Im Computernetzwerk gibt es verschiedene Möglichkeiten, verschiedene Komponenten miteinander zu verbinden. Netzwerktopologie ist die Art und Weise, wie die Struktur definiert wird und wie diese Komponenten miteinander verbunden sind.

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Arten der Netzwerktopologie

Als bezeichnet wird der Aufbau eines Netzwerkes, das aus Knoten und Verbindungsleitungen über Sender und Empfänger besteht Netzwerktopologie . Die verschiedenen Netzwerktopologien sind:

• Punkt-zu-Punkt-Topologie
• Mesh-Topologie
• Sterntopologie
• Bus-Topologie
• Ringtopologie
• Baumtopologie
• Hybridtopologie

Punkt-zu-Punkt-Topologie

Punkt-zu-Punkt-Topologie ist eine Art Topologie, die auf der Funktionalität von Sender und Empfänger basiert. Es handelt sich um die einfachste Kommunikation zwischen zwei Knoten, bei der einer der Sender und der andere der Empfänger ist. Point-to-Point bietet eine hohe Bandbreite.

Punkt-zu-Punkt-Topologie

Mesh-Topologie

In einer Mesh-Topologie ist jedes Gerät über einen bestimmten Kanal mit einem anderen Gerät verbunden. In der Mesh-Topologie werden folgende Protokolle verwendet: AHCP (Ad Hoc Configuration Protocols), DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) usw.

Mesh-Topologie

Abbildung 1 : Jedes Gerät ist über dedizierte Kanäle mit einem anderen verbunden. Diese Kanäle werden als Links bezeichnet.

• Angenommen, N Geräte sind in einer Mesh-Topologie miteinander verbunden. Die Gesamtzahl der von jedem Gerät benötigten Ports beträgt N-1. In Abbildung 1 sind 5 Geräte miteinander verbunden, daher beträgt die Gesamtzahl der für jedes Gerät erforderlichen Ports 4. Die Gesamtzahl der erforderlichen Ports = N * (N-1).
• Angenommen, N Geräte sind in einer Mesh-Topologie miteinander verbunden, dann beträgt die Gesamtzahl der für ihre Verbindung erforderlichen dedizierten Verbindungen^NC₂d.h. N(N-1)/2. In Abbildung 1 sind 5 Geräte miteinander verbunden, daher beträgt die Gesamtzahl der erforderlichen Verbindungen 5*4/2 = 10.

Vorteile der Mesh-Topologie

• Die Kommunikation zwischen den Knoten ist sehr schnell.
• Die Mesh-Topologie ist robust.
• Der Fehler lässt sich leicht diagnostizieren. Die Daten sind zuverlässig, da die Daten zwischen den Geräten über dedizierte Kanäle oder Verbindungen übertragen werden.
• Bietet Sicherheit und Privatsphäre.

Nachteile der Mesh-Topologie

• Installation und Konfiguration sind schwierig.
• Die Kabelkosten sind hoch, da eine Massenverkabelung erforderlich ist, und eignen sich daher für eine geringere Anzahl von Geräten.
• Der Wartungsaufwand ist hoch.

Ein gängiges Beispiel für eine Mesh-Topologie ist das Internet-Backbone, bei dem verschiedene Internetdienstanbieter über dedizierte Kanäle miteinander verbunden sind. Diese Topologie wird auch in militärischen Kommunikationssystemen und Flugzeugnavigationssystemen verwendet.

Weitere Informationen finden Sie unter „Vorteile und Nachteile der Mesh-Topologie“.

Sterntopologie

Bei der Sterntopologie sind alle Geräte über ein Kabel mit einem einzigen Hub verbunden. Dieser Hub ist der zentrale Knoten und alle anderen Knoten sind mit dem zentralen Knoten verbunden. Der Hub kann passiver Natur sein, d. h. kein intelligenter Hub wie etwa Rundfunkgeräte, gleichzeitig kann der Hub intelligent sein und als aktiver Hub bezeichnet werden. Aktive Hubs verfügen über Repeater. Zur Verbindung der Computer werden Koaxialkabel oder RJ-45-Kabel verwendet. In der Sterntopologie werden viele gängige Ethernet-LAN-Protokolle wie CD (Collision Detection), CSMA (Carrier Sense Multiple Access) usw. verwendet.

