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Die Netzwerktopologie ist das Herzstück beim Aufbau eines funktionierenden kabelgebundenen oder drahtlosen Netzwerks. Für eine optimale Leistung werden vernetzte Geräte in bestimmten Topologien angeordnet, die den effektiven Datenfluss zwischen ihnen sicherstellen. Die Kenntnis der wichtigsten Arten von Netzwerktopologien ist für das Verständnis oder den Aufbau von Netzwerken unerlässlich. In diesem Artikel werden 7 Arten von Netzwerktopologien anhand von Beispielen erläutert.
Was ist Netzwerktopologie?
Netzwerktopologie ist, wie beteiligte Computer, Antennen, Sensoren und andere Geräte in einem Netzwerk angeordnet sind und interagieren. Mehrere Arten von Topologien können verwendet werden, um den Datenfluss innerhalb von Netzwerken zu organisieren und zu lenken.
Die Auswahl der am besten geeigneten Topologie ist ein kritischer Teil des Netzwerkdesigns und berücksichtigt:
Die Art der Geräte im Netzwerk (z. B. Computer, Antennen, Telefone, Sensoren)Die NetzwerkanwendungErwartetes Netzwerk Durchsatz und Kapazität Die zum Verbinden von Geräten verwendeten TechnologienVerwaltungs-und WartungsanforderungenKosten
Die 7 Arten von Netzwerktopologien
Dies sind die vorherrschenden Netzwerktopologien. Sie können drahtgebunden oder drahtlos sein und werden in der Telekommunikation, IT und jeder anderen praktischen Anordnung von Knoten verwendet, wo Daten fließen oder ausgetauscht werden:
1. Punkt-zu-Punkt-Netzwerktopologie
Dies ist die grundlegendste Art der Netzwerkverbindung und kann als Baustein für die komplexeren Netzwerktopologien unten verwendet werden.
Was ist ein Punkt-zu-Punkt-Netzwerk?
Eine Punkt-zu-Punkt-Netzwerkverbindung ist eine einzelne kabelgebundene oder drahtlose Verbindung, die zwei Computer, Geräte oder Knoten miteinander verbindet. Zwischen den beiden Punkten findet ein uni-oder bidirektionaler Datenaustausch statt und der Datenstrom kann gegen Störungen gesichert werden.
Je nach verfügbarer Bandbreite können mit einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung große Datenmengen ausgetauscht werden Konnektivität mit hoher Geschwindigkeit und hohem Durchsatz.
Merkmale einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung
Bei einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung:
Es gibt nur zwei beteiligte GeräteDaten können uni-oder bidirektional fließenEs gibt keine Netzwerk-Hub oder ControllerAusgetauschte Daten müssen nicht speziell verwaltet oder verpackt werden
Vor-und Nachteile einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung
Vorteile einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung:
Schnelle und zuverlässige Verbindung, die eine Hochgeschwindigkeits-Datenverbindung bereitstellen kann. Einfache und kostengünstige Installation über kurze Entfernungen. Große Entfernungen können mit einer drahtlosen Verbindung überbrückt werden. Punkt-zu-Punkt-Verbindungen können mehrere Geräte verbinden um andere Netzwerktopologien zu bilden.
Nachteile einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung:
Störungen oder Angriffe auf die Verbindung wirken sich auf beide Geräte aus. Daten werden nur zwischen zwei Geräten geteilt.
Beispiele für Punkt-zu-Punkt-Netzwerktopologie
Eine erfolgreiche Anwendung der Punkt-zu-Punkt-Netzwerktopologie ist die Verwendung von drahtlosen Verbindungen für Breitbandverbindungen zu Hause. An Orten, an denen keine Kabel-oder Glasfaser-Internetverbindung verfügbar ist, können drahtlose Internetunternehmen eine drahtlose Verbindung einrichten, die einen Hochgeschwindigkeitsdatenaustausch zwischen dem Backhaul eines Internetunternehmens und einem abgelegenen oder ländlichen Wohnort ermöglicht.
2. Star-Netzwerktopologie
In einem Sternnetzwerk ist jeder Knoten einzeln mit einem zentralen Hub oder Switch verbunden.
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Das Sternnetzwerk ist eine der ursprünglichen und am weitesten verbreiteten Netzwerktopologien. Es wurde durch die Verwendung in ARCNET und Ethernet Local Area Networking weit verbreitet.
Was ist ein Sternnetzwerk?
