In diesem Teil der Artikelserie erklären wir die verschiedenen Netzwerktypen und -topologien anhand vieler anschaulicher Grafiken. Sie erfahren, was die Vor- und Nachteile der Topologien sind. Außerdem klären wir, anhand welcher Kriterien Netzwerktypen klassifiziert werden.
Zwei wichtige Kategorien sind lokale Netze (LAN, Local Area Network) und Fernnetze (WAN, Wide Area Network). Ein LAN ist ein geschlossenes Netz innerhalb eines Gebäudes oder Firmengeländes. Die Reichweite ist damit auf wenige Kilometer beschränkt. Die Anzahl der angeschlossenen Teilnehmer ist bekannt. Weiterhin kann der Betreiber die eingesetzte Technik festlegen. Diese Faktoren vereinfachen das Netzwerkmanagement erheblich.
Ein WAN umfasst demgegenüber einen großen Bereich - beispielsweise ein Land oder einen Kontinent. Die Signallaufzeiten können daher unter Umständen sehr groß werden. In der Regel ist das Netz offen. Ständig werden neue Teilnehmer angeschlossen oder auch vorhandene Teilnehmer wieder abgemeldet. Für die Benutzung des Netzes müssen die Teilnehmer Gebühren bezahlen. Ein öffentliches Netz ist gerade dadurch gekennzeichnet, dass jeder, der die technischen Voraussetzungen für einen Netzanschluss erfüllt und die Gebühren bezahlt, das Netz auch benutzen darf. Der Betrieb eines solchen Netzes erfordert daher eine klare Regelung der technischen und rechtlichen Fragen. Durch Standards wird sichergestellt, dass die in aller Regel sehr heterogenen Endgeräte von verschiedenen Herstellern mit dem Netz zusammen funktionieren.
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Teil 1 | |
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Teil 2 | |
Teil 3 | Schichten- und Referenzmodelle |
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Netzwerkkategorien
Neben den beiden Grundtypen LAN und WAN unterscheidet man noch zwischen verschiedenen Mischformen. Häufig benutzt man die Kategorie Stadtnetz (MAN, Metropolitan Area Network).
Das weltweite Netz kann man als Netzverbund mehrerer WANs oder als ein GAN (Global Area Network) sehen. In [1] finden Sie weiterhin die Definitionen:
PAN (Personal Area Network) oder Piconetz für die Vernetzung eines Arbeitsplatzes
SAN (Storage / System Area Network) für die Vernetzung eines Raumes - typischerweise ein Rechenzentrum
Bezüglich der Offenheit lässt sich weiterhin unterscheiden zwischen:
Internet: das öffentliche und für alle offene Netz.
SAN (Storage / System Area Network) für die Vernetzung eines Raumes - typischerweise ein Rechenzentrum.
Intranet: ein Netzwerk, basierend auf der gleichen Technik wie das Internet, aber nur für einen geschlossenen Benutzerkreis (zum Beispiel Mitarbeiter einer Firma, Angehörige einer Hochschule) zugänglich.
Extranet: ein Intranet, das ausgewählten, externen Benutzern (zum Beispiel Kunden) einen Zugang ermöglicht.
Topologien
Bei dem Entwurf eines Netzes gibt es zahlreiche Möglichkeiten, die einzelnen Rechner zu verbinden. Dies betrifft sowohl die physikalische Verkabelung als auch die logische Struktur. So kann es beispielsweise sinnvoll sein, bestimmte Teile des Netzes gegen andere abzuschirmen um etwa den Zugriff auf sensible Daten zu kontrollieren.
Für die Verkabelung spielen Fragen wie die erforderlichen Bandbreiten und einzuhaltenden Verzögerungen, aber auch wirtschaftliche Überlegungen eine Rolle. Innerhalb eines Netzwerkes gibt es einige Standardstrukturen oder Topologien für Netzwerke.
Im Folgenden stellen wir diese Standardtopologien kurz vor. In der Praxis wird man selten die reinen Formen, sondern durch Kombination verschiedener Typen Mischformen realisieren.