Sterntopologie

Figur 2 : Eine Sterntopologie mit vier Systemen, die an einen einzigen Verbindungspunkt, d. h. einen Hub, angeschlossen sind.

Vorteile der Sterntopologie

• Wenn N Geräte in einer Sterntopologie miteinander verbunden sind, beträgt die Anzahl der für die Verbindung erforderlichen Kabel N. Die Einrichtung ist also einfach.
• Jedes Gerät benötigt nur 1 Port, d. h. für die Verbindung zum Hub, daher beträgt die Gesamtzahl der erforderlichen Ports N.
• Es ist robust. Wenn ein Link ausfällt, wirkt sich nur dieser Link aus und nichts anderes.
• Einfache Fehlererkennung und Fehlerisolierung.
• Die Sterntopologie ist kostengünstig, da sie kostengünstige Koaxialkabel verwendet.

Nachteile der Sterntopologie

• Wenn der Konzentrator (Hub), auf dem die gesamte Topologie basiert, ausfällt, stürzt das gesamte System ab.
• Der Installationsaufwand ist hoch.
• Die Leistung basiert auf dem einzelnen Konzentrator, d. h. dem Hub.

Ein gängiges Beispiel für eine Sterntopologie ist ein lokales Netzwerk (LAN) in einem Büro, in dem alle Computer mit einem zentralen Hub verbunden sind. Diese Topologie wird auch in drahtlosen Netzwerken verwendet, in denen alle Geräte mit einem drahtlosen Zugangspunkt verbunden sind.

Weitere Informationen finden Sie unter „Vorteile und Nachteile der Sterntopologie“.

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Bus-Topologie

Bustopologie ist ein Netzwerktyp, bei dem jeder Computer und jedes Netzwerkgerät mit einem einzigen Kabel verbunden ist. Es ist bidirektional. Es handelt sich um eine Mehrpunktverbindung und eine nicht robuste Topologie, denn wenn das Backbone ausfällt, stürzt die Topologie ab. In der Bustopologie folgen verschiedenen MAC-Protokollen (Media Access Control) LAN-Ethernet-Verbindungen wie TDMA, Pure Aloha, CDMA, Slotted Aloha usw.

Bus-Topologie

Figur 3 : Eine Bustopologie mit gemeinsam genutztem Backbone-Kabel. Die Knoten sind über Stichleitungen mit dem Kanal verbunden.

Clusterbildung

Vorteile der Bustopologie

• Wenn N Geräte in einer Bustopologie miteinander verbunden sind, beträgt die Anzahl der für die Verbindung erforderlichen Kabel 1, das so genannte Backbone-Kabel, und es sind N Stichleitungen erforderlich.
• Koaxial- oder Twisted-Pair-Kabel werden hauptsächlich in busbasierten Netzwerken verwendet, die bis zu 10 Mbit/s unterstützen.
• Die Kosten für das Kabel sind im Vergleich zu anderen Topologien geringer, es wird jedoch zum Aufbau kleiner Netzwerke verwendet.
• Die Bustopologie ist eine vertraute Technologie, da Installations- und Fehlerbehebungstechniken wohlbekannt sind.
• CSMA ist die gebräuchlichste Methode für diese Art von Topologie.

Nachteile der Bustopologie

• Eine Bustopologie ist deutlich einfacher, erfordert aber dennoch einen hohen Verkabelungsaufwand.
• Fällt das gemeinsame Kabel aus, stürzt das gesamte System ab.
• Wenn der Netzwerkverkehr stark ist, kommt es häufiger zu Kollisionen im Netzwerk. Um dies zu vermeiden, werden in der MAC-Schicht verschiedene Protokolle verwendet, die als Pure Aloha, Slotted Aloha, CSMA/CD usw. bekannt sind.
• Das Hinzufügen neuer Geräte zum Netzwerk würde die Netzwerke verlangsamen.
• Die Sicherheit ist sehr gering.

