Netzwerktopologie

Was ist eine Netzwerktopologie?

Der Begriff Netzwerktopologie bezeichnet die physische und logische Struktur von Knotenpunkten und Verbindungen in einem Netzwerk. Als den Knoten bezeichnet man in der Regel Netzwerkgeräte wie Switches, Router und Software mit Switch- und Router-Funktionen, etwa virtuelle Appliances. Netzwerktopologien werden meist in Form von Diagrammen visualisiert.

Netzwerktopologien geben Aufschluss über die Anordnung von Netzwerken und die jeweilige Verteilung von Traffic-Flüssen. Administratoren können Diagramme von Netzwerktopologien verwenden, um die besten Positionen für die einzelnen Knoten und den optimalen Pfad für den Traffic-Fluss zu bestimmen. Mit einer klar definierten und sorgfältig geplanten Netzwerktopologie kann ein Unternehmen Fehler leichter lokalisieren und Probleme beheben und so die Effizienz der Datenübertragung verbessern.

Die Netzwerkgeometrie lässt sich als physische Topologie und logische Topologie verstehen. In Netzwerktopologiediagrammen werden Geräte als Netzwerkknoten und die Verbindungen zwischen ihnen als Linien dargestellt. Die Art der Netzwerktopologie hängt davon ab, wie das Netzwerk aufgebaut sein soll.

Warum ist die Netzwerktopologie wichtig?

Die Netzwerktopologie spielt eine bedeutende Rolle für die Funktionsweise eines Netzwerks. Die Topologie wirkt sich nämlich direkt auf die Funktionalität des Netzes aus. Die Wahl der richtigen Topologie kann zur Performance-Steigerung beitragen, da eine richtig gewählte und verwaltete Netzwerktopologie die Energieeffizienz und die Datenübertragungsraten erhöht.

Eine klar festgelegte Netzwerktopologie erleichtert es den Netzwerkadmins, Fehler zu lokalisieren, Probleme zu beheben und Netzwerkressourcen zuzuweisen. Diagramme sind ein wichtiger Bezugspunkt bei der Diagnose von Netzwerkproblemen, weil sie physische und logische Layouts darstellen können.

Welche Arten von Netzwerktopologien gibt es?

Netzwerktopologien werden entweder als physische oder als logische Netzwerktopologie kategorisiert. Die physische Topologie eines Netzwerks meint die physische Anordnung der Knoten und Verbindungen. Zu den Verbindungen gehören die Linien in den Diagrammen, die die Knoten miteinander verbinden, zum Beispiel Ethernet- oder DSL-Leitungen (Digital Subscriber Line), Glasfaserkabel und Funk. Logische Netzwerktopologien legen fest, wie ein Netzwerk aufgebaut ist, unter anderem, welche Knoten wie verbunden werden und wie das Muster der Datenübertragung aussieht.

Es gibt verschiedene Arten von Topologien. Zu den physischen Topologien gehören zum Beispiel:

• Busnetzwerk: Beim Busnetzwerk ist jeder Knoten über ein einziges Kabel verbunden. Diese Anordnung findet man heute vor allem in Breitbandkabelnetzen.
• Sternnetzwerk: In einem Sternnetzwerk ist ein zentrales Gerät mit allen anderen Knoten über einen zentralen Hub verbunden. Geswitchte LANs auf Grundlage von Ethernet-Switches sowie die meisten kabelgebundenen Heim- und Firmennetzwerke besitzen eine physische Sterntopologie.
• Ringnetzwerk: Bei der Ringnetztopologie sind die Knoten in einer geschlossenen Schleife verbunden. Einige Ringe leiten Daten nur in eine Richtung weiter, während andere in beide Richtungen übertragen können. Diese bidirektionalen Ringnetzwerke sind resilienter als Busnetzwerke, da der Traffic einen Knoten in beiden Richtungen erreichen kann. Metronetzwerke, die auf der SONET-Technologie (Synchronous Optical Network) basieren, sind das prominenteste Beispiel für Ringnetzwerke.
• Mesh-Netzwerk: Die Mesh-Netzwerktopologie verbindet Knoten miteinander, so dass zumindest zwischen einigen Punkten des Netzwerks mehrere Pfade verfügbar sind. Ein Netzwerk gilt als vollvermascht, wenn alle Knoten direkt mit allen anderen Knoten verbunden sind, und als teilvermascht, wenn lediglich einige Knoten über mehrere Verbindungen zu anderen Knoten verfügen. Das Einbinden mehrerer Pfade erhöht die Resilienz, aber auch die Kosten. Allerdings wird mehr Platz für dedizierte Verbindungen benötigt.
• Baumnetzwerk: Die Baumnetztopologie besteht aus einem Hauptknoten, während alle anderen Knoten hierarchisch verbunden sind. Die Topologie selbst ist in einer Sternkonfiguration aufgebaut. Viele größere Ethernet-Switch-Netzwerke, etwa Data-Center-Netzwerke, sind als Baumstruktur konfiguriert.
• Hybrides Netzwerk: Die hybride Netzwerktopologie ist eine beliebige Kombination aus zwei oder mehr Topologien. Hybride Topologien bieten üblicherweise eine außergewöhnliche Flexibilität, da sie eine Reihe von Konfigurationen ermöglichen. Beispielsweise können sich verschiedene Abteilungen desselben Unternehmens für individuelle Netzwerktopologien entscheiden, die sich besser an ihre Netzwerkanforderungen anpassen lassen.

Eine logische Topologie für ein Netzwerk bezieht sich auf die Beziehung zwischen Knoten und logischen Verbindungen. Dadurch wird die Art der Datenübertragung festgelegt.