Ein Sternnetzwerk ist eine Anordnung verbundener Knoten, wobei jeder teilnehmende Knoten einzeln und direkt mit einem zentralen Hub oder Switch verbunden ist. Grafisch dargestellt sieht es aus wie ein Stern oder die Speichen eines Rades.
Der Hub ist der Netzwerkcontroller und die Hauptleitung für den Datenaustausch. Daten können nicht zwischen Knoten ausgetauscht werden, alles muss durch den Hub laufen, der den Informationsfluss lenkt. Sternnetzwerke können drahtgebunden oder drahtlos sein.
Merkmale eines Sternnetzes
In einem Sternnetz:
Alle Verbindungen (kabelgebunden oder drahtlos) enden an einem zentralen Punkt. Sternnetze können durch Verbinden oder Trennen skaliert werden Knoten vom zentralen Hub. Jeder Verbindungsverlust zum Hub wirkt sich nur auf einen einzelnen Knoten und nicht auf das gesamte Netzwerk aus.
Vor-und Nachteile von Sternnetzwerken
Zu den Vorteilen von Sternnetzwerken gehören:
Eine fehlgeschlagene Verbindung in einem Knoten verursacht keine Ausfallzeit im gesamten Netzwerk. Geräte können ohne Ausfallzeit angeschlossen und getrennt werden. Große Netzwerke können in dieser Anordnung mit zentralisierter Steuerung unterstützt werden.
Zu den Nachteilen von Sternnetzwerken gehören:
Der Hub ist der anfälligste Teil des Netzwerks. Wenn es fehlschlägt, fällt das gesamte Netzwerk aus.
Beispiel einer sternförmigen Netzwerktopologie
ZigBee-Netzwerke für die Smart-Home-Verwaltung verlassen sich auf einen einzelnen Controller, mit dem sich Geräte einzeln zur Überwachung und Steuerung verbinden.
3. Topologie des Busnetzwerks
Bustopologie wird weiterhin vom Ethernet verwendet.
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Bus-oder Linientopologie ist eng mit der Entwicklung von Ethernet im Jahr 1972 durch Robert Metcalfe verbunden. Ethernet ist nach wie vor eine der wichtigsten Netzwerktechnologien, die diese Topologie verwenden.
Was ist ein Busnetzwerk?
Ein Bus-(oder Liniennetzwerk) ist eine Netzwerktopologie, bei der alle teilnehmenden Geräte im Netzwerk mit einem gemeinsamen linearen Kabelabschnitt verbunden sind, der als ein Bus. Das Kabel ist normalerweise ein RJ-45-Netzwerkkabel oder Koaxialkabel und bildet einen Backbone oder Trunk für das Netzwerk.
Es gibt zwei Arten von Bustopologien:
Lineare Bustopologie, bei der alle Knoten mit einer durchgehenden Kabellänge verbunden sind. Verteilte Bustopologie, bei der die Knoten mit einem verzweigten Kabel verbunden sind mehrere Endpunkte.
In Busnetzwerken bewegt sich der Netzwerkverkehr entlang des linearen Backbones, der einen kabelgebundenen Internet-Backhaul bilden kann. Jeder Knoten in einem Busnetzwerk wird als Station bezeichnet, wobei alle Stationen den Netzwerkverkehr empfangen und die gleiche Übertragungspriorität haben. Um Kollisionen zu vermeiden, verwendet das Netzwerk eine Zugriffskontrolltechnologie wie Carrier-Sense Multiple Access (CSMA).
Merkmale einer Bustopologie
In einem Busnetzwerk:
Geräte sind linear entlang eines oder mehrerer Kabel verbunden werden. Die Kabelenden müssen sorgfältig mit Signalabsorbern abgeschlossen werden, um Signalreflexionen zu vermeiden. Nicht abgeschlossene Buskabel hallen zurück und erzeugen ein Interferenzphänomen, das als Klingeln bezeichnet wird.
Vor-und Nachteile von Busnetzwerken
Zu den Vorteilen von Busnetzwerken gehören:
Niedrige KostenEffiziente Topologie für kleine, abgeschlossene NetzwerkeEinfaches Hinzufügen oder Entfernen von GerätenWeniger Verkabelung erforderlich Der Verlust eines Knotens wirkt sich nicht auf die anderen Knoten im Netzwerk aus
Zu den Nachteilen von Busnetzwerken gehören:
Eine Beschädigung des Backbone-Kabels bringt das gesamte Netzwerk zum Erliegen. Da alle Geräte ein einziges verwenden Kabelverbindung wird die Fehlersuche schwierig. Diese Netzwerke lassen sich schlecht skalieren und können langsam werden, wenn der Netzwerkverkehr hoch ist. Da sich alle Geräte den Bus teilen, können alle Knoten kompromittiert werden, wenn ein einzelner Knoten infiziert oder gehackt wird.
