LAN-Topologien (Netzwerk)

Topologie ist die physikalische und logische Anordnung eines Netzwerks. Die physische Anordnung des Netzwerks bezieht sich darauf, wie die Workstations, Server und andere Geräte mit Kabeln und Steckverbindern verbunden sind. Die logische Anordnung eines Netzwerks bezieht sich darauf, wie die Workstations, Server und andere Geräte in Bezug auf den Verkehrsfluss miteinander in Beziehung stehen. Es gibt drei primäre LAN-Topologien: linearer Bus, Ring und Stern. Eine andere Netzwerktopologie ist hierarchischer Natur, die Elemente des Busses, des Rings und des Sterns enthalten kann. Die geeignete physikalische und logische Topologie für ein LAN wird durch Zuverlässigkeits- und Kostenziele sowie durch die Konnektivitätsanforderungen der Benutzer bestimmt.

Bus

In einer linearen Bustopologie sind Stationen entlang einer einzigen Kabellänge angeordnet, die an beiden Enden oder an beiden Enden verlängert werden kann, um mehr Knoten aufzunehmen (Abbildung 65). Das Netzwerk besteht aus Koaxialkabeln wie dem RG-58 A / U-Kabel, das bei 10Base2-Ethernet-LANs verwendet wird. Die Knoten werden mit einem BNC-T-Stecker (Bajonettmutter) am Kabel befestigt (Abbildung 66), dessen Schaft an der Netzwerkschnittstellenkarte (NIC) befestigt ist. Ein BNC-Zylinderstecker befestigt Kabelsegmente und ein BNC-Abschlussstecker verschließt die Kabelenden. Natürlich wird Twisted-Pair-Verkabelung am häufigsten für Ethernet-LANs verwendet, wobei RJ45-Anschlüsse die Verbindungen zwischen Geräten bereitstellen.

Abbildung 65

Die lineare Bustopologie.

Ein lineares Busnetz kann weiter ausgebaut werden. Zum Beispiel ist eine Baumtopologie eigentlich ein komplexer linearer Bus, bei dem das Kabel an einem oder beiden Enden verzweigt, aber nur einen Übertragungsweg zwischen zwei beliebigen Stationen bietet.

Ring

In einer Ringtopologie sind Knoten entlang des Übertragungsweges angeordnet, so dass Daten jede aufeinanderfolgende Station durchlaufen, bevor sie zu ihrem Ursprungspunkt zurückkehren. Wie der Name schon sagt, besteht die Ringtopologie aus Knoten, die einen geschlossenen Kreis bilden (Abbildung 67).

In Token-Ring-LANs wird ein kleines Paket namens Token um den Ring zirkuliert, das jeder Station nacheinander die Möglichkeit gibt, Informationen in das Netzwerk zu stellen. Die Station ergreift das Token und ersetzt es durch einen Informationsrahmen. Nur der Adressat kann die Nachricht beanspruchen. Nach Abschluss des Durchlaufs durch den zentralen Knoten, der als Verarbeitungs- und Koordinierungspunkt für das Netzwerk fungiert. Dieser zentrale Knoten wird allgemein als Hub bezeichnet. Informationen, die an einen oder mehrere spezifische Knoten adressiert sind, werden durch den zentralen Knoten gesendet und über einen dedizierten physischen Pfad an die richtige (n) Empfangsstation (en) weitergeleitet.

Abbildung 66

BNC-T-Steckverbinder werden verwendet, um zwei Kabelsegmente mit der Netzwerkkarte (NIC) eines Knotens zu verbinden.

Abbildung 67

Die Ringtopologie.

Hierarchisch

Aus den grundlegenden Bus-, Ring- und Sterntopologien können komplexere LAN-Topologien erstellt werden. Einer davon ist der “doppelte Baumring” in FDDI-Netzwerken (Fiber Distributed Data Interface), der mit speziellen Gerätekategorien erstellt wird. Diese Gerätetypen können in einer von drei Topologien angeordnet sein: Doppelring, Baum und Doppelring von Bäumen (Abbildung 69).

Abbildung 69

Mit FDDI kann ein dualer Baumring verwendet werden, um eine hierarchische Topologie zu erstellen, um die Netzwerkzuverlässigkeit zu verbessern.

In der Dual-Ring-Topologie bilden Dual Attached Stations (DASs) eine physikalische Schleife, in der alle Stationen dual attached sind. In einer Baumtopologie sind Remote Single Attached Stations (SASs) mit einem Konzentrator verbunden, der mit einem anderen Konzentrator auf dem Hauptring verbunden ist.

Jedes an einen Konzentrator angeschlossene DAS fungiert als SAS. Konzentratoren können verwendet werden, um eine Netzwerkhierarchie zu erstellen, die als dualer Baumring bezeichnet wird. Diese Topologie bietet ein flexibles hierarchisches Systemdesign, das effizient und wirtschaftlich ist. Geräte, die eine hochzuverlässige Kommunikation erfordern, werden direkt an den Hauptring angeschlossen, während diejenigen, die weniger wichtig sind, an Abzweigungen vom Hauptring angeschlossen werden. Somit können SAS-Geräte mit dem Hauptring kommunizieren, jedoch ohne die zusätzlichen Kosten für die Ausstattung mit einer Dual-Ring-Schnittstelle oder einer Loop-Around-Fähigkeit, die andernfalls erforderlich wären, um die Zuverlässigkeit des Rings im Falle eines Stationsausfalls sicherzustellen.

