Topologie
- Baum-Topologie
- Maschen-Topologie
- Vollvermaschte Topologie
- Geflecht-Topologie
Der Host ist ein Computer, der in ein Rechnernetz integriert ist. Dieser Dienstrechner besitzt ein Betriebssystem und kann Datenbanken für Clients und Server bereitstellen.
Bei einem Client handelt es sich um einen Computer oder eine Software, die mit einem Zentralrechner (Server) kommuniziert und von diesem Daten und spezielle Dienste in Anspruch nimmt.
Punkt-zu-Punkt-Topologie (Point-To-Point)
Unter einer Punkt-zu-Punkt-Topologie verstehst du die einfache und direkte physikalische Verbindung zwischen zwei Hosts über ein Kabel. Beide Geräte können diese Verbindung für die gegenseitige Kommunikation verwenden.
In einer Ad-Hoc-Umgebung (Wireless Netzwerk Umgebung ohne Access Point) finden die Hosts meist spontan zusammen, ohne dauerhaft miteinander zu interagieren. In einer Netzwerk-Umgebung hingegen besteht die physikalische Verbindung dauerhaft.
Merke: Du darfst die Punkt-zu-Punkt-Topologie nicht mit der P2P bzw. dem Peer-to-Peer-Konzept verwechseln. Dabei handelt es sich um ein Modell, wo die Kommunikation nicht über einen Server, sondern direkt von Computer zu Computer erfolgt.
Punkt-zu-Mehrpunkt-Topologie (Point-To-Multipoint)
Bei einer Punkt-zu-Mehrpunkt-Topologie besteht das Netzwerk aus mehreren Hosts, die sich innerhalb der Topologie eine Leitung zum Zentralsystem teilen. Die Kommunikation zwischen den Hosts erfolgt in allen Richtungen, in denen eine Verbindung besteht. Das bedeutet, nur bis zum Verzweigungspunkt kann jeder Teilnehmer sein eigenes Übertragungsmedium aufweisen.
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Linien-Topologie (Line)
In einer Linien-Topologie sind mehrere Hosts nacheinander in Reihe geschaltet. Die beiden Enden der Linie sind jeweils mit einem Gerät abgeschlossen.
Entfernst du einen beliebigen Host, so kommt es zu einer Unterbrechung in der Linie. Die Folge ist, dass das Netzwerk ausfällt. Die dadurch entstandene Lücke muss überbrückt oder an der Stelle neu verkabelt werden. Die Konsequenz ist die Neuordnung der Verkabelung zwischen allen Geräten in Abhängigkeit vom Übertragungsmedium.
Du bezeichnest die Linien-Topologie auch als Daisy-Chain-Konfiguration. Häufig kommt diese Art der Vernetzung in der Automatisierungs- und Sicherheitstechnik zum Einsatz.
Merke: Die Linientopologie vermischt sich oft mit der Bus-Topologie. Bei der physikalischen Verkabelung nimmst du keine Unterscheidung vor, bei der darauf aufbauenden Übertragungslogik und dem Zugriffsverfahren hingegen schon.
Bus-Topologie (Bus)
Bei einer Bus-Topologie sind alle Geräte direkt mit demselben Übertragungsmedium, dem Bussystem , verbunden. Das bedeutet, alle Hosts haben Zugriff auf die Signale, die übertragen werden.
Um Störungen und Probleme auf der Leitung zu vermeiden und die physikalischen Eigenschaften zu verbessern, werden zwei Kabelenden mit einem Abschlusswiderstand versehen.
Der Abschlusswiderstand ist ein Widerstand, mit dem eine Leitung abgeschlossen werden muss, damit keine Energie reflektiert und das Signal nicht beeinträchtigt wird.
Es gibt keine zentrale Netzwerk-Komponente, die die Abläufe auf dem Bus regelt. Stattdessen ist ein Zugriffsverfahren für die Ablaufprozesse auf dem Bus verantwortlich, an dessen Regeln sich alle Hosts halten. Das heißt, ein Datenprotokoll gibt die Befehle vor und der Bus selbst stellt nur ein passives Übertragungsmedium dar.
Schon gewusst? Für technische Sanierungsarbeiten (u. a. Erweiterung vom Bus, Hinzufügen von Hosts) fällt das Netzwerk für unbestimmte Zeit aus.
Ring-Topologie (Ring)
In einer Ring-Topologie werden alle Geräte über eine geschlossene Kabelstrecke ringförmig verknüpft. An jedem Host kommt jeweils ein Kabel an und geht dann wieder ab.
In der Ring-Topologie muss sich typischerweise keine aktive Netzwerk-Komponente befinden. Das bedeutet, ein Datenprotokoll, an das sich alle Stationen halten, regelt die Steuerung und den Zugriff auf das Übertragungsmedium.
In den meisten Fällen ist ein Ring-Manager vorteilhaft. Dabei handelt es sich um einen doppelten Ring. Denn ist der Ring an einer Stelle unterbrochen, so kann die Ring-Topologie in die Bus-Topologie umschalten.
Stern-Topologie (Star)
Die Stern-Topologie funktioniert im Prinzip ähnlich wie die Punkt-zu-Mehrpunkt-Topologie. Der Unterschied ist aber eine zentrale Netzwerk-Komponente, die eine physikalische Verbindung zu allen umgebenden Hosts aufbaut.
