Topologien bei IT Netzwerken

Topologie ist die Lehre von Objekten im Raum. Der Begriff wurde bei den mathematisch gebildeten Griechen geprägt und ursprünglich in der Geometrie verwendet. Heute wird der Begriff „Topologie“ in der IT und in der Geographie verwendet. Bei der Beschreibung von IT Netzwerken wird die physische Topologie verwendet.

Die physische Topologie zeigt ähnlich einer Landkarte wie die Komponenten platziert sind und wie sie miteinander verbunden sind. Heute wird sehr häufig die Stern-Topologie in Verbindung mit Switches eingesetzt. Die Geräte werden in Netzwerken Host genannt.

Stern Topologie

In der Mitte befindet sich meist ein Switch. Daran sind die weiteren Hosts angeschlossen.

Vorteile der Stern Topologie

• An nicht genutzte Ports des Switch können jederzeit weitere Hosts angesteckt werden
• Innerhalb der sternförmigen Verbindung gibt es keine Datenkollisionen, weil jedes Host exklusiv eine Verbindung nutzt
• Jeder am Switch angeschlossene Host kann die volle Bandbreite nutzen
• Switche haben gleichzeitig eine Repeater Funktion, sie frischen das Signal auf und verstärken es

Nachteile der Stern Topologie

• Von einem Ausfall des Switches sind alle angeschlossenen Hosts betroffen
• Die Verkabelung ist aufwendiger und teurer

Bus Topologie

Bei der Bus-Topologie wird ein zentrales Kabel für den Transport der Datenpakete genutzt. Dabei sind alle Hosts an dieses zentrale Kabel angeschlossen und teilen sich dieses Medium (shared media).

Vorteile der Bus Topologie

• Geringer Leitungsverbrauch beim Aufbau

Nachteile der Bus Topologie

• Es findet keine Aufbereitung transportierter Signale statt. Daher ist die Länge des Bus begrenzt, kann durch den Einsatz von Repeatern erweitert werden
• An den Enden des Busses werden Abschlussswiderstände benötigt, um Reflektieren des Signals zu vermeiden
• Es kann zu Kollisionen der Datenpakete kommen
• Es ist ein Diffusionsnetz, weil sich die Signale in beide Richtungen ausbreiten

Ring Topologie

Bei der Ring-Topologie bildet das transportierende Kabel einen Ring. Alle Hosts im Ring verarbeiten die Daten. Zudem werden durch jedes angeschlossene Gerät die Signale aufbereitet und verstärkt. So können auch sehr weitläufige Ringe gebildet werden. Der Host mit dem Token darf senden. Alle weiteren Hosts nehmen die Signale auf. Der Token mit den Senderechten wird nach einem Zeitintervall an den nächsten Host im Ring weitergegeben.

Vorteile der Ring Topologie

• Im Ring kommt es zu keinerlei Datenkollisionen
• Die Signale werden aufbereitet und verstärkt. So sind sehr große Ringe möglich
• Auch bei hoher Auslastung des Rings erfolgt eine sichere Übertragung der Daten

Nachteile der Ring Topologie

• Die Entwicklung wurde vor längerer Zeit aufgegeben
• Die maximale Übertragungsrate ist wesentlich geringer, als bei heutigen Ethernet Netzen

Baum Topologie

Die Baum-Topologie funktioniert ähnlich wie die Struktur in einem Dateisystem. Von der Wurzel ausgehen verteilen sich die Geräte auf verschiedenen Ebenen. So ist die Baumstruktur einen Erweiterung eines Stern-Stern Netzes über mehrere Ebenen.

Vorteile der Baum Topologie

• Die Baum Topologie findet sich häufig in firmeninternen Netzen (Intranet)

Nachteile der Baum Topologie

• Die Wartung kann aufwendiger sein, wenn die Baum Topologie in verschiedene Subnetze aufgeteilt ist

Linien Topologie

Die Linien-Topologie sieht ähnlich aus wie die Bus Topologie. Allerdings werden die Datenpakete durch die einzelnen Teilnehmer der Linie geleitet und am Ende ist immer ein Host. Oft wird diese Topologie auf Englisch Daisy-Chain-Configuration genannt.

Vorteile der Linien Topologie

• Diese Topologie wird in der Sicherheitstechnik verwendet, weil die Nachbarn genau bekannt sind

Nachteile der Linien Topologie

• Wenn ein Host ausfällt, dann ist das Netz an dieser Stelle unterbrochen und muss überbrückt werden

Maschen Topologie (Teilvermascht)

Bei der Maschen-Topologie gibt es 2 Varianten. Bei der teilvermaschten Variante sind die Hosts jeweils mit mehreren anderen Hosts verbunden.

Vorteile der teilvermaschten Topologie

• Die Mesh Topologie entspricht dem Internet
• Es ist eine unendlich Ausdehnung von Netzen möglich
• Mit jeder redudanten Verbindung erhöht sich die Ausfallsicherheit
• Sichere, dezentrale Steuerung und Rechtevergabe

Nachteile der teilvermaschten Topologie

• Höhere Kosten bei der Vernetzung durch den redundanten Anteil
• Aufwendigere Administration

Maschen Topologie (Vollvermascht)

Bei der vollvermaschten Variante sind alle Hosts jeweils mit allen anderen Hosts verbunden.

Vorteile der vollvermaschten Topologie

• Es ist eine unendlich Ausdehnung von Netzen möglich
• Höchste Ausfallsicherheit
• Sichere, dezentrale Steuerung und Rechtevergabe

Nachteile der vollvermaschten Topologie

• Höchste Kosten bei der Vernetzung durch den maximalen, redundanten Anteil
• Aufwendige Administration

Fabric Topologie

Die Fabric-Topologie hat sich aus der Notwendigkeit entwickelt, dass auch immer mehr Server verteilte Systeme sind und daher eine intensive Kommunikation notwendig ist, um die angeforderten Dienstleistungen zu erbringen. Dazu leitet sich die Anforderungen ab, dass die Netzarchitekturen der Zukunft leistungsfähig, sowie flexibel gestaltet sein müssen und sich dynamisch anpassen sollen. Daher werden für die anpassbaren Verbindungen unter anderem FibreChannel Verbindungen eingesetzt, die mit Switchen und weiteren Netzgeräten kombiniert werden.

Vorteile der Fabric Topologie

• Hohe Ausfallsicherheit
• Flexibles Management, die KI automatisiert werden kann
• anpassbare Geschwindigkeit der Netzverbindungen

Nachteile der Fabric Topologie

• Höhere Kosten für die Vernetzung