Netzwerktopologien und strukturierte Verkabelungen

Klare Netzwerkstrukturen sind sehr wichtig, um sich in der Verkabelung von großen Gebäuden (Unternehmen, Krankenhäuser usw.) zurechtzufinden.

Aber welche Netzwerktopologien gibt es eigentlich? Was sind deren Vor- und Nachteile? Und wie kann man strukturierte Verkabelungen herstellen? Diese Fragen sind sehr wichtig, um effiziente Rechnernetzwerke aufzubauen.

simpleclub erklärt dir, welche Netzwerktopologien es gibt und wie strukturierte Verkabelungen aufgebaut werden!

Netzwerktopologien und strukturierte Verkabelungen einfach erklärt

Es gibt verschiedene Arten, wie physische Leitungen in einem Netzwerk verlegt werden können. Hierbei spricht man von den sogenannten Netzwerktopologien, die man sich als „Landkarte“ eines Netzes vorstellen kann. Die wichtigsten Netzwerktopologien sind: Bus, Ring, Stern und Baum. Die Auswahl einer bestimmten Netzwerktopologie hängt von dem konkreten Anwendungsfall ab. Man kann zum Beispiel Netzwerktopologien haben, die eine sehr hohe Ausfallsicherheit haben, aber extrem aufwendig und teuer sind. Auf der anderen Seite kann man einfache und billige Topologien haben, die jedoch einen sogenannten „Single Point of Failure“ haben (sobald eine bestimmte Netzwerkkomponente ausfällt, fällt das gesamte System aus).

Um eine strukturierte Verkabelung von Gebäuden zu ermöglichen, wurden verschiedene Konzepte entwickelt. Hierzu zählt die UGV ( kurz: Universelle Gebäudeverkabelung), die in den beiden Normen EN 50173 und EN 50174 festgelegt ist. In diesem Konzept spricht man von 3 Verkabelungsbereichen:

• Der Primärbereich, für die Verkabelung der Gebäude untereinander.
• Der Sekundärbereich, für die Verkabelung der Stockwerke untereinander.
• Der Tertiärbereich, für die Verkabelung innerhalb der Stockwerke.

Netzwerktopologie Definition

Netzwerktopologien und strukturierte Verkabelungen Erklärung

Netzwerktopologien

Bustopologie

Bei der Bustopologie wird eine gemeinsame Leitung verwendet, die als „Bus“ bezeichnet wird. Hierbei werden alle Geräte mit einer eigenen Anschlussleitung über ein T-Stück an die Busleitung angeschlossen. Bei einer Datenübertragung werden die Daten an alle Endgeräte weitergeleitet.

Dadurch, dass alle angeschlossenen Geräte mit demselben Übertragungsmedium verbunden sind, kann immer nur ein Teilnehmer gleichzeitig senden. Wenn es dazu kommt, dass zwei Teilnehmer gleichzeitig senden, kann es zu einer sogenannten „Datenkollision“ kommen.

Mithilfe von CSMA/CD können solche Datenkollisionen verhindert werden. Die Abkürzung steht für Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection und bezeichnet ein Protokoll, das den Zugriff verschiedener Netzwerk-Teilnehmer auf ein gemeinsames Übertragungsmedium regelt.

Hierbei wird der Zustand der Leitung permanent geprüft, um eine eventuelle Datenkollision frühzeitig zu erkennen und zu verhindern.

Ringtopologie

Bei der Ringtopologie besitzt jede Station eine Vorgängerstation und eine Nachfolgestation. Die Daten durchlaufen den Ring in einem festgelegten Umlaufsinn und werden von jedem Teilnehmer aufgenommen, der prüft, ob diese Daten für ihn bestimmt sind. Wenn nicht, werden die Daten regeneriert, verstärkt und an den Nachbarteilnehmer weitergeleitet. Dieser Vorgang wiederholt sich so lange, bis die Daten den Zielteilnehmer erreicht haben.

Sterntopologie

Bei der Sterntopologie sind alle Geräte mit einem zentralen Verteiler (Sternverteiler) verbunden. Wenn es zum Ausfall einer Station oder einem Leitungsdefekt kommt, bleibt die Funktionalität des restlichen Netzwerks erhalten. Kommt es jedoch zum Ausfall des Sternverteilers, dann ist das gesamte Netz außer Betrieb.

Um ein Netzwerk zu erweitern, kann man auch mehrere Sterntopologien miteinander verknüpfen. Bei der erweiterten Sterntopologie (Extended Star) wird der Endpunkt eines Sterns mit dem Mittelpunkt eines weiteren Sterns verbunden. Somit lässt sich die Größe eines Netzes einfach erweitern.

Baumtopologie

Eine Baumtopologie ist eine hierarchische Struktur, die aus einer Wurzel (Zentrale) besteht, die über mehrere Kanten mit den einzelnen Geräten (Endstellen) verbunden ist. Auch hier würde der Ausfall der Wurzel zu einem Signalausfall bei allen Endgeräten führen.

