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Die 6 wichtigsten Netzwerktopologien im Überblick
Die Topologie spielt eine entscheidende Rolle bei, Netzwerkdesign. Sie bestimmt die Anordnung und Verbindung der Geräte. Diese sechs Netzwerktopologien sollten Sie kennen.
Jedes Netzwerk ist ein Unikat, maßgeschneidert nach den spezifischen Bedürfnissen eines Unternehmens. Die Ziele bei der Netzwerkbereitstellung können von Firma zu Firma stark variieren. Netzwerkexperten gestalten jedes System individuell, um die gewünschten Zugriffs-, Kontroll- und Leistungsanforderungen zu erfüllen.
Allerdings haben die Technologien für Unternehmensnetzwerke ihre eigenen Einschränkungen, so dass Netzwerkfachleute sie basierend auf der Funktionsweise der Geräte aufbauen müssen. Die meisten Netzwerktopologien, bestehend aus Networking-Geräten und zusätzlicher Software, sind flexibel, aber es gibt auch einige spezifische Bereitstellungsmethoden.
Mit dem Aufkommen von Technologien wie Software-defined Networking (SDN) und Cloud-basierten Architekturen hat sich die Rolle von Netzwerktopologien verändert. Diese Technologien ermöglichen es, die physische und logische Netzwerktopologie dynamisch anzupassen und effizienter zu gestalten. Auch Trends wie das Internet der Dinge (IoT) haben Einfluss auf die genutzte Netzwerktopologie.
Im Folgenden beschäftigen wir uns mit sechs populären Arten von Netzwerktopologien. Einige Legacy-Topologien kommen nur noch selten zum Einsatz, während andere neuer sind und mehr Leistung, Zuverlässigkeit und Sicherheit bieten. Werfen wir einen Blick auf die einzelnen Topologietypen und ihre Funktionsweise.
1. Busnetzwerk
Eine Busnetzwerktopologie besteht aus einem flachen Netzwerk, in dem alle Geräte, so genannte Stationen, direkt miteinander verbunden sind und Daten untereinander übertragen. Technisch betrachtet sind Busnetzwerke von Natur aus sehr einfach, wenn es um die (wiederholte) Übertragung von Daten geht.
Wenn eine Station Daten überträgt, sendet der Bus sie automatisch an alle anderen Stationen. Nur die Zielstation nimmt die Übertragung an. Alle anderen Geräte können erkennen, dass der Traffic nicht für sie bestimmt ist und ignorieren die Kommunikation.
Trotz ihrer einfachen Funktionsweise ist eine Bustopologie jedoch manchmal ineffizient, da sie Daten an alle Geräte in einem Netzwerk sendet. Dies kann zu einer Netzwerküberlastung führen und die Performance beeinträchtigen. Aus diesem Grund werden Busnetzwerke in modernen Unternehmensumgebungen nur selten genutzt.
Obwohl sie in modernen Unternehmensnetzwerken kaum noch verwendet werden, sind Busnetzwerke immer noch in IoT-Anwendungen oder speziellen industriellen Netzwerken zu finden, wo geringe Komplexität und Kosten wichtig sind.
2. Ringnetzwerk
Eine Ringtopologie ist eine Konfiguration, bei der jedes Gerät direkt mit zwei anderen Geräten in einem Netzwerk verbunden ist und einen geschlossenen Kreis in einer nicht hierarchischen Struktur bildet. Die an ein bestimmtes Gerät gesendeten Daten werden innerhalb des Rings von Gerät zu Gerät übertragen, bis sie ihr beabsichtigtes Ziel erreichen. In einigen Fällen werden die Daten in einer einzigen Richtung über den Ring übertragen. In anderen Fällen erfolgt der Transport bidirektional.
In der Anfangszeit der Token-Ring-Netzwerke wurden die Daten durch den Ring übertragen und kamen dabei mit der Netzwerkkarte jedes Endpunkts in Berührung, bis die Daten ihr Ziel erreichten. Heute werden Ringtopologien hauptsächlich in optischen Netzwerken wie SONET oder Metro Ethernet verwendet, um hochleistungsfähige Verbindungen bereitzustellen.
3. Mesh-Netzwerk
Eine Mesh-Topologie stellt eine weitere nicht hierarchische Struktur dar, bei der jeder Netzwerkknoten direkt mit allen anderen verbunden ist. Mesh-Topologien gewährleisten eine erhebliche Netzwerkresilienz, da es beim Ausfall einer Verbindung weder zu einer Unterbrechung noch zu einem Verlust der Konnektivität kommt. Stattdessen wird der Traffic einfach über einen anderen Pfad umgeleitet.
Der Nachteil einer Mesh-Topologie besteht jedoch darin, dass sie die Komplexität der Architektur erhöht. Außerdem steigt dadurch die Anzahl der erforderlichen Netzwerkkabel beträchtlich, wenn das Mesh-Netz kabelgebundene Verbindungen verwendet.