Eine logische Verbindung unterscheidet sich von einem physischen Pfad, wenn Informationen an Zwischenstationen einen unsichtbaren Hop ausführen können. In optischen Netzwerken erzeugen optische Add-Drop-Multiplexer (ADM) logische optische Pfade, weil der ADM-Hop für die Endpunktknoten nicht sichtbar ist. Netzwerke, die virtuelle Verbindungen oder Tunnel nutzen, besitzen eine physische Topologie, die auf dem tatsächlichen Verbindungsmedium (zum Beispiel Glasfaser) aufbaut, und eine logische Topologie, die auf den Verbindungen und Tunneln basiert.

Manchmal bezieht sich die logische Topologie auf die Topologie aus der Perspektive des Benutzers. Das Internet Protocol (IP) und Ethernet-Netzwerke sind zwei gängige Beispiele. Sie sind auf Verbindungsebene vollvermascht, da jeder Benutzer mit allen anderen Benutzern eine Verbindung herstellen kann. Dies ist der Fall, sofern nicht ein Mechanismus zum Blockieren unerwünschter Verbindungen, etwa eine Firewall, zum Einsatz kommt. Die uneingeschränkte Konnektivität ist eine Eigenschaft der verwendeten Netzwerkprotokolle IP und Ethernet und nicht der Netzwerktopologie selbst.

Beispielsweise kann man logische Bus- und logische Ringtopologien nutzen, um Datenübertragungen festzulegen. Eine logische Bustopologie umfasst Knoten, die Daten an das gesamte Netzwerk senden. Andere Knoten im Netzwerk prüfen, ob die Daten für sie bestimmt sind. Bei der logischen Ringtopologie kann immer nur ein Knoten gleichzeitig Daten übertragen.

Wie lässt sich eine Netzwerktopologie visualisieren?

Diagramme der Netzwerktopologie sollten vor dem Aufbau eines Netzwerks erstellt werden. So wissen die Netzwerkadmins, aus welchen Komponenten das Netzwerk besteht und wie sie zusammenwirken.

Dieser Prozess sollte mit einer Liste aller Geräte im Netzwerk beginnen. Dazu zählen unter anderem Router, Firewalls und Server. Anschließend gilt es, sich für eine bestimmte Netzwerktopologie zu entscheiden. Nachdem man die Liste der Geräte zusammengestellt und eine Topologie ausgewählt hat, kann man eine Skizze des Diagramms erstellen. Die Geräte sollten in Bereichen platziert werden, die unter Berücksichtigung der Datenflüsse am sinnvollsten sind. Als Nächstes werden von den Netzwerkgeräten ausgehende Linien eingezeichnet. Diese Linien repräsentieren die Verbindungen der Netzwerkknoten. Achten Sie darauf, dass sich nicht zu viele Linien überkreuzen und das Diagramm klar und leicht verständlich ist. Bei der Erstellung des Diagramms empfiehlt es sich zudem, die Skalierbarkeit und künftige Änderungen zu berücksichtigen.

Wenn die Skizze für einen groben Überblick fertig ist, kann man mit einer Diagrammsoftware alle Elemente abbilden. Die verwendete Software enthält möglicherweise eine Vorlage für ein Netzwerkdiagramm, an der man sich orientieren kann. Die Netzwerkknoten sollten benannt und die Linien farblich gekennzeichnet werden, um das Diagramm verständlicher und klarer zu machen.

Netzwerktopologie: Welche Tools und Software gibt es?

Es existieren zahlreiche Netzwerktopologie-Tools, die sich zum Beispiel den Kategorien Konfigurations- und Management-Tools, Netzwerk-Performance-Software und Netzwerk-Mapping-Software zuordnen lassen.

Software zur Netzwerkkonfiguration etwa hilft bei der Einrichtung von Netzwerken und automatisiert gleichzeitig sich wiederholende Aufgaben. Diese Tools werden häufig genutzt, um komplizierte Netzwerktopologien zu konfigurieren. Sie können Netzwerkknoten automatisch erkennen und offensichtliche Schwachstellen aufzeigen.

Tools für Netzwerk-Performance-Monitoring und Troubleshooting überwachen netzwerkbezogene Leistungsprobleme sowie Ausfälle und machen die Benutzer darauf aufmerksam. Einige dieser Werkzeuge können die Performance in Form einer visuellen Darstellung der Netzwerktopologie ermitteln. Nach der Festlegung einer Leistungs-Baseline können die Benutzer Probleme verfolgen, lokalisieren und beheben.

Software für das Mapping der Netzwerktopologie hilft, wenn es darum geht, Netzwerktopologiediagramme zu erstellen. Im Folgenden haben wir einige Beispiele für Mapping-Tools und -Funktionen zusammengestellt:

• Datadog Network Map
• Edraw
• Lucidchart
• ManageEngine OpManager Network Mapping
• Microsoft Visio
• NetTerrain Logical
• Paessler PRTG Netzwerk-Mapping
• SolarWinds Network Topology Mapper

In einem weiteren Artikel zu Netzwerkdiagramm-Tools finden weiter Informationen und Lösungen. Erfahren Sie auch mehr über vier Faktoren für die Netzwerkresilienz und welche Maßnahmen Unternehmen ergreifen können, um ihre Netzwerke redundant zu gestalten.

Hinweis: Dieser Artikel wurde ursprünglich von Alexander S. Gillis verfasst und von der ComputerWeekly-Redaktion aktualisiert, um Branchenveränderungen widerzuspiegeln und das Leseerlebnis zu verbessern.