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Netzwerktopologie
Veröffentlicht: 15. Februar 2024
Mitwirkende: Gita Jackson
Die Netzwerktopologie bezieht sich auf die Art und Weise, wie Knoten und Verbindungen in einem Netzwerk physisch und logisch angeordnet sind.
Netzwerke bestehen aus einer Reihe von Verbindungen und Knoten. Zu den Knoten gehören Geräte wie Router, Switches, Repeater und Computer. Eine Netzwerktopologie beschreibt, wie diese Komponenten zueinander angeordnet sind und wie sich Daten durch das Netzwerk bewegen.
Die Netzwerktopologie wirkt sich auf viele Aspekte der Netzwerkfunktionalität aus, z. B. auf die Geschwindigkeit der Datenübertragung, die Effizienz des Netzwerks und die Netzwerksicherheit. Es gibt mehrere verschiedene Topologietypen und für jeden Typ spezifische Vor- und Nachteile. Bei der Entscheidung, welche Topologie für ein Netzwerk am besten geeignet ist, ist es wichtig, diese Eigenschaften zu berücksichtigen.
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Ein Netzwerk besteht aus Knoten – den Verbindungspunkten in einem Netzwerk – und den Links, die sie verbinden. In einem lokalen Netzwerk (LAN) ist beispielsweise jeder Computer ein Knoten. Ein Router ist ein Gerät, das als Knoten fungiert, wenn es Ihren Computer mit dem Internet verbindet. Eine Netzwerkbrücke ist ein Knotentyp, der zwei Netzwerksegmente miteinander verbindet und den Datenfluss zwischen ihnen ermöglicht. Ein Repeater nimmt Informationen auf, bereinigt sie von Rauschen und überträgt das Signal dann an den nächsten Knoten im Netzwerk.
Links sind die Übertragungsmedien, die zum Senden von Informationen zwischen den Knoten in Ihrem Netzwerk verwendet werden. Der gebräuchlichste Verbindungstyp ist ein Kabel, obwohl die Art des verwendeten Kabels vom Netzwerk abhängt, das erstellt wird. So werden z.B. Koaxialkabel häufig für LAN-Netzwerke verwendet; Twisted-Pair-Kabel sind für Telefonleitungen und in Telekommunikationsnetzwerken weit verbreitet; Glasfaserkabel übertragen Lichtimpulse, die Daten übertragen, und werden häufig für Hochgeschwindigkeits-Internet und Unterwasser-Kommunikationskabel verwendet.
Eine Netzwerktopologie beschreibt zwei verschiedene Aspekte eines Kommunikationsnetzwerks: die physische Topologie und die logische Topologie. Eine physische Netzwerktopologie beschreibt die Platzierung der einzelnen Komponenten im Netzwerk und wie sie physisch miteinander verbunden sind. Eine Netzwerktopologiekarte kann Netzwerkadministratoren dabei helfen, zu visualisieren, wie Geräte miteinander verbunden sind und wie Verbindungen und Knoten am besten angeordnet werden können.
Die logische Topologie beschreibt, wie Netzwerkgeräte miteinander verbunden zu sein scheinen und wie Daten durch das Netzwerk fließen. Daten fließen nicht unbedingt in jedem Netzwerk omnidirektional. Die logische Netzwerktopologie kann veranschaulichen, wie Daten übertragen werden sollten und wie viele Verbindungen und Knoten sie durchlaufen, bevor sie ihr Ziel erreichen.
Netzwerkadministratoren verwenden häufig Diagramme zur Netzwerktopologie, um zu verstehen, wo sie Knoten und Verbindungen am besten platzieren sollten, aber sie fangen nicht unbedingt bei Null an. Es gibt verschiedene Arten von Netzwerktopologien, darunter: Punkt-zu-Punkt-Topologie, Bustopologie, Ringtopologie, Sterntopologie, Baumtopologie, Mesh-Topologie und Hybrid-Topologie.
Ein Punkt-zu-Punkt-Netzwerk oder eine Punkttopologie ist das am einfachsten zu verstehende Netzwerk und die grundlegendste Art der Netzwerktopologie. Es handelt sich einfach um zwei Knotenpunkte, die durch eine einzige Verbindung miteinander verbunden sind. Daten werden zwischen diesen beiden Endgeräten hin und her übertragen. Obwohl dieser Netzwerktyp am einfachsten einzurichten ist, bringt seine Einfachheit auch einen Nachteil mit sich. Eine Punkt-zu-Punkt-Topologie ist für die meisten modernen Anwendungsfälle nicht geeignet.
