1.5 Compare and contrast the characteristics of network topologies, types and technologies.

Die Topologie eines Rechnernetzes beschreibt die spezifische Anordnung der Geräte und Leitungen, die ein Rechnernetz bilden, über das die Computer untereinander verbunden sind und Daten austauschen.

Es wird zwischen physikalischer und logischer Topologie unterschieden. Die physikalische Topologie beschreibt den Aufbau der Netzverkabelung; die logische Topologie den Datenfluss zwischen den Endgeräten.

Topologien werden grafisch (nach der Graphentheorie) mit Knoten und Kanten dargestellt.

In großen Netzen findet man oftmals eine Struktur, die sich aus mehreren verschiedenen Topologien zusammensetzt.

Die Topologie eines Netzes ist entscheidend für seine Ausfallsicherheit: Nur wenn alternative Wege zwischen den Knoten existieren, bleibt bei Ausfällen einzelner Verbindungen die Funktionsfähigkeit erhalten. Es gibt neben dem Arbeitsweg einen oder mehrere Ersatzwege (oder auch Umleitungen).

Die Kenntnis der Topologie eines Netzes ist außerdem nützlich zur Bewertung seiner Performance sowie der Investitionen und für die Auswahl geeigneter Hardware.

https://de.wikipedia.org/wiki/Topologie_(Rechnernetz)

die physikalische Topologie beschreibt, wie die Geräte durch Kabel miteinainder verbunden sind (die "Strippe" zwischen den Komponenten). Die logische Topologie beschreibt, wie die Komponenten miteinander kommunizieren. Logische und physikalische Topologie müssen nicht identisch sein.

Stern-Topologie

Jedes Endgerät ist mit dem Verteiler verbunden, die Endgeräte untereinander sind nicht verbunden

Bei Netzen in Stern-Topologie sind an einen zentralen Teilnehmer alle anderen Teilnehmer mit einer Punkt-zu-Punkt-Verbindung angeschlossen (siehe auch Sterngraph). Der zentrale Teilnehmer muss nicht notwendigerweise über eine besondere Steuerungsintelligenz verfügen. In Transportnetzen ist das generell nicht der Fall. In Computernetzen kann es eine spezialisierte Einrichtung sein, zum Beispiel ein Hub oder Switch. Auch das Netz einer Nebenstellenanlage ist gewöhnlich ein Sternnetz: Die Vermittlungsanlage ist der zentrale Knoten, an den jeder Teilnehmerapparat mit einer eigenen Leitung sternförmig angeschlossen ist. In jedem Fall bewirkt eine zentrale Komponente in einem Netz eine höhere Ausfallwahrscheinlichkeitfür die einzelnen Verbindungen: ein Ausfall des zentralen Teilnehmers bewirkt unweigerlich den Ausfall aller Verbindungsmöglichkeiten zur gleichen Zeit. Eine geläufige Schutzmaßnahme bei Sternnetzen besteht darin, die zentrale Komponente zu doppeln (Redundanz).

Vorteile
- Der Ausfall eines Endgerätes hat keine Auswirkung auf den Rest des Netzes.
- Dieses Netz bietet hohe Übertragungsraten, wenn der Netzknoten ein Switch ist (ein Switch hat in der Regel einen höheren Datendurchsatz als ein Hub.)
- Leicht erweiterbar
- Leicht verständlich
- Leichte Fehlersuche
- Kombinierte Telefon- / Rechnernetzverkabelung möglich
- Sehr gute Eignung für Multicast-/Broadcastanwendungen
- Kein Routing benötigt

Nachteile
- Durch Ausfall des Verteilers wird Netzverkehr unmöglich
- Niedrige Übertragungsrate bei vielen Hosts wenn ein Hub benutzt wird
- Hoher Kabelaufwand

Ring-Topologie

Jedes Endgerät ist mit genau zwei anderen verbunden
Bei der Vernetzung in Ring-Topologie werden jeweils zwei Teilnehmer über Zweipunktverbindungen miteinander verbunden, so dass ein geschlossener Ring entsteht. Die zu übertragende Information wird von Teilnehmer zu Teilnehmer weitergeleitet, bis sie ihren Bestimmungsort erreicht. Um Überschneidungen zu verhindern, sind bei dieser Art der Vernetzung besondere Adressierungsverfahren nötig. Da jeder Teilnehmer gleichzeitig als Repeater wirken kann (wenn keine Splitter eingesetzt werden), können auf diese Art große Entfernungen überbrückt werden (bei Verwendung von Lichtwellenleitern (LWL) im Kilometerbereich).

