Netzwerktopologie

Physikalische und logische Netzwerktopologien

Jedes Netzwerk hat eine Topologie: Seine Geräte sind in einer bestimmten Struktur zueinander angeordnet und zum Zwecke des Datenaustauschs per Übertragungsmedium miteinander verbunden. Der Datenverkehr zwischen den Geräten folgt einer bestimmten Logik, die sich aus der Struktur ergeben, aber auch eigenen Regeln folgen kann. Das heißt, dass sich die physikalische Topologie von der logischen Topologie unterscheidet – in ähnlicher Weise wie Straßennetz und Straßenverkehr getrennt voneinander zu betrachten sind.

Netztopologien ergeben sich aus den funktionalen Anforderungen, die an das jeweilige Netzwerk gestellt werden. Netzwerkplaner müssen aber auch Aspekte wie Verwaltung, Performance, räumliche Umgebung, Sicherheit, Instandhaltung und Einsparpotenzial berücksichtigen. Im Bereich der industriellen Netzwerke spielen weitere Faktoren eine Rolle. Ein automatisierter Produktionsprozess setzt z.B. voraus, dass eine bestimmte Anzahl von Geräten in einer bestimmten Anordnung miteinander kommunizieren kann. So stellt die Netzwerktopologie in der Praxis immer einen Kompromiss dar, dem vielseitige Abwägungen vorausgehen.

Grundtopologien industrieller Netzwerke

Es gibt im Wesentlichen drei Muster, nach denen Geräte in einem Netzwerk angeordnet werden können: die Linie, der Stern und der Ring. In jeder dieser drei physikalischen Grundtopologien ist wiederum die kleinstmögliche Topologie enthalten: die Punkt-zu-Punkt-Topologie zwischen zwei Teilnehmern.

  • Bei der Linien-Topologie sind alle Netzwerkteilnehmer über ein gemeinsames Übertragungsmedium miteinander verbunden. Man bezeichnet das Medium als Bus und spricht deshalb auch von Bus-Topologie.
  • Bei der Stern-Topologie bestehen Punkt-zu-Punkt-Verbindungen zwischen einem zentralen Netzteilnehmer und alle anderen, die sternförmig dazu angeordnet sind. Das Übertragungsmedium verläuft jeweils Punkt-zu-Punkt zwischen ihnen, sodass sich eine Sternstruktur ergibt.
  • Bei der Ring-Topologie sind die Netzteilnehmer jeweils über zwei Punkte verbunden. Das heißt, dass jeder Teilnehmer zwei Punkt-zu-Punkt-Verbindungen mit anderen Teilnehmern unterhält, sodass sich eine ringförmige Struktur ergibt.
Netzwerktopologie - Linientopologie Beispiel: Linien-Topologie im PROFIBUS
Netzwerktopologie - Sterntopologie Beispiel: Stern-Topologie im PROFIBUS mit MULTIrep X5

Auf diese drei Grundmuster können auch grundlegende logische Topologien zurückgeführt werden:

  • Bei der Linien-Topologie werden die gesendeten Daten eines Netzteilnehmers über das gemeinsame Übertragungsmedium verbreitet. Wenn ein Netzteilnehmer sendet, kann also kein anderer Netzteilnehmer senden, ohne dass es zu Datenkollisionen kommt.
  • Bei der Stern-Topologie besteht jede Verbindung zwischen dem zentralen Netzteilnehmer und einem anderen Netzteilnehmer aus zwei Leitungen – eine zum Senden, eine zum Empfangen. Das gesendete Signal eines Netzteilnehmers wird über den zentralen Netzteilnehmer an alle anderen gesendet.
  • Bei der Ring-Topologie darf ein Netzteilnehmer erst dann senden, wenn er die im Ring kursierende Sendeberechtigung (Token) erhalten hat. Daten, die zum Senden bestimmt sind, werden dem Token mitgegeben und im Ring von Teilnehmer zu Teilnehmer übertragen, bis der Zielteilnehmer erreicht ist.

Die physikalischen und logischen Grundtopologien treten bei industriellen Netzwerken in der Regel nicht in Reinform auf, sondern vermischen sich je nach Aufbau der Produktionsanlage zu individuellen, komplexen Gebilden, die auf detaillierten Topologieplänen visualisiert werden. Jede Veränderung an der Anlage kann zu einer Veränderung der Netzwerktopologie führen. Deshalb ist es wichtig, dass der entsprechende Topologieplan immer auf dem aktuellen Stand gehalten wird und jederzeit für Planer, Instandhalter und Servicemitarbeiter verfügbar ist.

Netzwerktopologie Software PROscan Active V2 Beispiel: Topologieplan in PROscan® Active V2
Netzwerktopologie Software PROscan Active V2 Beispiel: Geräteliste in PROscan® Active V2

Netzwerktopologie-Software

Softwaretools erleichtern die Arbeit mit Topologieplänen enorm. Mit der Schaltplan-/Netzwerkplan-Software TOPOCAD können Sie die Topologien vorhandener PROFIBUS-Anlagen digital dokumentieren oder Topologiepläne für neue Anlagen entwerfen. Die Netzwerkteilnehmer werden auf einem frei definierbaren Raster platziert, angeordnet und verdrahtet. Für die Konzeption ethernetbasierter Netzwerke eignet sich die Netzwerkplanungssoftware PROnetplan, mit der Sie Parameter wie Netzlast, Nutzlast, Linientiefe und Aktualisierungsrate optimieren können. So erhalten Sie einen realistischen Entwurf für eine stabile, annähernd ideale Netzwerkstruktur, die sie den Errichtern als grafischen Ausdruck mit allen Werten, einer kompletten Geräteliste und wichtigen Securityhinweisen vorlegen können.

Wenn Sie die Topologie eines PROFINET- oder Ethernet-Netzwerks erfassen möchten, empfehlen wir die Software PROscan® Active V2. Mit ihrer Hilfe ermitteln Sie alle relevanten Teilnehmerinformationen, Leitungsinformationen, Portübersichten und Portstatistiken im laufenden Betrieb. Zu den technischen Voraussetzungen gehören managebare Switche mit SNMP-Funktionalität sowie Netzwerkteilnehmer, die die PROFINET-spezifischen Parameter zur Verfügung stellen. Die gescannte Topologie können Sie als technische Zeichnung ausdrucken oder in die Software PROnetplan übernehmen, um dort Optimierungen an einem bestehenden Netzwerk zu planen bzw. Veränderungen einer Netzwerkstruktur zu simulieren. Auf diesem Wege lassen sich auch verbindliche Entwürfe für Modernisierungen oder Erweiterungen der Anlage erstellen.

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