Der Netzwerkaufbau anhand möglicher Topologien

Ein Netzwerk ist zunächst einmal ein System, dessen grundlegende Struktur im mathematischen Sinne als Graph dargestellt und Mechanismen zur Organisation enthält. Der Graph unterteilt sich wiederum in eine Menge von Elementen, die als Knoten bezeichnet werden, und mittels der Kantenverbindungen aneinander gekoppelt sind. Ein Zug aus Kanten und Knoten, der als geschlossen gilt, definiert dann die Masche. Das wesentliche Kennzeichen eines Netzwerks ist das Vorhandensein einer Zugehörigkeit eines Großteils an Knoten zu mehreren Maschen. Dies hebt das Netzwerk von anderen Formen der internen Strukturierung ab. Der Bezug der organisatorischen Mechanismen ergibt sich ferner aus dem Bezug zu den durch die Maschen gegeben redundanten Verbindungen innerhalb des Netzwerkes. Diese lassen unterschiedliche Verbindungswege zu. Bei dem Aufbau von Netzwerken lassen sich zunächst einmal drei verschiedene Anordnungen unterscheiden:

  • Kettennetzwerk – hierbei handelt es sich um eine Struktur, bei welcher die Knoten hintereinander angeordnet sind. Informationen bewegen sich an dieser Kette entlang, sodass es für die Übertragung von Daten nur einen einzigen Weg gibt
  • Stern-oder Knotennetzwerk – bei dieser Anordnung existiert ein zentraler Knoten, an welchem sich alle anderen Knoten anschließen. Die versandten Informationen laufen dabei über den zentralen Knoten. Dies lässt sich besonders beim Client-Server-Modell nachvollziehen
  • All-Channel-Netzwerk – bei diesem Netzwerk ist jeder Knoten mit den anderen Knoten verbunden, sodass die Daten über beliebige Wege übertragen werden können. Dies findet sich auch bei dem vermaschten Netz und der Peer-to-Peer-Verbindung

Definition von Topologie

Bei einer Topologie handelt es sich um die Struktur, die innerhalb eines Netzwerkes besteht. Durch sie werden die Verbindungen zwischen Teilnehmern dargestellt. Diese können wiederum in unterschiedlichen Formatierungen auftreten. Wie ein Netzwerk strukturiert ist, ist maßgeblich für die Bewertung der Performance eines Systems. Zudem lässt sich durch die Topologie auch feststellen, welche Investitionen getätigt werden müssen und welcher Hardware es zum reibungslosen Ablauf und Aufbau einer Kommunikation bedarf. Zudem ist die Netzwerkstruktur auch entscheidend für die Ausfallsicherheit eines Systems, da es alternative Wege zwischen den Knoten geben muss, um beim Wegfallen eines solchen, den Weiterlauf der Datenübertragung und der gesamten Anlage zu gewährleisten.

So ist es wichtig neben den Arbeitswegen auch noch Ersatzwege oder Umleitungen in eine Topologie einzubauen. Bei der Netzwerkstruktur lässt sich zwischen der physikalischen Topologie, welche den Aufbau der Netzverkabelung beschreibt, und der logischen Topologie, welche für den Datenfluss zwischen den Endgeräten steht, unterscheiden

Die Kennwerte einer Topologie

Um die Struktur in einem Netzwerk richtig zu wählen und anschließend hinreichend definieren zu können, ist die Kenntnis über verschiedene Kennwerte erforderlich:

  • Durchmesser – hierdurch wird die maximale direkte Entfernung beschrieben, die zwischen zwei Knoten besteht. Dadurch ist der Durchmesser auch ein konkretes Maß für die Festlegung der zu erwartenden maximalen Transferzeiten. Damit gilt jedoch auch die Regel, dass die Transferzeit abhängig von der Entfernung wächst.
  • Grad – dieser Kennwert einer Topologie gibt die Anzahl der Links an, die pro Knoten auftreten. Diese Zahl kann je nach Knoten gleich oder auch verschieden sein. Eine Topologie gilt dann als regulär, wenn alle Knoten den gleichen Grad haben, wodurch wesentliche Vorteile für die Netzwerkstruktur entstehen. Zudem beschreibt der Grad indirekt auch, welche Kosten beim Aufbau einer Topologie entstehen werden, denn es gilt: Je höher der Grad, desto höher die Kosten.
  • Bisektionsweite – diese Weite gibt die maximale Anzahl der Links an, die durchschnitten werden müssen, damit ein Netzwerk mit einer bestimmten Knotenanzahl in zwei Netze mit jeweils N/2 Knoten zugeteilt werden kann. Somit ist die Bisektionsweite ein Maß zur Feststellung der Leistungsfähigkeit.
  • Symmetrie – liegt eine symmetrische Topologie vor, so sieht diese von jedem Knoten oder Link aus betrachtet gleich aus. 
  • Skalierbarkeit – Dieser Kennwert gibt das kleinste Netzinkrement an, steht also für die niedrigste Anzahl von Knoten und Links, mit welchem man eine Topologie erweitern kann, damit es zu keinen Leistungsschwächungen kommt
  • Konnektivität – dies ist die minimale Anzahl von Knoten oder Links die durchtrennt werden müssen, damit ein Netz nicht mehr als funktionsfähig gilt. Die Konnektivität ist ein Maß für die Anzahl der unabhängigen Wege, die zwischen zwei unterschiedlichen Knoten existieren können

Die gängigsten Topologien

Bei der Punkt-zu-Punkt-Topologie ist eine Netzwerkstruktur vorhanden, bei welcher zwei Knoten direkt miteinander verbunden sind. Sie ist die Basis für alle komplexeren Topologien. Bei der Stern-Formatierung existiert ein zentraler Verteiler, an welchem jedes der Endgeräte über eine Zweipunktverbindung gekoppelt ist. Diese Endgeräte haben untereinander jedoch keinerlei Verbindungen.

Die Ring-Topologie sieht vor, dass jedes Endgerät mit genau zwei weiteren eine Verbindung eingeht. Auch dies geschieht mittels einer Zweipunktverknüpfung, über welche die zu sendende Information von Teilnehmer zu Teilnehmer getragen wird, bis sie an ihrem Ziel ankommt. Bei der Bus-Struktur kommt lediglich ein Übertragungsmedium zum Einsatz, sodass die Geräte alle direkt mit dem Bus verbunden sind. Da es zwischen den Geräten und dem Medium keine weiteren aktiven Komponenten gibt, wird dies auch als Linien-Topologie bezeichnet.