Bei einem Ausfall eines der Teilnehmer wird der Ring unterbrochen. Abhängig von der Organisation der Kommunikation kann dies abgefangen werden (z. B. durch Protection-Umschaltung) oder zum weitgehenden Ausfall führen. In einem Ring mit Protection wird häufig als „Arbeitsweg“ eine bestimmten „Drehrichtung“ im Ring gewählt (bspw. im Uhrzeigersinn), der Ersatzweg führt in die anderen Drehrichtung (im Beispiel gegen den Uhrzeigersinn). Verwendung findet dieses Verfahren unter anderem auch bei Feldbussystemen auf Lichtwellenleiter-Basis.

Wird im Ring generell in beide Richtungen kommuniziert, so führen die Teilnehmer meist Listen, zu welchem Zielgerät es in welche Drehrichtung „kürzer“ ist. Eine Ringunterbrechung kann dann als „unendlich“ für Zielgeräte markiert werden, die in eine Richtung nicht mehr erreichbar sind – womit automatisch die andere Drehrichtung gewählt wird.

Wird ein Ringleitungsverteiler (deutsch: RLV, engl: MAU=Media Access Unit) eingesetzt, dann wird jedes Gerät nur mit einem Kabel mit dem RLV verbunden. Der RLV reicht die Daten dabei von einem Port zum nächsten weiter. Damit hat man technisch eine Stern-, logisch aber eine Ring-Topologie. Auch die Verbindung mehrerer RLV ist möglich, wobei die Ring-Topologie erhalten bleibt. Mit Ringleitungsverteiler wird der Ausfall des gesamten Netzes bei Ausfall eines Endgerätes verhindert, da der Verteiler ausgefallene oder abgeschaltete Teilnehmer „überbrücken“ kann.

https://de.wikipedia.org/wiki/Topologie_(Rechnernetz)#Ring-Topologie

V

Vermaschtes Netz

Die Endgeräte sind miteinander vermascht verbunden
In einem vermaschten Netz ist jedes Endgerät mit einem oder mehreren anderen Endgeräten verbunden. Wenn jeder Teilnehmer mit jedem anderen Teilnehmer verbunden ist, spricht man von einem vollständig vermaschten Netz.

Bei Ausfall eines Endgerätes oder einer Leitung ist es im Regelfall möglich, durch Umleiten (Routing) der Daten weiter zu kommunizieren.

Vorteile
- Sicherste Variante eines Rechnernetzes
- Bei Ausfall eines Endgerätes ist durch Umleitung die Datenkommunikation weiterhin möglich (hohe Konnektivität)
- Sehr leistungsfähig durch hohe Bisektionsweite, niedrigen Durchmesser (bei vollvermaschten Netzen konstant bei 1)
- Vollvermaschte Netze benötigen kein Routing, da es nur Direktverbindungen gibt

Nachteile
- Viel Kabel ist notwendig; auch bei nicht vollständig vermaschten Rechnernetzen sehr aufwändig (in der Regel hoher Grad)
- Sehr hoher Energieverbrauch
- Vergleichsweise komplexes Routing nötig für nicht vollvermaschte Netze, da diese dann nicht regulär und nicht symmetrisch sind, was viele Spezialfälle hervorruft

Bus-Topologie

Alle Endgeräte sind an den Bus angeschlossen
Bei einer Bus-Topologie sind alle Geräte direkt mit demselben Übertragungsmedium, dem Bus verbunden. Es gibt keine aktiven Komponenten zwischen den Geräten und dem Medium. Das Übertragungsmedium ist dabei bei Systemen mit einer kleineren physikalischen Ausdehnung oft direkt auf einer Leiterplatte realisiert, und sonst als Kabel, Kabelbündel oder (bei Funknetzen) der freie Raum. Beispiele für ein Netzwerk mit Bus-Topologie sind die Koaxial-Varianten von 10 Mbit/s Ethernet und WLAN. In der Variante Thin Ethernet gibt es ein einziges Kabel, welches in Segmente unterteilt ist. Der Anschluss zwischen den Geräten (also Netzkarten) und den Segmenten des Kabels erfolgt über T-Stücke. Abschlusswiderstände an den Enden des Kabels dienen der Verhinderung von Reflexionen.

Wenn das Übertragungsmedium eines Busses ein Shared Medium ist – also z. B. dieselbe Kupferader von allen Teilnehmern gemeinsam zur Datenübertragung verwendet wird – muss sichergestellt werden, dass immer nur ein Gerät zum selben Zeitpunkt Signale auf das Übertragungsmedium sendet. Dies kann durch eine zentrale Steuerung, den sogenannten Bus-Arbiter geregelt werden. Bevor ein Gerät senden darf, muss es über eine separate Leitung eine entsprechende Anfrage an den Bus-Arbiter stellen.