Ein gängiges Beispiel für eine Bustopologie ist das Ethernet-LAN, bei dem alle Geräte mit einem einzigen Koaxialkabel oder Twisted-Pair-Kabel verbunden sind. Diese Topologie wird auch in Kabelfernsehnetzen verwendet. Weitere Informationen finden Sie unter „Vorteile und Nachteile der Bustopologie“.

Ringtopologie

In einer Ringtopologie bildet es einen Ring, der Geräte mit genau zwei benachbarten Geräten verbindet. Für eine Ringtopologie mit einer großen Anzahl von Knoten werden mehrere Repeater verwendet, denn wenn jemand Daten an den letzten Knoten in der Ringtopologie mit 100 Knoten senden möchte, müssen die Daten 99 Knoten durchlaufen, um den 100. Knoten zu erreichen Knoten. Um Datenverlusten vorzubeugen, werden daher im Netzwerk Repeater eingesetzt.

Die Daten fließen in eine Richtung, d. h. sie sind unidirektional, sie können jedoch auch bidirektional gemacht werden, indem zwei Verbindungen zwischen jedem Netzwerkknoten vorhanden sind. Dies wird als Dual-Ring-Topologie bezeichnet. In-Ring-Topologie: Das Token-Ring-Passing-Protokoll wird von den Workstations zur Übertragung der Daten verwendet.

Ringtopologie

Figur 4 : Eine Ringtopologie besteht aus 4 Stationen, die jeweils einen Ring bilden.

Die gebräuchlichste Zugriffsmethode der Ringtopologie ist die Token-Weitergabe.

• Token-Übergabe: Es handelt sich um eine Netzwerkzugriffsmethode, bei der ein Token von einem Knoten an einen anderen Knoten weitergegeben wird.
• Zeichen: Es handelt sich um einen Rahmen, der im Netzwerk zirkuliert.

Operationen der Ringtopologie

1. Eine Station ist als a bekannt Monitor Station, die die gesamte Verantwortung für die Durchführung der Arbeiten übernimmt.
2. Um die Daten übertragen zu können, muss die Station den Token besitzen. Nach Abschluss der Übertragung wird der Token für die Nutzung durch andere Stationen freigegeben.
3. Wenn keine Station die Daten sendet, zirkuliert der Token im Ring.
4. Es gibt zwei Arten von Token-Freigabetechniken: Vorzeitige Token-Veröffentlichung gibt den Token unmittelbar nach der Übermittlung der Daten frei und Verzögerte Token-Freigabe Gibt das Token frei, nachdem die Bestätigung vom Empfänger empfangen wurde.

Vorteile der Ringtopologie

„Maurerformel“

• Die Datenübertragung erfolgt mit hoher Geschwindigkeit.
• Die Möglichkeit einer Kollision ist bei dieser Art von Topologie minimal.
• Günstig zu installieren und zu erweitern.
• Es ist kostengünstiger als eine Sterntopologie.

Nachteile der Ringtopologie

• Der Ausfall eines einzelnen Knotens im Netzwerk kann zum Ausfall des gesamten Netzwerks führen.
• Die Fehlerbehebung ist in dieser Topologie schwierig.
• Das Hinzufügen von Stationen dazwischen oder das Entfernen von Stationen kann die gesamte Topologie stören.
• Weniger sicher.

Weitere Informationen finden Sie unter „Vorteile und Nachteile der Ringtopologie“.

Baumtopologie

Diese Topologie ist die Variante der Sterntopologie. Diese Topologie weist einen hierarchischen Datenfluss auf. In der Baumtopologie werden Protokolle wie DHCP und SAC (Standard Automatic Configuration) verwendet.