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Dabei besitzt jeder Host eine eigene Leitung zum Zentralgerät. In der Regel handelt es sich hier um einen Hub oder Switch. Sie können die Daten als Empfänger annehmen und anschließend an andere Hosts weiterleiten.
Da alle Daten und Verbindungen über den Zentralverteiler laufen, ist die Datenbelastung im Zentrum sehr hoch. Jedoch haben das Hinzufügen von neuen oder Entfernen von alten Hosts keine Auswirkungen auf den Netzwerkbetrieb.
Schon gewusst? Es gibt eine Kombination aus Stern- und Bus-Topologie. Du bezeichnest die Netzwerkstruktur als Stern-Bus-Struktur. Die einzelnen Stationen sind hier über eine Sternstruktur mit dem Hub verbunden. Darüber hinaus ist die Busleitung für die Verknüpfung mehrerer Switche zuständig.
Maschen-Topologie (Mesh)
Bei der Maschen-Topologie liegt ein dezentrales Netzwerk vor, in dem alle Netzwerkknoten willkürlich miteinander verbunden sind. Das heißt, es unterliegt keinen verbindlichen Strukturen und nicht jeder Host ist mit jedem verbunden.
Der Vorteil einer Maschen-Topologie ist die Erhöhung der Reichweite des Netzwerks. Das gilt insbesondere für Netzwerkknoten, die weiter am Rand liegen.
Fällt eine Verbindung aus, so kann der Datenverkehr über eine alternative Strecke unterbrechungsfrei fortgesetzt werden. Dazu müssen aktive Netzwerk-Komponenten die Datenpakete innerhalb des Netzwerks vermitteln (z. B. durch Routing).
Schon gewusst? Das Internet entspricht einer Maschen-Topologie, weil keine zentrale Administration über die Netzwerkstruktur entscheidet.
Vollvermaschte Topologie (Fully Connected)
In einer Vollvermaschten Topologie sind alle Hosts miteinander verbunden. Das bedeutet, jedes Gerät besitzt eine eigene physikalische Verbindung zu allen anderen Hosts. Die Anzahl der verfügbaren Schnittstellen bei jedem Host ist entsprechend umfangreich.
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Theoretisch handelt es sich um ein perfektes Netzwerk, jedoch kommt die vollvermaschte Topologie in der Praxis nicht häufig zum Einsatz. Der Grund dafür ist, dass für die direkte Verbindung zwischen zwei Geräten ein großer Aufwand erforderlich ist.
Geflecht-Topologie (Fabric)
Bei der Geflecht-Topologie gibt es keinen zentralen Knoten, alle Hosts sind direkt miteinander verbunden. Diese Netzwerkstruktur bildet die Grundlage zu hochverfügbaren verteilten Systemen.
Des Weiteren ist die Geflecht-Topologie eine Netzwerk-Topologie, deren Begriff und technische Ansätze aus der Fibre-Channel-Welt stammen und in Speichernetzen schon sehr lange zum Einsatz kommt.
Schon gewusst? Fibre Channel ist eine Technologie, um Daten zwischen Computing-Geräten mit hoher Geschwindigkeit zu übertragen. Sie dienen als Vorbild für Ethernet im Rechenzentrum.
Das Ethernet ist eine Technik, mit der innerhalb eines lokalen Netzwerks die kabelgebundene Datenübertragung ermöglicht wird.
Netzwerktopologien Vor- und Nachteile
Im Folgen zeigen wir dir die Vor- und Nachteile der Grundtopologien:
| Topologie | Vorteile | Nachteile |
| Bus-Topologie |
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| Ring-Topologie |
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| Stern-Topologie |
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| Maschen-Topologie |
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Verkabelungsaufwand im Vergleich
Der Verkabelungsaufwand der Bus- und Ring-Topologie sollte nicht unterschätzt werden. Der Vorteil liegt augenscheinlich zunächst darin, dass die Kabelstrecke kurz ist. Die Nachteile sind jedoch die häufig langen und ungewöhnlich verwinkelten Kabelstrecken, da von Host zu Host verlegt werden muss.
Insgesamt ist der Verkabelungsaufwand der Stern-Topologie im Vergleich dazu viel geringer, da die Leitungen flexibler sind. So können unterschiedliche Netzwerk-Techniken oder andere Anwendungen auf den Kabelstrecken betrieben werden.
Zusammenfassung
- Die Netzwerktopologie charakterisiert die physikalische Verbindung von Geräten in einem Netzwerk.
- Es gibt vier Grundtopologien: Bus-Topologie, Ring-Topologie, Stern-Topologie und Maschen-Topologie.
- Die Bus-Topologie beschreibt die Verbindung von allen Geräten über die gleiche Leitung.
- In einer Ringtopologie sind alle Geräte in einem abgeschlossen Ring mit Anfang und Ende verbunden.
- Bei einer Sterntopologie sind alle Geräte über ein Zentralsystem verbunden. Die Struktur ähnelt einem Stern.
- Die Geräte werden in einer Maschen-Topologie über komplexes Routing willkürlich verbunden.
Switch Case Java
Du kennst dich jetzt mit den einzelnen Netzwerktopologien aus. Wichtige Netzwerk-Komponenten stellen dabei Router und Switch dar. Du willst wissen, wie der Switch Case Java aufgebaut ist und wie er funktioniert? Dann schau unbedingt hier vorbei!
