Rechnernetze

Topologien

Die Topologie eines Netzes spielt eine entscheidende Rolle, da durch bestimmte Einschränkungen in der Netztopologie das Routingproblem stark vereinfacht wird, bzw. ganz entfallen kann, wie z.B. beim vollständig vermaschten Netz oder beim lokalen Bus.

In vollständig vermaschten Netzen ist jedes Rechensystem mit jedem anderen über eine eigene Leitung verbunden; die zu übertragenden Nachrichten können also direkt an den Zielrechner geschickt werden. Eine vollständig vermaschte Topologie kann jedoch nur für sehr kleine bzw. sehr spezielle Systeme eingesetzt werden, da die Anzahl der zu installierenden Verbindungen sich nach folgender Formel berechnet:

d.h. die Anzahl der Verbindungsleitungen wächst quadratisch mit der Anzahl der Knoten. Bei einer Erweiterung eines vollvermaschten Netzes mit n Teilnehmern um einen Teilnehmer werden n neue Verbindungsleitungen benötigt. Allerdings stellt die Kopplung eines Rechnernetzes mit einer vollständig vermaschten Topologie ein Maximum an Ausfallsicherheit und ein Minimum an anfallenden Vermittlungszeiten dar.

Ringe oder Busse haben in der Regel eine sehr ökonomische Verbindungsstruktur. Bei Ringen werden n Knoten mit n Leitungen verbunden; bei Bussen benötigt man hingegen nur ein Übertragungsmedium. Die Linienstruktur ist zwar sehr ökonomisch, da n Knoten mit n-1 Leitungen verbunden werden, beinhaltet jedoch bei Fehlern eine sehr große Wahrscheinlichkeit, dass das Netz unterbrochen und in zwei disjunkte Teilnetze zerlegt wird, die natürlich nicht mehr miteinander kommunizieren können. Die Sternstruktur wird z.B. in lokalen Ringnetzen zur Erhöhung der Ausfallsicherheit verwendet. In modernen Verkabelungskonzepten werden auch für das Ethernet-Protokoll STP–Leitungen (shielded twisted pair) eingesetzt, die ebenfalls sternförmig mit einem Hub (Sternkoppler) als Mittelpunkt verbunden werden. Diese Struktur hat insofern Einfluss auf die Übertragungsleistung als bei der Verwendung von Switchen (statt Hubs) Endgeräte parallel kommunizieren können, was bei einer reinen Busstruktur nicht möglich wäre.

Die meisten größeren Netze sind heute aus verschiedenen Gründen hierarchisch organisiert. Zum einen ermöglicht die im lokalen Bereich verwendete Topologie (Ethernet, Tokenring, Tokenbus) nur den Anschluss einer beschränkten Anzahl von Knoten, so dass über Gateways mehrere lokale Netze miteinander gekoppelt werden müssen. Zum anderen ist die Datenübertragung über größere Entfernungen noch immer teuerer, so dass der Einsatz von Fernleitungen immer sorgfältig auf Kostenoptimalität hin zu bewerten ist.

Netze werden in der Regel nach ihrer Leistungsfähigkeit bewertet, wobei zumeist zwei Leistungskennzahlen betrachtet werden: Durchsatz (throughput) und Übertragungszeit (delay time). Während der Durchsatz die Übertragungskapazität bestimmt, bewirkt eine geringe Übertragungszeit ein schnelles Reaktionsvermögen des Netzes, was vor allem bei interaktiven Diensten gefordert wird. Allerdings ist für bestimmte Dienste, wie die Sprachübertragung, die Schwankung der Übertragungszeit (delay jitter) eine wichtigere Kenngröße.