Eine zentrale Steuerung ist aber gerade bei dynamischen Netzwerken wie Computernetzwerken oft unpraktikabel. Daher werden bei Netzwerken mit dezentraler Steuerung gleichzeitige Schreibzugriffe (Kollisionen) erkannt und die entstehenden Probleme aufgelöst. Ein oft benutztes Verfahren ist beispielsweise CSMA/CD.

Beim Zeitscheiben-Verfahren (Zeitmultiplex) senden die Rechner in einem starren Zeitraster auf dem geteilten Medium. Jeder Rechner darf nur ein kurzes Zeitintervall zum Senden nutzen, danach darf der nächste Rechner senden.

Vorteile
- Nur geringe Kosten, da nur geringe Kabelmengen erforderlich sind
- Einfache Verkabelung und Netzerweiterung
- Es werden keine aktiven Netzwerkkomponenten benötigt

Nachteile
- Datenübertragungen können ziemlich leicht abgehört werden (Stichwort: Sniffer).
- nicht vollständig -> https://de.wikipedia.org/wiki/Topologie_(Rechnernetz)#Bus-Topologie

Ein drahtloses Netzwerk ist ein Computernetzwerk, das drahtlose Datenverbindungen zwischen Netzwerkknoten verwendet. [1]

Drahtlose Vernetzung ist eine Methode, mit der Haushalte, Telekommunikationsnetze und Geschäftsinstallationen die kostspielige Einführung von Kabeln in ein Gebäude oder als Verbindung zwischen verschiedenen Ausrüstungsstandorten vermeiden. [2] Drahtlose Telekommunikationsnetze werden im Allgemeinen mittels Funkkommunikation implementiert und verwaltet. Diese Implementierung findet auf der physischen Ebene (Schicht) der Netzwerkstruktur des OSI-Modells statt. [3]

Beispiele für drahtlose Netzwerke umfassen Mobilfunknetze, drahtlose lokale Netze (WLANs), drahtlose Sensornetzwerke, Satellitenkommunikationsnetze und terrestrische Mikrowellennetze. 

https://en.wikipedia.org/wiki/Wireless_network

Ein Mesh-WLAN (englisch mesh ‚ineinandergreifen, vermaschen‘) ist ein drahtloses lokales Netzwerk aus mehreren WLAN-Komponenten, das durch Verbindung und gemeinsamer Steuerung der Komponenten (Basis und Satelliten) von den im „Mesh-Bereich“ befindlichen Endgeräten als ein einheitliches WLAN gesehen wird und einen möglichst flächendeckenden Empfang bei gleichbleibender Übertragungsgeschwindigkeit gewährleisten soll.[1] Diese Komponenten können z. B. ein Router mit Access Point und weitere WLAN-Geräte wie Repeater oder Powerline-Adapter sein.

Einheitliche herstellerübergreifende Merkmale, die den seit 2016 vermehrt im Marketing für Heimnetzwerke verwendeten Begriff Mesh definieren, sind nicht festgelegt. Als Grundmerkmale werden aber für den Verbund der aktiven WLAN-Mesh-Komponenten folgende Eigenschaften gesehen:

Automatische Verbindung der Mesh-Komponenten untereinander und Synchronisation aller Einstellungen und Firmware-Updates,
automatischer unterbrechungsfreier Übergang eines WLAN-Endgeräts von einer Mesh-Komponente zu einer anderen (Access-Point-Steering): das Mesh entscheidet von sich aus, welche Station gerade für ein Endgerät die beste Leistung liefert – insbesondere auch für mobile Endgeräte im Mesh-Bereich,
automatische Zuweisung des am Standort des Endgeräts leistungsfähigsten Frequenzbandes (Band Steering, z. B. Zuweisung des 2,4- oder des 5-GHz-WLAN-Bands).

Vorteile
- Hohe bis komplett flächendeckende Empfangsabdeckung,
- wenig Verlust bei der Übertragungsrate,
- gleicher (Funk-)Netzwerkname (SSID) aller Komponenten für die Endgeräte.

Nachteile
- Höhere Anschaffungskosten im Vergleich zu einem einfachen Access Point,
- höherer Energieverbrauch, weil die Mesh-Komponenten möglichst ständig eingeschaltet bleiben sollten, um die Funktionalität zu gewährleisten,
- Bindung an einen Hersteller, da in der Regel nur Komponenten eines Herstellers ein Mesh bilden.

https://de.wikipedia.org/wiki/Mesh-WLAN