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Netzwerktopologie

Was ist Netzwerktopologie?

Die Netzwerktopologie bezieht sich auf die physische und logische Anordnung von Knoten und Verbindungen in einem Computernetz.

Die physische Topologie beschreibt die Anordnung von Geräten und Kabeln, während die logische Topologie die Art und Weise beschreibt, in der Daten innerhalb des Netzwerks übertragen werden – unabhängig von der physischen Anordnung.

Physische und logische Topologien spielen eine wichtige Rolle für die Gesamtleistung, Skalierbarkeit und Sicherheit eines Netzes. Jede Topologie hat ihre eigenen Vor- und Nachteile, und die Wahl der Topologie hängt von den spezifischen Anforderungen des Netzwerks ab.

Techopedia erklärt die Netzwerktopologie

Physikalische Netzwerktopologien können in fünf grundlegende Modelle eingeteilt werden:

  • Bus-Topologie: Alle Geräte/Knoten sind an eine einzige Kommunikationsleitung, den Bus, angeschlossen. Der Bus dient als Backbone, der alle Geräte im Netzwerk miteinander verbindet.
    dem Netzwerk verbindet. Dies ist eine einfache, kostengünstige Topologie, aber wenn der Bus ausfällt, kann der Single Point of Failure (SPOF) das gesamte Netz lahm legen.
  • Sterntopologie: Alle Knoten des Netzes sind mit einem zentralen Hub oder Switch verbunden. Der Hub oder Switch fungiert als zentraler Punkt für die Kommunikation, und jedes Gerät hat eine eigene Verbindung zu ihm. Diese Topologie ist beliebt, weil sie einfach zu verwalten ist und eine Unterbrechung einer Verbindung keine Auswirkungen auf die anderen Geräte hat.
  • Ring-Topologie: Alle Knoten des Netzes sind in einer geschlossenen Schleife verbunden, und die Daten fließen in einer Richtung um die Schleife herum. Ringtopologien sind in der Regel redundant ausgelegt, um sicherzustellen, dass eine Unterbrechung des Rings nicht zum Ausfall des gesamten Netzes führt.
  • Baum-Topologie: Alle Knoten sind in einer hierarchischen Struktur angeordnet, die einem physischen Baum ähnelt. Der zentrale Knoten an der Spitze des Baums (in der Regel ein Hub oder Switch) kann eine Verbindung zu mehreren anderen Knoten herstellen, die wiederum eine Verbindung zu anderen zusätzlichen Knoten herstellen können.
  • Mesh-Topologie: Jeder Knoten ist direkt mit einigen (oder allen) anderen Netzwerkknoten verbunden. Die Redundanz macht diese Art von Topologie hochgradig fehlertolerant, aber sie erfordert mehr Bandbreite und kann teuer in der Implementierung sein.

Netzwerktopologien für KI und maschinelles Lernen

Zu den Netzwerktopologien, die in der künstlichen Intelligenz (AI) und im maschinellen Lernen (ML) verwendet werden, gehören:

Neuronale Feedforward-Netzwerke: Diese Netze bestehen aus einer Eingabeschicht, einer oder mehreren verborgenen Schichten und einer Ausgabeschicht. Die Daten werden in einer Richtung durch das Netzwerk geleitet, von der Eingabe zur Ausgabe, und es gibt keine Rückkopplungsschleifen.

Faltungsneuronale Netze (CNNs): Diese Netze werden üblicherweise für Bilderkennungs- und Klassifizierungsaufgaben verwendet. Sie verwenden Faltungsschichten, um Merkmale aus den Eingabedaten zu extrahieren, und Pooling-Schichten, um die Größe der Eingabedaten zu reduzieren.

Rekurrente neuronale Netze (RNNs): Diese Netze werden in der Regel für sequentielle Daten wie Text oder Sprache verwendet. Sie verfügen über Rückkopplungsschleifen, die es dem Netz ermöglichen, frühere Vorhersagen als Input für nachfolgende Vorhersagen zu verwenden.

Netzwerke mit langem Kurzzeitgedächtnis (LSTM): Hierbei handelt es sich um eine Art von RNN, die ein Langzeitgedächtnis für frühere Eingaben behalten können.

Autoencoder: Diese Netze werden für das unüberwachte Lernen und die Datenkompression verwendet. Sie bestehen aus einem Encodernetzwerk, das Eingabedaten in eine kleinere Darstellung komprimiert, und einem Decodernetzwerk, das die ursprünglichen Daten aus der komprimierten Darstellung rekonstruiert.

Generative kontradiktorische Netze (GANs): Diese Netze werden zur Generierung neuer Daten, wie z. B. Bilder oder Text, verwendet. Sie bestehen aus zwei Netzen: einem Generatornetz, das neue Daten erzeugt, und einem Diskriminatornetz, das versucht, die erzeugten Daten von echten Daten zu unterscheiden.

Transformatoren: Diese Netze nutzen Mechanismen der Selbstaufmerksamkeit, um sich bei der Erstellung von Vorhersagen selektiv auf verschiedene Teile der Eingabedaten zu konzentrieren. Sie werden häufig für Aufgaben der Verarbeitung natürlicher Sprache verwendet, z. B. für die Übersetzung von Sprachen und die Klassifizierung von Texten.

Netztopologie und Opazität

In den modernsten Systemen sind die Netze so komplex geworden, dass die traditionellen Topologien nun auf unterschiedliche Weise Anwendung finden. Eines dieser Phänomene ist die Verwendung undurchsichtiger Systeme, um Hacker oder Cyberangriffe von außen abzuwehren. Einige Experten schlagen nun vor, dass Unternehmen durch die Abschirmung der IP-Adressen und die Isolierung verschiedener Teile des Netzes in Segmente eine bessere Cybersicherheitshygiene betreiben können. All dies verändert die Art und Weise, wie Netzwerktopologien genutzt werden.

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Margaret Rouse
Redaktion

Margaret Rouse ist eine preisgekrönte technische Autorin und Dozentin. Sie ist für ihre Fähigkeit bekannt, komplexe technische Themen simpel und nachvollziehbar zu erklären. In den letzten zwanzig Jahren sind ihre Erklärungen auf TechTarget-Websites erschienen und sie wurde in Artikeln der New York Times, des Time Magazine, USA Today, ZDNet, PC Magazine und Discovery Magazine als Quelle und Expertin zitiert. Wenn Sie einen Vorschlag für eine neue Definition haben oder eine technische Erklärung verbessern möchten, schicken Sie einfach Margaret eine E-Mail oder kontaktieren Sie sie auf LinkedIn oder Twitter.