In einem Busnetzwerk ist jeder Knoten mit einem einzigen Kabel verbunden, wie Haltestellen, die von einer Buslinie abzweigen. Die gesamte Datenübertragung läuft über diese eine zentrale Verbindung. Da alles in einer geraden Linie über ein zentrales Kabel verbunden ist, handelt es sich um eine kosteneffiziente Topologie, die einfach einzurichten ist und zu der neue Knotenpunkte hinzugefügt werden können.
Eine gemeinsame zentrale Verbindung hat jedoch auch Nachteile. In einem System, das eine zentrale Verbindung mit vielen Abhängigkeiten hat, führt ein Ausfall dieser zentralen Verbindung zum Ausfall aller Abhängigkeiten. Aufgrund dieser gemeinsamen zentralen Verbindung sind Busnetzwerke auch nicht so sicher wie andere Arten. Je mehr Knoten sich ein zentrales Kabel teilen, desto langsamer ist ein Netzwerk.
In einem Ringnetzwerk sind die Knoten und Verbindungen in einem Ring angeordnet. Jeder Knoten hat genau zwei Nachbarn. In einem solchen Netzwerk werden Repeater verwendet, um sicherzustellen, dass Daten die Knoten im Ring erreichen können, die am weitesten voneinander entfernt sind. Daten fließen normalerweise unidirektional in einem Ringnetzwerk.
Diese Art von Netzwerken sind kostengünstig zu installieren und zu erweitern, und die Daten fließen schnell innerhalb des Netzwerks. Der Ausfall eines einzelnen Knotens kann jedoch das gesamte Netzwerk zum Absturz bringen. Zum Schutz vor solchen Ausfällen werden Dual-Ring-Netze eingesetzt.
Ein Dual-Ring-Netzwerk verfügt über zwei konzentrische Ringe statt einem, und die Ringe senden Daten in entgegengesetzte Richtungen. Der zweite Ring wird verwendet, wenn im ersten Ring ein Fehler auftritt. Dieser Netzwerktyp wird häufig zur Unterstützung kritischer Infrastrukturen eingesetzt.
In einem Sternnetz sind alle Knoten mit einem zentralen Hub verbunden. Die Knotenpunkte sind um diesen zentralen Knotenpunkt herum in einer Form angeordnet, die in etwa einem Stern ähnelt.
Dieser Topologietyp erleichtert die Fehlersuche bei Problemen mit einem bestimmten Knoten. Wenn ein einzelner Knoten ausfällt, ist der Rest des Netzwerks davon nicht betroffen. Das heißt, wenn der zentrale Hub ausfällt, fällt das gesamte Netzwerk mit ihm aus. In einem sternförmigen Netzwerk hängt die Leistung des gesamten Netzwerks vom zentralen Knotenpunkt und den Verbindungen zu ihm ab.
Es ist sinnvoll, sich eine Baumtopologie als eine Kombination aus einem Busnetz und einem Sternnetz vorzustellen. In einer Baumtopologie haben Sie immer noch einen zentralen Knotenpunkt, der alles miteinander verbindet, aber statt einzelner Knoten, die sich von diesem zentralen Wurzelknoten aus verzweigen, sind es andere sternförmige Netzwerke. Diese Topologie ermöglicht es mehr Geräten, sich mit einem zentralen Datenzentrum zu verbinden, was den Datenfluss beschleunigt. Wie in einem Sternnetz ist es relativ einfach, Probleme mit einzelnen Knoten zu erkennen.
Baumtopologien haben die gleichen Nachteile wie Bus- und Sternnetze, nämlich die Anfälligkeit für einen Single Point of Failure. Wenn diese zentrale Verbindung ausfällt, fällt alles aus.
In einem Mesh-Netzwerk ist jedes Gerät mit mindestens einem anderen Knoten im Netzwerk verbunden. In einem Full-Mesh-Netzwerk ist jeder Knoten mit jedem anderen Knoten verbunden. In einem partiellen Mesh-Netzwerk sind nur einige der Knoten direkt miteinander verbunden, während andere über zusätzliche Knoten gehen müssen, um den Zielknoten zu erreichen.
