Netzwerktopologien und TCP/IP: Grundlagen und Merkmale

Netzwerktopologien: Übersicht und Details

Dieses Kapitel behandelt die verschiedenen Topologien von Netzwerken und die Grundlagen des TCP/IP-Protokolls.

Grundlegende Netzwerktopologien

Stern-Topologie (STAR)

Alle Knoten sind mit einem zentralen Knoten verbunden, und Nachrichten werden über diese zentrale Anlaufstelle geleitet.

Ring-Topologie (LOOP)

Die Knoten sind in einem Ring verbunden, wobei ein Knoten die Kontrolle über die übrigen übernimmt und festlegt, welche Knoten den Kommunikationskanal nutzen dürfen.

Mesh-Topologie (MESH)

Die Knoten sind miteinander verbunden, um eine komplexe Konfiguration zu bilden. Wenn Verkehr zwischen zwei Knoten generiert wird, teilen sie sich Kommunikationsschaltungen. Im Extremfall sind alle Knoten miteinander verbunden. Die am häufigsten verwendeten Topologien sind die Ring- und die Bus-Topologie.

Ring-Topologie

Jeder Knoten ist mit zwei anderen verbunden.

Jeder einzelne Netzwerkknoten ist ein einfacher Repeater mit ausreichenden Logikschaltungen, um Daten-Slots, die durch den Ring fließen, zu übermitteln und den Knoten zur Verfügung zu stellen. Nachrichten oder Pakete, die sich einmal auf dem Ring befinden, werden von den Repeatern regeneriert und zirkulieren ständig, bis sie als für andere Knoten bestimmt markiert und dann entfernt werden. Normalerweise ist der Knoten, der die Nachricht sendet, auch für deren Entfernung aus dem Kanal verantwortlich.

Vorteile der Ring-Topologie

• Die Übertragungskapazitäten sind gleichmäßig auf alle Nutzer verteilt.
• Es gibt keine Abhängigkeit von einem zentralen Gerät.
• Ermöglicht die einfache Lokalisierung von Knoten- und Verbindungsfehlern.
• Vereinfacht die Verteilung der maximalen Nachrichtengröße.
• Übertragungsfehler sind leicht zu kontrollieren.
• Garantierter Zugang, auch in Fällen von Überlastung.
• Es können sehr hohe Übertragungsgeschwindigkeiten erreicht werden.

Nachteile der Ring-Topologie

• Die Zuverlässigkeit hängt vom Repeater und der Integrität des Rings ab.
• In der Praxis wird ein Monitor benötigt.
• Der Ausbau des Rings ist schwierig.
• Es ist schwierig, neue Knoten hinzuzufügen, ohne den Ring zu stören.
• Langsame periodische Signale.
• Die Installation ist komplex, ebenso die Verkabelung.

Bus-Topologie (Verteilerkanal)

Die Geräte sind an das physische Kommunikationsmedium angeschlossen. Ein Knoten sendet Informationen an den Verteilerkanal. Alle Knoten können Signale vom Kanal empfangen.

Es kann auf zwei Arten genutzt werden:

Basisband-Bus

In diesem Fall wird das Signal moduliert, und digitale Informationen in Form von Impulsen (Nullen und Einsen) werden verbreitet.

Zur Nutzung dieses Systems muss sichergestellt werden, dass nur ein Knoten gleichzeitig sendet. Bei Kollisionen muss die Übertragung wiederholt werden. Es wird die Technik des Zeitmultiplexings angewendet.

Vorteile des Basisband-Busses

• Übertragungsmedium ist völlig passiv.
• Einfacher Anschluss von neuen Geräten.
• Bester Zugang für alle Geräte innerhalb dieser Gruppe.
• Einfach zu installieren und zu verkabeln, ohne Probleme.
• Eine einzige Schnittstelle kann mehrere Low-Speed-Geräte verbinden.

Nachteile des Basisband-Busses

• Jeder (mit der entsprechenden Ausrüstung) kann Übertragungen im Medium unentdeckt abhören und die normale Funktion des Netzes stören.
• Die Schnittstelle zum Medium muss durch Geräte mit Verarbeitungsfähigkeiten realisiert werden.
• Die Ressourcen werden nicht gerecht verteilt.
• Die Gesamtlänge des Kanals ist sehr begrenzt (1 oder 2 km).

Breitband-Bus

Multiplexing wird häufig verwendet. Das Medium ist in der Regel ein Koaxialkabel. Diese Technologie wurde in großem Umfang bei der Übertragung von Kabel-TV-Signalen verwendet. Benötigt aktive Komponenten wie Modulatoren, Demodulatoren, Repeater usw.

Vorteile des Breitband-Busses

• Übertragungsmedium und Schnittstellen sind leicht zugänglich.
• Es können große Entfernungen abgedeckt werden.
• Lässt sich leicht durch Hinzufügen neuer Branchen und Geräte erweitern.

TCP/IP Protokollfamilie

Sein Ziel war es, Computerressourcen über ein Kommunikationsnetzwerk zu verbinden und auszutauschen.

Wichtige Merkmale von TCP/IP

• Verwendet Paketvermittlung.
• Bietet eine zuverlässige Verbindung zwischen zwei Rechnern an beliebiger Stelle im Netzwerk.
• Bietet die Möglichkeit, verschiedene Netzwerke mit unterschiedlichen Architekturen und Betriebssystemen zu verbinden.
• Diese Methode basiert auf Protokollen der unteren Ebene für den physischen Netzwerkanschluss (Ethernet, Token Ring).
• Alle Verbindungen sind Vollduplex und Punkt-zu-Punkt (unterstützt keine Multicast- oder Broadcast-Übertragungen).

Netzwerk-Interkonnektionsarchitektur von TCP/IP

Prinzipien der Netzwerk-Interkonnektion

• Unabhängigkeit von Technologie, Low-Level-Verbindungen und Computer-Architektur.
• Universelle Konnektivität über das Netz.
• Ende-zu-Ende-Prinzip.
• Implementierung standardisierter Protokolle.

Eigenschaften der Interkonnektion

• Verbindungslose Protokolle auf der Netzwerkschicht.
• Paketvermittlung zwischen den Knoten.
• Transportprotokolle mit Sicherheitsfunktionen.
• Gemeinsame Reihe von Anwendungsprogrammen.

Verbindung von Netzwerken

• Die Netzwerke werden durch Gateways verbunden.
• Alle Netze werden als gleichwertig betrachtet.