Beispiel einer Busnetzwerktopologie
Die früheren Formen von Ethernet-Netzwerken (in den 1970er und 80er Jahren) verwendeten eine Busnetzwerkarchitektur. Es ist heute nicht weit verbreitet, außer bei Netzwerken, die mit Legacy-Systemen verbunden sind.
4. Ringnetzwerktopologie
In einer Ringtopologie sind alle Knoten in einem Ring verbunden.
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Die Ringnetzwerktopologie ist eine weitere der früheren LAN-Topologien, die 1984 von IBM eingeführt wurden.
Was ist ein Ringnetzwerk?
Ein Ringnetzwerk besteht aus Knoten, die in einer Ringformation verbunden sind, wobei jeder Knoten mit zwei anderen Knoten verbunden ist. Ein Ringnetzwerk bildet einen einzigen kontinuierlichen Pfad für den Datenfluss, der nacheinander durch jeden Knoten geleitet wird.
Der Datenfluss in Ringnetzen kann uni-oder bidirektional sein. Unidirektionale Datenflüsse können im oder gegen den Uhrzeigersinn erfolgen. Praktische Implementierungen von Ringnetzwerken können den Ring als Hochgeschwindigkeits-Backbone verwenden und einen Hub oder Konzentrator verwenden, um das Netzwerk zu leiten.
Merkmale eines Ringnetzwerks
In einem Ringnetzwerk:
Geräte werden auf logischer Ebene in einem Ring verbunden. Datenpakete werden verarbeitet von jedem Knoten im Netzwerk. Verbindungen zwischen Knoten können uni-oder bidirektional sein. Ringnetzwerke können durch die Verwendung eines Backup-Rings (Dual-Ring-Netzwerk) verstärkt und gegen Fehler geschützt werden. Der Sekundärring kann gegenläufig rotieren (C-Ring-Netzwerk).
Vor-und Nachteile von Busnetzwerken
Zu den Vorteilen von Ringnetzwerken gehören:
Das Netzwerk wird nicht von einem einzelnen Knoten monopolisiert. Knoten haben gleichberechtigten Zugriff auf die Übertragung und Empfang von Daten. Kann höhere Netzwerklasten bewältigen als ein Busnetzwerk. Installation und Konfiguration sind einfach. Die Punkt-zu-Punkt-Konnektivität zwischen jedem teilnehmenden Knoten erleichtert das Identifizieren und Beheben von Fehlern.
Zu den Nachteilen von Ringnetzwerken gehören:
Schäden am Backbone des Ringnetzwerks führen zum Abschalten des gesamten Netzwerks. Ringnetzwerke lassen sich nicht gut skalieren und verlangsamen sich bei übermäßigem Netzwerkverkehr.Ein einzelner gehackter oder infizierter Knoten kann das gesamte Netzwerk gefährden.Die Anpassung von Ringnetzwerken erfordert normalerweise Ausfallzeiten für das gesamte Netzwerk.
Beispiele für Ringnetzwerktopologie
IBM Token Ring-Netzwerke (IEEE 802.5) sind das bekannteste Beispiel für Ringnetzwerke. Die Funktion ist ein proprietärer Drei-Byte-Rahmen, der als Token bezeichnet wird und von den teilnehmenden Geräten im Netzwerk ausgetauscht wird.
Weitere Beispiele für Ringnetzwerke sind:
Das PSTN-Telefonsystemnetzwerk Signalisierungssystem Nr. 7 SONET-NetzwerkeFiber Distributed Data Interface (FDDI)
5. Mesh-Netzwerktopologie
In einer Mesh-Topologie sind mehrere Knoten alle miteinander verbunden.
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Mesh-Netzwerke wurden in den 1980er Jahren vom Verteidigungssektor entwickelt. Seine breitere Einführung verzögerte sich aufgrund seiner hohen Kosten und Komplexität. Seit den späten 1990er Jahren hat die Einführung von Mesh-Netzwerken stetig zugenommen.
Was ist ein Mesh-Netzwerk?
Mesh-Netzwerke bestehen aus mehreren Knoten, die alle miteinander verbunden sind. Die Verbindungen zwischen einzelnen Knoten sind nicht hierarchisch, bidirektional und dynamisch, sodass sich Daten über das gesamte Netzwerk ausbreiten können und Knoten Daten von Knoten senden und empfangen können, mit denen sie nicht direkt verbunden sind.