Punkt-zu-Punkt-Topologie
Beim Maschennetz sind je zwei Endpunkte direkt verbunden. Dadurch ist eine sehr schnelle Kommunikation zwischen Hosts möglich. Darüber hinaus können einzelne Verbindungen an betreffende Geräte angepasst werden.
Insofern wäre eine komplette Vermaschung aller Rechner innerhalb eines Netzes die leistungsfähigste Lösung. Allerdings ist dies bei wachsender Anzahl von Endgeräten nicht mehr praktikabel. Bei N Endgeräten braucht jedes Endgerät N-1 Anschlüsse und insgesamt hätte man N*(N-1) Leitungen. Daher wird meist nur eine teilweise Vermaschung durchgeführt. Nicht direkt verbundene Endgeräte kommunizieren dann über Zwischenstationen.
Sterntopologie
Eine Topologie mit sehr einfacher Struktur erhält man durch sternförmige Anordnung der Endgeräte um einen zentralen Knoten. Jedes Endgerät kommuniziert dann direkt nur noch mit dem Zentralknoten.
Der Zentralknoten muss entsprechend leistungsfähig sein. Sinnvoll kann es sein, an den Zentralknoten Komponenten wie Fileserver oder Backup-Geräte anzuschließen.
Baumtopologie
Verwandt mit der Sterntopologie ist die Baumtopologie. Im Unterschied zur Sternvariante sind hierbei nicht alle Endgeräte an einen Zentralknoten angeschlossen, sondern es gibt Zwischenknoten, die jeweils mehrere Endgeräte bedienen.
Ringtopologie
Eine Topologie mit gleichmäßiger Arbeitsteilung - zumindest bezüglich der Kommunikation - ist die Ringtopologie. Dabei ist jeder Knoten nur mit zwei anderen Knoten verbunden. Jedes Datenpaket wird dabei in jedem Knoten gelesen und - falls es nicht für diesen Knoten bestimmt ist - weiter gereicht.
Da auf jeder Leitung nur jeweils ein Knoten sendet und empfängt, hat man gute Kontrolle über die Leitung und kann einen hohen Durchsatz erzielen. Nachteilig ist die hohe Abhängigkeit des Gesamtsystems von jeder einzelnen Leitung.
Bustopologie
In den bisher besprochenen Topologien verbindet eine Leitung stets zwei Knoten. Eine grundsätzliche Alternative ist die Nutzung einer gemeinsamen Leitung - dann auch als Bus bezeichnet. Jeder Knoten wird direkt mit diesem Bus verbunden. Um einen anderen Knoten zu erreichen, schickt ein Knoten eine Nachricht auf den gemeinsamen Bus. Alle Knoten müssen ständig die Daten auf dem Bus beobachten und die an sie adressierten Nachrichten aufnehmen.
Eine Stärke dieser Anordnung ist die effiziente Realisierung von Broadcast-Nachrichten, das heißt Nachrichten, die an mehrere oder sogar alle Knoten im Netz gerichtet sind. Ein derartiges System stellt eine Reihe von besonderen Anforderungen. So muss man mit entsprechenden Protokollen sicherstellen, dass nicht zwei Knoten gleichzeitig senden oder ein Knoten den Bus dauerhaft belegt.
Ausblick
Unsere kleine Artikelreihe schließen wir im dritten Teil mit einer Betrachtung von Protokollstapel und OSI-Schichtenmodell ab. (mec)
Literatur
[1] Erich Stein. Taschenbuch Rechnernetze und Internet. Fachbuchverlag Leipzig im Carl Hanser Verlag, 2001
[2] Andrew S. Tanenbaum. Computernetzwerke. Prentice Hall, 2000
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Teil 1 | |
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Teil 2 | |
Teil 3 | Schichten- und Referenzmodelle |
Diesen und weitere Artikel zum Thema finden Sie im neuen tecCHANNEL-Compact Netzwerk-Know-How, das ab dem 14. Januar 2005 im Handel ist. Sie können die Ausgabe auch versandkostenfrei in unserem Online-Shop bestellen.