Vor- und Nachteile der einzelnen Topologien

Die Vor- und Nachteile der einzelnen Topologien lassen sich wie folgt zusammenfassen:

Strukturierte Verkabelungen

Die Universelle Gebäude Verkabelung (kurz: UGV) dient dazu, einen einheitlichen Aufbauplan für eine Netzwerkinfrastruktur aufzubauen. Somit kann man teure Fehlinstallationen vermeiden und die Installation neuer Netzwerkkomponenten erleichtern.

Eine strukturierte Verkabelung besteht hauptsächlich aus 3 Ebenen:

• Die Primärverkabelung
• Die Sekundärverkabelung
• Die Tertiärverkabelung

Primärverkabelung

Die Primärverkabelung, auch Flächenverkabelung genannt, ist für die Verkabelung der Gebäude eines Standortes zuständig. Hierbei werden die Standortverteiler (kurz: SV) mit den jeweiligen Gebäudeverteilern (kurz: GV) basierend auf einer sternförmigen Leitung verbunden.

Auf dieser Ebene kommen Lichtwellenleiter (Glasfaserkabel) zum Einsatz, da der Abstand zwischen den Gebäuden relativ groß sein kann und ein hoher Datendurchsatz erwünscht ist.

Sekundärverkabelung

Die Sekundärverkabelung, auch vertikale Stockverkabelung genannt, ist für die Verkabelung der Stockwerke eines Gebäudes zuständig. Hierbei werden die Gebäudeverteiler (kurz: GV) mit den jeweiligen Etagenverteilern (kurz: EV) basierend auf einer sternförmigen Leitung verbunden.

Auf dieser Ebene kommen sowohl Lichtwellenleiter als auch Kupferleitungen zum Einsatz.

Tertiärverkabelung

Die Tertiärverkabelung, auch horizontale Stockwerkverkabelung genannt, ist für die Verkabelung innerhalb der Stockwerke eines Gebäudes zuständig. Hierbei werden die Etagenverteiler (kurz: EV) mit den jeweiligen informationstechnischen Anschlüssen (kurz: TA), also den Wanddosen, verbunden.

Auf dieser Ebene kommen zumeist Kupferleitungen zum Einsatz, jedoch können auch Lichtwellenleiter (FTTD, kurz: Fiber To The Desk) verwendet werden, falls ein sehr hoher Datendurchsatz erforderlich ist.

Schematischer Verkabelungsplan

Ein schematischer Verkabelungsplan könnte wie folgt aussehen:

Netzwerktopologien Beispiele

Ringtopologie: Token Ring

Token Ring ist eine Vernetzungstechnik für Rechnernetzwerke, die basierend auf einer logischen Ringtopologie aufgebaut ist. Sobald ein Rechner Nutzdaten versenden möchte, hängt er diese an ein freies Token an und setzt das Token-Bit von 0 (für „freies Token“) auf 1 (für „besetztes Token“). Somit wird aus dem freien Token ein „Datenrahmen“.

Danach setzt der Rechner den Datenrahmen wieder auf den Ring, wo dieser von Knoten zu Knoten weitergereicht wird. Hierbei prüft jeder Rechner, ob der Datenrahmen an ihn adressiert ist, und setzt ihn andernfalls zurück auf den Ring. Sobald der vorgesehene Empfänger den Datenrahmen bekommen hat, kopiert er die Nutzdaten und bestätigt den Empfang. Danach erhält der Sender die Empfangsbestätigung und sendet die nächsten Nutzdaten oder setzt das Token-Bit wieder auf 0 (für „freies Token“). Hierbei darf jeder Rechner das Token nur für eine bestimmte Zeit beanspruchen.

Bustopologie: 10BASE5

10BASE5, auch Thicknet genannt, ist ein Ethernet-Netzwerk mit einem 10\ \text{mm}$10\ \text{mm}$ dicken Koaxialkabel und einem Wellenwiderstand von 50\ \text{Ohm}$50\ \text{Ohm}$. 10BASE5 besitzt folgende Eigenschaften:

• Eine maximale Übertragungsrate von 10\ \text{Mbit/s}$10\ \text{Mbit/s}$

• Eine maximale Segmentlänge von 500\ \text{m}$500\ \text{m}$

• 10BASE5 wird nur im Halbduplexmodus unterstützt

• Man hat maximal drei 10BASE5-Segmente mit jeweils max. 100 Stationen

• Hohe Störsicherheit

Netzwerktopologien und strukturierte Verkabelungen Zusammenfassung

Fassen wir nochmal das Wichtigste zusammen:

• Eine Netzwerktopologie beschreibt die genaue Anordnung der Geräte und Leitungen in einem Rechnernetzwerk.

• Die wichtigsten Netzwerktopologien sind: Bus, Ring, Stern und Baum.

• Die Universelle Gebäude Verkabelung (kurz: UGV) dient dazu, einen einheitlichen Aufbauplan für eine Netzwerkinfrastruktur aufzubauen.

• Eine strukturierte Verkabelung besteht hauptsächlich aus 3 Ebenen: Primärverkabelung, Sekundärverkabelung und Tertiärverkabelung.