Diese Netzwerke können drahtgebunden oder drahtlos sein. Drahtlose Mesh-Netzwerke werden auch als drahtlose Ad-hoc-Netzwerke bezeichnet. Mesh-Netzwerke können partiell sein, mit weniger Verbindungen zwischen Geräten und einem Controller, oder vollständig, mit allen Geräten in der Netzwerkverbindung.
Mesh-Netzwerke sind belastbar, da das Netzwerk nicht auf einen einzelnen Knoten angewiesen ist. Obwohl Mesh-Netzwerke oft einen Controller haben, sind sie in der Lage, sich selbst zu organisieren und zu konfigurieren.
Merkmale eines Mesh-Netzwerks
In einem Mesh-Netzwerk:
Knoten sind nicht hierarchischDaten können auf mehrere Arten durch das Netzwerk geleitet werdenMesh-Topologie hat durch die Vernetzung der beteiligten Geräte das Aussehen eines Fischernetzes.
Vor-und Nachteile von Maschennetzwerken
Zu den Vorzügen von Maschennetzwerken gehören:
Hochgradig skalierbar und robustNeue Knoten können hinzugefügt und konfiguriert werden, ohne den Rest des Netzwerks zu störenAusfall oder die Kompromittierung eines Knotens schaltet nicht das gesamte Netzwerk ab. Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen einzelnen Knoten sind robust.
Zu den Nachteilen von Mesh-Netzwerken gehören:
Komplexe Netzwerkarchitektur Höhere Kosten im Vergleich zu älteren und Legacy-NetzwerktopologienVerkabelte Mesh-Netzwerke sind aufgrund der Menge an Kabeln, die zum Herstellen der Verbindungen erforderlich sind, extrem teuer.Die Implementierung kann kompliziert sein.
Beispiele für Mesh-Netzwerktopologien
Die Mesh-Netzwerktechnologie hat mit der Einführung von Mesh-Wi-Fi Einzug in den Verbrauchermarkt gehalten. Anstatt sich auf einen einzigen Router an einem festen Standort in der Immobilie zu verlassen, besteht Mesh-WLAN aus mehreren Knoten, die miteinander verbunden sind und Daten drahtlos in großen Gebäuden oder auf dem Gelände austauschen.
6. Baumnetzwerktopologie
Bei der Baumtopologie werden nachfolgende Knoten hierarchisch von einem Wurzelknoten aus verbunden.
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Die Baumnetzwerktopologie wurde 1971 von Rudolf Bayer und Ed McCreight in den Boeing Labs entwickelt. Diese Netzwerktopologie ist auch als B-Baum-und Bus-und Sterntopologie bekannt.
Was ist ein Baumnetzwerk?
Baumnetzwerke haben eine Topologie, die einen Wurzelknoten mit nachfolgenden verbundenen Knoten hat in einer Hierarchie. Der Stamm-oder „übergeordnete“ Knoten ist oft ein Controller, der Daten über mehrere Generationen von „untergeordneten“ Knoten weiterleitet. Eine alternative Anordnung hat mehrere Sterntopologien, die mit einem einzigen Bus verbunden sind, was zu dem Namen Sternbustopologie führt.
Merkmale eines Baumnetzwerks
In einem Baumnetzwerk:
Knoten sind in einer hierarchischen Topologie angeordnet. Daten werden von einem Primärknoten durch das Netzwerk geleitet , übergeordneter oder Controller-KnotenContained Star-Netzwerke können entlang eines verzweigten Bus-Netzwerkkabels angeordnet werden
Vor-und Nachteile von Baumnetzwerken
Vorteile von Baumnetzwerken umfassen:
Ausfallsicherheit des Netzwerks – wenn ein Knoten ausfällt, kann der Rest des Netzwerks weiter funktionieren.Einfache SkalierungEinfache FehlererkennungIT-Teams kann diese Netzwerke verwalten und warten.
Zu den Nachteilen von Baumnetzwerken gehören:
Verkabelte Baumnetzwerke erfordern viele Kabel. Der Verlust des Hubs oder des steuernden Knotens führt zum Ausfall des gesamten Netzwerks
Beispiel einer Baumnetzwerktopologie
B-Bäume, die in Computerprogrammen, Dateisystemen und Datenbanken verwendet werden, sind ein Beispiel für diese Topologie.