Mesh-Topologien sind heute vor allem in drahtlosen Netzwerken weit verbreitet, beispielsweise in WLAN-Mesh-Netzwerken oder IoT-Infrastrukturen. Fortschritte in der KI-gestützten Netzwerkanalyse ermöglichen zudem eine optimierte Traffic-Verteilung in Mesh-Umgebungen.
4. Sternnetzwerk
Eine Sterntopologie, auch als Hub-and-Spoke-Topologie bezeichnet, verwendet einen zentralen Knoten, typischerweise einen Router oder einen Layer 2 beziehungsweise Layer 3 Switch. Im Gegensatz zu einer Bustopologie, die einfach die übertragenen Frames an alle angeschlossenen Endpunkte sendet, verwendet eine Sterntopologie Komponenten, die über eine zusätzliche Ebene eingebauter Intelligenz verfügen.
Layer 2 Switches führen in Sterntopologie-Umgebungen eine dynamische MAC-Adresstabelle (Media Access Control). Die Tabelle ordnet die MAC-Adresse eines Geräts seinem zugehörigen physischen Switchport zu. Wenn ein Paket an eine bestimmte MAC-Adresse in einem LAN gesendet wird, führt der Switch eine Suche in der MAC-Adresstabelle durch, um den Ziel-Port des Frames zu ermitteln. Dadurch reduziert sich die Menge des unnötigen Broadcast Traffics, der zu Engpässen führen kann, erheblich.
Indem man ein Layer-3-Gerät als zentralen Knoten der Sterntopologie verwendet, können IP-Adressierung und Routing-Tabellen den Traffic gezielt weiterleiten und an ein einziges Ziel senden.
Mit dem zunehmenden Einsatz von SDN-Controllern in Sternnetzen sind zentrale Geräte nun in der Lage, den Datenverkehr dynamisch zu priorisieren, Sicherheitsrichtlinien durchzusetzen und Engpässe automatisch zu erkennen und zu beseitigen.
5. Baumnetzwerk
Eine Baumtopologie ist eine hierarchische Struktur, bei der die Knoten in Form eines Baums verbunden und angeordnet sind, wenn sie in einem Netzwerkdiagramm dargestellt werden. Netzwerkexperten stellen Baumtopologien üblicherweise mit Core, Distribution und Access Layer bereit.
An der Spitze des Baums befindet sich der Core Layer, der für den schnellen Transport von einem Teil eines Netzwerks zu einem anderen zuständig ist. Der Distribution Layer in der Mitte des Baums übernimmt ähnliche Übertragungsaufgaben wie der Core Layer, aber auf einer eher begrenzten Ebene. Der Distribution Layer ist auch der Ort, an dem Netzwerkadministratoren Access Control Lists (ACL) und QoS-Richtlinien (Quality of Service) anwenden. Am unteren Ende des Baums befindet sich der Access Layer, über den die Endgeräte mit dem Netz verbunden werden.
Die Leaf-Spine-Netzwerktopologie ist eine Form der Baumtopologie, die im Rechenzentrum immer mehr an Bedeutung gewinnt. Eine Leaf-Spine-Topologie hält sich an die hierarchische Struktur eines Baummodells, besitzt aber nur zwei statt der klassischen drei Layer. Switch-Komponenten für Leaf-Spine-Netzwerke sind für den schnellen Transport im gesamten Data Center zuständig. Leaf Switches sind vollständig mit Spine-Knoten vernetzt und für die Anbindung von Anwendungs-, Datenbank- und Storage-Servern an das Rechenzentrum zuständig. Die flache und skalierbare Leaf-Spine-Architektur erfüllt die heutigen Anforderungen von Cloud-Anwendungen und Hochleistungsnetzwerken.
6. Hybride Netzwerktopologie
Unternehmensnetzwerke verwenden häufig mehr als eine Art von Netzwerktopologie. Je nach Leistungs-, Zuverlässigkeits- und Kostenkriterien kann eine Topologie gegenüber einer anderen vorteilhafter sein. Zum Beispiel kann ein Netzwerkexperte ein LAN konfigurieren, das für die meisten Netzwerkverbindungen eine sternförmige Topologie nutzt. In bestimmten Situationen aber kommt ein Wireless-Mesh-Netzwerk zum Einsatz, etwa wenn ein Netzwerkkabel keine Verbindung zu einem Access Point herstellen kann.
Hybride Netzwerke sind heute durch die Integration von Cloud- und On-Premises-Komponenten noch vielseitiger. Netzwerkexperten nutzen hybride Topologien, um die Vorteile von Multi-Cloud-Strategien, SD-WAN und IoT-Systemen zu kombinieren.
Hinweis: Dieser Artikel wurde ursprünglich von Andrew Froehlich verfasst und von der ComputerWeekly-Redaktion aktualisiert, um Branchenveränderungen widerzuspiegeln und das Leseerlebnis zu verbessern.
