Mögliche Topologien und notwendige Systembausteine beim Bus

Das Bussystem dient der Kommunikation zwischen den Teilnehmern einer Topologie und somit der Datenübertragung. Aber auch das Auffinden und Ausschalten von Fehlern gehört zum Funktionsspektrum eines Bussystems. Dementsprechend gibt es auch feste Systembausteine, die bei jedem Versenden und Empfangen einer Botschaft zum Tragen kommen. Dabei handelt es sich um folgende vier Bestandteile

  • Repeater
  • Bridge
  • Router
  • Gateway

Alle Systembausteine finden eine Position innerhalb des ISO/OSI-Referenzmodells. Hierbei handelt es sich um ein standardisiertes Kommunikationsmodell, welches aus sieben verschiedenen Schichten besteht, die aufeinander zugreifen können. Die Schicht 1 wird im Falle der Systembausteine durch den sogenannten Repeater belegt. Der Repeater hat die Funktion inne, Bussysteme miteinander zu verbinden, um ein Signal entweder aufzubereiten oder zu verstärken. Auch die Bridge, der Router und der Gateway sorgen für Verbindungen bei Bussystemen.

Die Bridge dient der Weiterleitung von Botschaften, ohne dabei eine explizite Adressierung vorzunehmen. Dieser Systembaustein wird der zweiten Schicht zugeordnet. Der Router bezieht sich auf Schicht 3 im OSI-Modell, wobei hier die Funktion einer gerichteten Weiterleitung erfüllt wird. Die anwendungsorientierten Schichten, also Schicht 5-7, übernimmt das Gateway, welches Verbindungen im Bussystem aufstellt zum Zwecke der Adresswandlung, Geschwindigkeitswandlung und Protokollwandlung.

Die Bedeutung von Topologien

Wenn von Topologien die Rede ist, dann wird hierbei die Vernetzung innerhalb eines Systems gemeint, also in welcher Formatierung die einzelnen Teilnehmer untereinander verknüpft sind. Durch die jeweilige Anordnung der Teilnehmer wird ein gemeinsamer Datentausch über gleiche Leitungen geschaffen. Die Wahl der richtigen Topologie ist bei der netzinternen Kommunikation ein wichtiger Faktor, da die Entscheidung für eine bestimmte Struktur darüber entscheidet, wie hoch die Ausfallsicherheit ist. Somit ist es erforderlich, alternative Wege innerhalb einer Topologie aufzubauen, damit ausfallende Knoten keinen Effekt auf das gesamte System haben und die Datenübertragung dennoch ohne große Unterbrechungen weiterlaufen kann.

Zudem kann durch die Kenntnis über die jeweilige Topologie auch ein Rückschluss über die Performance und die notwendigen Investitionen sowie die am besten geeignete Hardware gezogen werden. Topologien treten in vielen verschiedenen Verknüpfungsmustern auf, doch können unter zwei Oberkategorien zusammengetragen werden

  • Physikalische Topologie
  • Logische Topologie 

diese beschreibt den Datenfluss zwischen den Endgeräten und gibt an, welche Topologie, nach dem logischen Gedankengang, vorliegen muss.

Die physikalischen Topologien

Eine Netzwerkstruktur ist genau dann physikalisch, wenn durch sie der Aufbau der Netzverkabelung beschrieben wird. Hier finden sich die meisten unterschiedlichen Anordnungen

  • Punkt-zu-Punkt-Topologie
  • Stern-Topologie
  • Ring-Topologie
  • Bus-Topologie
  • Baum-Topologie
  • Vermaschtes Netz
  • Zell-Topologie

Der Verbindungsaufbau in Form eines Baums kann neben der herkömmlichen Anordnung auch noch als K-Baum, Fetter Baum und Ringerweiterter Baum auftreten. Am häufigsten finden sich Netzwerke, die eine Topologie in Stern-, Ring-, Bus-, Baum- oder Punkt-zu-Punkt-Form aufweisen. Bei dem vermaschten Netz sind die Endgeräte alle miteinander verbunden, sodass die Datenübertragung bei einem Ausfall eines einzelnen Endgeräts über eine andere Verknüpfung umgeleitet wird.

Die Zell-Topologie findet sich besonders bei drahtlosen Netzwerken, wobei hier die Zelle den Bereich um die Basisstation definiert und in welchem es möglich ist eine Kommunikation zwischen den Endgeräten und der Basisstation aufzubauen.

Ein Überblick über die typischsten Topologien

  1. Bei der Punkt-zu-Punkt-Verbindung sind zwei Knoten direkt miteinander verbunden, weswegen sie auch als Zweipunkttopologie bezeichnet werden kann. Auch wenn diese Anordnung als einfach angesehen wird, so ist sie doch die Basis für alle anderen Topologien, zumal durch die Direktverbindung ein enorm leistungsfähiges Konstrukt geschaffen wird, sodass sich diese Topologie trotz der simplen Anordnung immer noch in bestimmten Bereichen vorfinden lässt. Sind alle Knoten miteinander verbunden, so spricht man auch von der Vollvermaschung.
  2. Bei der Stern-Topologien sind die Endgeräte mit dem Verteiler verbunden. Es besteht bei den Endgeräten untereinander jedoch keine Verknüpfung. Auch hier findet sich die Zweipunktverbindung, da die Teilnehmer allesamt mit einer zentralen Einheit in Kontakt stehen, wobei der zentral platzierte Teilnehmer jedoch keinesfalls auch über eine Intelligenz zur Steuerung verfügen muss, zumal dies bei Netzwerken zum Transport ohnehin eher unüblich ist. Da durch die Abhängigkeit der Teilnehmer vom Verteiler Ausfälle mit hoher Wahrscheinlichkeit vorkommen können, da es keine Ausweichmöglichkeiten gibt, kommt bei dieser Topologie zusätzlich das Prinzip der Redundanz zum Einsatz, bei welchem die zentrale Komponente schlichtweg gedoppelt wird.
  3. Innerhalb der Ring-Formatierung sind stets drei Endgeräte miteinander verbunden, sodass die zu übermittelnde Information von Teilnehmer zu Teilnehmer gereicht werden kann, bis sie am bestimmten Empfangsort eingetroffen ist. Damit es jedoch zu keinen Überschneidungen kommen kann, werden spezifische Adressierungsverfahren herangezogen, da die Teilnehmer gleichzeitig auch die Stellung eines Repeaters einnehmen.
  4. Die Bus-Topologie verläuft in einer geraden Linie, sodass die Geräte direkt mit dem Bus verbunden sind. Zwischen den Geräte und dem Medium existieren keine weiteren aktiven Komponenten
  5. Bei der Baum-Topologie sind die Endgeräte wiederum alle mit dem Verteiler verbunden und auch zwischen den Verteilern bestehen Verknüpfungen. Die Form des Baums entsteht durch die Festlegung einer Wurzel, bei welcher es sich entweder um den ersten oder den letzten Knoten im Netzwerk handelt. Von diesem Knoten gehen dann mindestens eine, aber meistens mehrere Kanten ab, welche weiter zu den Endknoten führen, die hier als Blatt veranschaulicht werden.