Direkte Verbindung zweier benachbarter Knoten, oft für Peer-to-Peer-Netze oder Client-Server-Modelle verwendet, wie in Abb. 4.1.1 dargestellt .
→ Da es keine zentralen Vermittlungseinrichtungen gibt, lassen sich ausgefallene Knoten nicht ersetzen. Verbesserung: Schließen zum Ringnetz.
- Kein Routing ohne Ring
- Eindeutige Verbindung zwischen 2 Teilnehmern
- Optimal für Ad-hoc-Netze
- Jeder Knoten ist kritisch
Ein vermaschtes Teilstreckennetz mit mehr als 2 Nachbarn je Netzkonten, wie in Abb. 4.1.2 dargestellt .
→ Vollständige Maschennetze lassen sich wegen der n ⋅ (n − 1)∕2 Verbindungsleitungen für größere Netze technisch und wirtschaflich nicht realisieren.
- Aufwendige Wegesuche wegen redundanter Wegen
- Optimale Verbindungen zwischen benachbarten Tln
- Zusätzlich Verstopfungs- und Flusskontrolle
Alle Teilnehmer sind an ein und demselben Medium (Bus, Busnetzt) direkt angeschlossen, wie in Abb. 4.1.3 dargestellt . Es sind keine Vermittlungsstellen notwendig aber aufwendige Zugriffsverfahren.
- Sender sendet Nachricht im Broadcast
- Alle Teilnehmer empfangen die Nachricht
- Der Empfänger quittiert die Nachricht
- Rechnernetze mit Ethernet: Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection (CSMA / CD)
Beim Berieb von Rechnern an einem Busnetz muss ein Kanal-Zugriffsverfahren implemntiert werden. Beim Carries Sense (CS) wird der Kanal vor dem Senden abgehört. Werden bei einem gleichzeitigen neuen Zugriff (Multiple Access, MA) zerstörte Daten erkannt spricht man von Collision Detection (CD) (siehe Abb. 4.1.4) .
→ Wie kann diese Kollision aufgelöst werden?
Würden zur Kollisionsauflösung alle Teilnehmer gleich lange warten, so ergäben sich u.U. nicht auflösbare Kollisionen. Eine mögliche Strategie ist:
- Wird eine Kollision daran erkannt, das die gelesenen Daten nicht den eigenen gesendeten Daten entsprechen, wird das Senden sofort beendet.
- Teilnehmer mit gestörten Sendedaten müssen eine zufällige Zeit warten, die oft bis zu einem Maximum erhöht wird bei weiteren Kollisionen, bevor sie erneut Senden dürfen.
- Aufgrund endlicher Signallaufzeiten ergibt sich nach dem Beginn des Sendens eine kritische Konkurenzzeit, bis alle Teilnehmer den aktuellen Sendevorgang erkennen können.
2 Teilnehmer können maximal die Zeit τ entfernt sein. Was kann passieren, nachdem Teilnehmer 1 sendet?
→Teilnehmer 2 sendet ebenfalls nach τ −ϵ und erkennt sofort danach eine Kollision.
→Teilnehmer 1 erkennt diese Kollision erst nach 2τ − ϵ!
Wird bei CSMA bei einem gleichzeitigen neuen Zugriff eine Zerstörung der Daten vermieden (siehe Abb. 4.1.5) spricht man von Collision Avoidance. Beim CAN-Bus im KFZ-Bereich wird die priorisierte Adresse eines Datums zuerst auf den Bus gelegt3.
| Bit | ||||||||
| S1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 | 0 | 1 |
| S2 | 0 | 0 | 1 | 1 | 0 | 0 | 1 | 1 |
| S3 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 | 1 | 1 | 1 |
| Bus | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 0 | 1 |
→ Grundlage dieser Arbitrierung ist die Unterscheidung zwischen rezessivem und dominantem Pegel, z.B. mit einer Wired-And-Schaltung.
Ein Knoten in einem strukturierten Netz wird zur zentralen Vermittlungstelle, wie in Abb. 4.1.6 dargestellt .
→ Vermittlungseinrichtungen (auch Nebenstellenanlagen) sind zentrale Knoten eines Sternnetzes, ebenso Switche und Router eines Datennetzes.
- Einfaches Routing über den Sternpunkt
- Eindeutige Verbindung zwischen 2 Teilnehmern
- Zentralstellen (VSts) sind kritisch
Ein hierarchisch strukturiertes Netz durch Verbindung von mehreren Sternen untereinander, wie in Abb. 4.1.7 dargestellt .
→ Das alte analoge Telefonnetz war so aufgebaut, wobei die oberste Ebene (8 ZVSts) mit einem Maschennetz vollständig verbunden war.
- Einfaches Routing entlang dem Baum
- Eindeutige Verbindung zwischen 2 Teilnehmern
- Optimal für größere Entfernungen
- Zentralstellen (VSts) sind kritisch
Oft muss Unterschieden werden zwischen der physikalischer Struktur der Leitungstopologie und logischer Struktur des Netzes. In Abb. 4.1.8 ist z.B. ein Diffusionsnetz auf einer Sterntopologie realisiert.
→Leitungs-Topologie: Sternnetz mit Satelliten als zentraler Sternpunkt
→Logisches Netz: Diffusionsnetz vom Satelliten aus ohne Rückkanal
- Sterntopologie, mit Mittelpunkt durch den Satelliten
- Diffusionsnetz, bei dem alle Teilnehner zuhören
- BTS bei GSM
- Satellitenfernsehen
Der normale Betrieb einer Kommunikationsverbindung ist eine bidirektionale gleichzeitige Kommunikation (Vollduplex, Gegenbetrieb) über zwei parallele Nachrichtenkanäle (siehe Abb. 4.1.9) . Es sind parallel betreibbare Sender und Empfänger bei beiden Kommunikationspartnern notwendig!
Beispiel: → Sprach- und Datenübertragung (Telefon, Internet)
Falls über einen Kanal eine bidirektionale Kommunikation notwendig ist, kann ein wechselnder Zwei-Richtungs-Betrieb (Wechselbetrieb) verwendet werden. Das Umschalten der Übertragungsrichtung ist Aufgabe der Kommunikationspartner und wird über spezielle Signale realisiert, z.B. dem Wort „Kommen“ beim Amateurfunk.
Beispiel: → Amateur- und CB-Funk
Der einfachste Betrieb einer Kommunikationsverbindung ist der Ein-Richtungs-Betrieb (Richtungsbetrieb) über einen Kanal. Es können damit auch keine Übertragungsfehler gemeldet werden, wodurch diese Betriebsart für die Datenkommunikation ungeeignet ist.
Beispiel: → Verteilkommunikation (Radio, TV)