7. Hybride Netzwerktopologie
Hybrid-Netzwerktopologie schafft eine neuartige Netzwerkstruktur, indem mindestens zwei unterschiedliche Netzwerktopologien kombiniert werden.
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Hybridtopologie ist die vielfältigste dieser Netzwerktopologien und kann Elemente enthalten der oben beschriebenen Topologien.
Was ist ein hybrides Netzwerk?
Ein hybrides Netzwerk kombiniert mindestens zwei unterschiedliche Netzwerktopologien, um eine neuartige Netzwerkstruktur zu schaffen. Die Entwicklung hybrider Netzwerke wird der Arbeit von Wittie et al. zugeschrieben, die den busübergreifenden Hyperwürfel entwickelt haben.
Typen eines hybriden Netzwerks sind:
Stern-Ring-Netzwerke bestehen aus mehreren Stern-Netzwerken, die in einem Ring angeordnet sind. Bei Hypermesh-Netzwerken verbindet ein Bus jeden Knoten mit allen anderen Knoten im Netzwerk.Snowflake-Netzwerke mit mehreren sternförmig angeordneten Sternnetzwerken!Hierarchische Sternnetzwerke bestehen aus hierarchisch angeordneten Sternnetzwerken.
Eine Ausnahme ist die Verwendung eines Baumnetzwerks in einer Kombination, da jedes Netzwerk, das ein Baumnetzwerk enthält, ein Baumnetzwerk ist.
Merkmale eines hybriden Netzwerks
In einem hybriden Netzwerk:
Mehrere Netzwerktopologien werden kombiniert, um ein Netzwerk mit maximaler Robustheit, Nützlichkeit und Leistung zu erstellen.
Vor-und Nachteile von hybriden Netzwerken
Vorteile von hybriden Netzwerken sind unter anderem:
Ein hohes Maß an Individualisierung ist möglich. Die Stärken einzelner Netzwerktypen können maximiert werden und Schwächen minimiertEinfache Skalierung und hohe FlexibilitätWenn ein einzelner Knoten kein Controller ist, ist das Netzwerk widerstandsfähig gegenüber Ausfallzeiten
Zu den Nachteilen von Hybridnetzwerken gehören:
Hohe KostenKomplexe Entwicklung und Implementierung
Beispiel eines Hybridnetzwerks Topologie
Mobilfunknetze der fünften Generation oder 5G haben eine hybride Netzwerktopologie. Dies liegt daran, dass die 5G-RAN-Technologie unkonventionell ist und mehrere Telekommunikationstechnologien verwendet, einschließlich kleinzelliger, verteilter Antennennetzwerke und Open-Source-Netzwerkzugriff, um ihre Abdeckung und Leistung zu erreichen.
Fazit
Die Mehrheit der Netzwerke ist unter Verwendung dieser konventionellen Topologien organisiert, um sicherzustellen, dass sie kompetent funktionieren und widerstandsfähig bleiben. Das erfolgreiche Netzwerkdesign wird diese 7 Typen von Netzwerktopologien als Grundlage verwenden und Änderungen und Anpassungen vornehmen, die von den realen Anforderungen des Netzwerks geleitet werden.
Typen von Netzwerktopologien erklärt – mit Beispielen FAQs (Häufig gestellte Fragen)
Was ist ein lokales Netzwerk?
Ein lokales Netzwerk oder LAN verbindet Geräte innerhalb eines kleinen Bereichs. Geräte wie Computer, Drucker und Fernseher sind an einem einzigen physischen Ort verbunden.
Was ist ein Wide Area Network?
Die Netzwerkarchitektur umreißt das Design eines Netzwerks, einschließlich der physischen Komponenten des Netzwerks und ihrer Organisation.
Was ist ein Knoten?
Knoten sind Kommunikationspunkte, Umverteilungspunkte oder Endpunkte in einem Netzwerk. Sie erledigen die Arbeit des Übertragens, Empfangens oder Verwendens von Daten im Netzwerk.
Was ist die physikalische Schicht eines Netzwerks?
Die physikalische Schicht eines Netzwerks ist die erste Schicht des Netzwerks im 7-Schichten-OSI-Modell der Computernetzwerke. Es befasst sich damit, wie Geräte im Netzwerk physisch verbunden sind, einschließlich der Netzwerktopologie.
Was ist Netzwerkarchitektur?
Die Netzwerkarchitektur umreißt das Design von ein Netzwerk, einschließlich der physischen Komponenten des Netzwerks und wie sie organisiert sind.