Baumtopologie

Abbildung 5 : Dabei werden die verschiedenen Secondary Hubs mit dem zentralen Hub verbunden, der den Repeater enthält. Diese Daten fließen von oben nach unten, d. h. vom zentralen Hub zum sekundären Hub und dann zu den Geräten, oder von unten nach oben, d. h. von den Geräten zum sekundären Hub und dann zum zentralen Hub. Es handelt sich um eine Mehrpunktverbindung und eine nicht robuste Topologie, denn wenn das Backbone ausfällt, stürzt die Topologie ab.

Vorteile der Baumtopologie

• Dadurch können mehr Geräte an einen einzigen zentralen Hub angeschlossen werden, wodurch sich die Distanz verringert, die das Signal zurücklegt, um zu den Geräten zu gelangen.
• Es ermöglicht die Isolierung des Netzwerks und die Priorisierung verschiedener Computer.
• Wir können hinzufügen neue Geräte in das bestehende Netzwerk einbinden.
• Fehlererkennung Und fehler Korrektur sind in einer Baumtopologie sehr einfach.

Nachteile der Baumtopologie

• Wenn der zentrale Hub ausfällt, fällt das gesamte System aus.
• Aufgrund der Verkabelung ist der Aufwand hoch.
• Wenn neue Geräte hinzukommen, wird es schwierig, sie neu zu konfigurieren.

Ein häufiges Beispiel für eine Baumtopologie ist die Hierarchie in einer großen Organisation. An der Spitze des Baums steht der CEO, der mit den verschiedenen Abteilungen oder Abteilungen (untergeordneten Knoten) des Unternehmens verbunden ist. Jede Abteilung hat ihre eigene Hierarchie, wobei Manager verschiedene Teams beaufsichtigen (Enkelknoten). Die Teammitglieder (Blattknoten) stehen am unteren Ende der Hierarchie und sind mit ihren jeweiligen Managern und Abteilungen verbunden.

Weitere Informationen finden Sie unter „Vorteile und Nachteile der Baumtopologie“.

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Hybridtopologie

Diese topologische Technologie ist die Kombination aller verschiedenen Arten von Topologien, die wir oben untersucht haben. Hybridtopologie wird verwendet, wenn die Knoten jede beliebige Form annehmen können. Dies bedeutet, dass es sich dabei um einzelne Topologien wie Ring- oder Sterntopologien oder um eine Kombination verschiedener oben dargestellter Topologietypen handeln kann. Jede einzelne Topologie verwendet das zuvor besprochene Protokoll.

Hybridtopologie

Abbildung 6 : Die obige Abbildung zeigt die Struktur der Hybrid-Topologie. Wie man sieht, enthält es eine Kombination aller verschiedenen Arten von Netzwerken.

Vorteile der Hybridtopologie

• Diese Topologie ist sehr flexibel .
• Die Größe des Netzwerks kann problemlos erweitert werden Hinzufügen neuer Geräte.

Nachteile der Hybridtopologie

• Es ist herausfordernd die Architektur zu entwerfen des Hybridnetzwerks.
• Hubs in dieser Topologie verwendet werden sehr teuer.
• Die Infrastrukturkosten sind als Hybridnetzwerk sehr hoch erfordert viele Kabel und Netzwerkgeräte .

Ein gängiges Beispiel für eine Hybridtopologie ist ein Universitätscampusnetzwerk. Das Netzwerk kann über ein Backbone mit Sterntopologie verfügen, wobei jedes Gebäude über einen Switch oder Router mit dem Backbone verbunden ist. Innerhalb jedes Gebäudes kann es eine Bus- oder Ringtopologie geben, die die verschiedenen Räume und Büros verbindet. Die Wireless Access Points erstellen außerdem eine Mesh-Topologie für Wireless-Geräte. Diese Hybridtopologie ermöglicht eine effiziente Kommunikation zwischen verschiedenen Gebäuden und sorgt gleichzeitig für Flexibilität und Redundanz innerhalb jedes Gebäudes.

Weitere Informationen finden Sie unter „Vorteile und Nachteile der Hybridtopologie“.