Da die Knoten direkt miteinander kommunizieren können und nicht über einen zentralen Hub, ist die Kommunikation in einem Mesh-Netzwerk oft sehr schnell. Ein hervorragendes Beispiel für ein Mesh-Netzwerk ist das Internet selbst, bei dem jeder Computer ein Knotenpunkt in einem Netzwerk ist, das von verschiedenen Internetdienstanbietern bereitgestellt wird, die sich auch untereinander verbinden. Mesh-Anbieter wie NYC Mesh nutzen ein Mesh-Netzwerk, um drahtloses Internet in einer der bevölkerungsreichsten Städte Amerikas bereitzustellen.
Da Mesh-Netzwerke über mehrere Routen verfügen, über die Informationen übertragen werden können, sind sie widerstandsfähiger als viele andere Topologien und können weiter funktionieren, wenn ein Knoten oder eine Verbindung ausfällt. Mesh-Netzwerke bieten auch mehr Sicherheit – wenn ein Knoten angegriffen oder kompromittiert wird, kann er ersetzt werden.
Die Einrichtung von Mesh-Netzwerken ist jedoch oft teuer und erfordert viele Kabel, um die Verbindungen herzustellen. Die Vernetzung mehrerer Pfade kann auch die Installation kompliziert machen und zu Wartungskosten führen, die höher sind als bei anderen Arten von Topologien.
Eine hybride Netzwerktopologie ist jede Art von Netzwerk, das eine Kombination von Topologien verwendet. Ein Baumnetz, das ein Sternnetz und ein Busnetz kombiniert, ist eine Art hybride Topologie.
Hybridnetzwerke bieten Flexibilität und helfen Unternehmen bei der Entwicklung einer Topologie, die speziell auf ihre Anforderungen zugeschnitten ist. Der Aufbau einer maßgeschneiderten Netzwerkarchitektur kann jedoch eine Herausforderung darstellen und mehr Kabel und Netzwerkgeräte erfordern, wodurch die Wartungskosten steigen.
Die Netzwerkkonfiguration hat einen direkten Einfluss auf die Netzwerkleistung. Es wirkt sich auf Faktoren wie Netzwerklatenz, Effizienz, Belastbarkeit, Sicherheit, Skalierbarkeit, Wartungskosten und mehr aus. Sie können zwar die Netzwerktopologie ändern, aber es ist viel schwieriger, wenn die physische Infrastruktur erst einmal eingerichtet ist. Daher ist die Wahl des geeigneten Netzwerkdesigns für Ihre aktuellen und zukünftigen Netzwerkanforderungen von entscheidender Bedeutung.
Die verschiedenen Topologietypen bieten spezifische Vor- und Nachteile. Wenn Sie diese Eigenschaften kennen, können Sie die für Ihr Netzwerk am besten geeignete Topologie bestimmen.
Ein Mesh-Netzwerk ist zum Beispiel teurer in der Einrichtung als andere Typen, bietet aber eine höhere Netzwerksicherheit und Ausfallsicherheit. Für ein Unternehmen, das ein Höchstmaß an Sicherheit und Betriebszeit benötigt und sich die damit verbundenen Einrichtungs- und Wartungskosten leisten kann, könnte dieser Typ eine geeignete Topologie sein.
Ein Busnetzwerk ist in der Regel einfacher und billiger zu installieren, aber da alle Informationen über eine zentrale Verbindung fließen, sind Datenschutz und Sicherheit gering, die Fehlersuche ist schwieriger und ein Problem mit der zentralen Verbindung kann zum Ausfall des gesamten Netzwerks führen. Ein Unternehmen, das mit dieser Art von Topologie seine Netzwerkkosten senken möchte, muss abwägen, ob solche Nachteile tolerierbar sind.
Ein gut konzipiertes Netzwerk bietet eine Vielzahl von Vorteilen. Zum einen sorgt es dafür, dass Daten schnell und effizient übertragen werden und dass Netzwerkprobleme leicht erkannt und behoben werden können. Ein gut konzipiertes Netzwerk erleichtert den Netzwerkadministratoren auch die Zuweisung von Ressourcen. Es kann auch die Implementierung zusätzlicher Sicherheitsmaßnahmen erleichtern, wie z. B. Firewalls, die den Zugang zu bestimmten Teilen des Netzwerks gemäß den in einer Zugriffskontrollliste (ACL) festgelegten Richtlinien blockieren.
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