Topologieauswahl

Jede Topologie hat Vor- und Nachteile. Die für Ethernet-LANs charakteristische Bustopologie ist die wirtschaftlichste und am einfachsten zu installierende. Der Ring ist etwas teurer und komplizierter. In beiden Topologietypen können die Knoten auf beiden Seiten nicht kommunizieren, wenn ein Knoten ausfällt oder nicht mehr funktionsfähig ist. Dies kann durch Hinzufügen eines Hubs überwunden werden. Die Knoten kommunizieren über separate Kabelsegmente über das kollabierte Backbone innerhalb des Hubs miteinander. Wenn ein Knoten inoperabel wird, sind die anderen Knoten nicht betroffen, da sie nicht mehr direkt verbunden sind.

Im Fall von Ethernet, obwohl sich die physikalische Topologie von einem linearen Bus zu einem Stern geändert hat, bleibt die logische Operation unverändert, da das Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA / CD) -Protokoll von Ethernet weiterhin den Zugriff regelt. Im Fall von Token Ring, obwohl sich die physikalische Topologie von einem Ring zu einem Stern geändert hat, bleibt die logische Operation unverändert, da das zirkulierende “Token” dieses Token Rings weiterhin den Zugriff regelt.

Wenn es um die Linkverfügbarkeit geht, ist die Sterntopologie sehr zuverlässig. In dieser Topologie stellen alle Netzwerkgeräte über dedizierte oder gemeinsam genutzte LAN-Segmente eine Verbindung zu einem zentralen Hub her. Obwohl der Verlust einer Verbindung die Kommunikation zwischen dem Hub und den betroffenen Knoten verhindert, arbeiten alle anderen Knoten weiterhin wie zuvor, es sei denn, der Hub selbst erleidet einen katastrophalen Ausfall.

Um ein hohes Maß an Zuverlässigkeit zu gewährleisten, verfügt der Hub über redundante Steuerlogik, Backplane und Stromversorgung. Das Managementsystem des Hubs kann die Fehlertoleranz dieser redundanten Subsysteme verbessern, indem es ihren Betrieb überwacht und Probleme meldet. Bei der Stromversorgung kann die Überwachung beispielsweise die Hotspot-Erkennung und den Lüfterbetrieb umfassen, um Probleme zu erkennen, bevor sie den Hub-Betrieb stören. Bei Ausfall der Hauptstromversorgung schaltet die redundante Einheit automatisch oder manuell unter der Kontrolle des Netzwerkmanagers um, ohne das Netzwerk zu stören. Wenn ein Lüfter ausfällt, kann ein Alarm sowohl an die Managementkonsole als auch an den Pager eines Technikers gesendet werden.

Die Flexibilität der Hub-Architektur bietet je nach Bedeutung der Anwendungen unterschiedliche Fehlertoleranzen. Beispielsweise können Workstations, auf denen Finanzmodellierungsanwendungen ausgeführt werden, eine Verbindung zu demselben LAN-Modul am Hub gemeinsam nutzen. Obwohl diese Konfiguration wirtschaftlich erscheinen mag, ist sie insofern problematisch, als ein Fehler im LAN-Modul alle Workstations auf dieser Verbindung außer Betrieb setzt.

Eine etwas höhere Fehlertoleranz kann erreicht werden, indem die Workstations auf zwei LAN-Module und Links verteilt werden. Auf diese Weise wirkt sich der Ausfall eines Moduls nur auf die Hälfte der Workstations aus. Eine Eins-zu-Eins-Zuordnung von Workstations zu Modulen bietet eine noch höhere Fehlertoleranz, da der Ausfall eines Moduls nur die daran angeschlossene Workstation betrifft. Diese Konfiguration ist jedoch auch die teuerste Lösung.

Eine geschäftskritische Anwendung kann ein Höchstmaß an Fehlertoleranz erfordern. Dies kann erreicht werden, indem die Workstation mit zwei LAN-Modulen am Hub mit separaten Verbindungen verbunden wird. Die ultimative Fehlertoleranz kann erreicht werden, indem eine dieser Verbindungen an einen anderen Hub angeschlossen wird. In dieser Anordnung wird ein Transceiver verwendet, um die Verbindungen vom Hostcomputer der Anwendung zu trennen, so dass jeder Link mit einem anderen Modul im Hub oder mit einem anderen Hub verbunden werden kann. In jedem Fall ändert sich die physikalische Topologie, aber die logische Topologie bleibt gleich.

Letztes Wort

Mit der Einführung von Switching-Geräten in LANs ist es jetzt möglich, die Topologie kleinerer Unterabschnitte des Netzwerks einer Organisation zu optimieren. Netzwerkplaner können die Vorteile einer Topologie gegenüber einer anderen bereitstellen, um die spezifischen Anforderungen von Einzelpersonen, Arbeitsgruppen oder Abteilungen zu erfüllen.