Топологии сетей: шина, звезда, кольцо
Шина, звезда, кольцо — это методы объединения компьютерного оборудования в единую сеть.
Введение
Сетевой топологией является метод отображения конфигурации сети, схематическое представление сети и взаимных связей между оборудованием, которое входит в её состав. Сетевая топология может быть представлена следующими видами:
- Физическая топология, представляющая фактическое расположение оборудования и взаимные связи между сетевыми узлами.
- Логическая топология, представляющая сигнальное взаимодействие в области физической топологии.
- Информационная топология, представляющая описание движения потоков информации внутри сети.
- Топология регулирования обменов, описывающая принципы переадресации прав на использование сети.
То есть, сам термин топология сети означает методы соединения компьютерного оборудования в единую сеть. Помимо этого, понятие топологии состоит из множества правил, определяющих местоположение компьютеров, методы прокладки кабеля, методы размещения связующего оборудования и ещё много другого. На текущий момент сформированы и опробованы на практике следующие типы базовых топологий:
Топология «шина»
Топология шина, именуемая также топологией общая шина или магистраль, подразумевает применение единого кабеля, к которому подключена каждая рабочая станция, как показано на рисунке ниже.
Рисунок 1. Топология «шина». Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Единый общий кабель может использоваться каждой станцией по очереди. Каждое сообщение, посылаемое какой-либо рабочей станцией, может приниматься и прослушиваться всеми другими рабочими станциями, которые подключены к этой сети. Из данного потока сообщений все рабочие станция отбирают адресованные только им сообщения. К преимуществам топологии «шина» следует отнести следующие аспекты:
- Сравнительно простая настройка.
- Относительно простой монтаж и небольшая стоимость, особенно когда все рабочие станции расположены сравнительно недалеко друг от друга.
- Неисправность на одной или нескольких рабочих станциях никак не влияет на работоспособность всей сети.
Недостатками топологии «шина» считаются следующие обстоятельства:
- Неисправности в самой шине (в любом её месте), такие как, например, обрыв кабеля, выход из строя сетевых коннекторов, ведут к полному отказу сети.
- Достаточно сложный процесс поиска неисправностей.
- Низкий уровень производительности, поскольку в любой момент времени только один компьютер способен транслировать данные в сеть, с возрастанием количества рабочих станций производительность сети снижается.
- Наличие плохой масштабируемости, так как чтобы добавить новую рабочую станцию нужно менять участки имеющейся шины.
Как раз по топологии «шина» были построены локальные сети на коаксиальном кабеле. В этом варианте в качестве шины использовались отрезки коаксиального кабеля, соединяемые Т-коннекторами. Шину требовалось проложить через все помещения, и она должна была подходить к каждому компьютеру. Боковой отвод Т-коннектора нужно было вставить в разъем на сетевой карте. Сегодня такой тип топологии сети безнадежно устарел и его почти везде заменили топологией «звезда», использующей витую пару. Тем не менее оборудование под коаксиальный кабель еще можно встретить в некоторых организациях.
Топология «кольцо»
«Кольцо» является топологией локальной сети, где рабочие станции подключаются последовательно друг к другу и образуют замкнутое кольцо. Информационные данные транслируются от одной рабочей станции к другой по одному направлению, то есть по кругу. Все персональные компьютеры работают как повторители, транслируя сообщения к следующему компьютеру, то есть данные должны передаваться от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Когда компьютер получает информацию, которая предназначена для другого компьютера, то он транслирует её далее по кольцу. В противном случае, то есть, если информация предназначена ему, то она далее не передаётся.
К достоинствам кольцевой топологии следует отнести:
- Простоту установки.
- Фактически полное отсутствие дополнительного оборудования.
- Устойчивое функционирование без заметного падения скорости информационного обмена при интенсивной загрузке сети.
Тем не менее, кольцевая топология обладает и определёнными недостатками:
- Все рабочие станции обязаны принимать активное участие в пересылке информации. Если выходит из строя хотя бы одна из рабочих станций или происходит обрыв кабеля, то работа всей сети прекращается.
- При подключении новой рабочей станции требуется краткосрочное прекращение работы всей сети, так как при установке нового персонального компьютера кольцо необходимо разомкнуть.
- Наличие сложной процедуры конфигурирования и настройки.
- Сложная процедура поиска неисправностей.
Кольцевая топология сети применяется достаточно нечасто. Она в основном используется в оптоволоконных сетях стандарта Token Ring.
Топология «звезда»
«Звезда» является топологией локальной сети, в которой все рабочие станции присоединяются к центральному устройству, то есть, коммутатору или маршрутизатору. Центральное устройство управляет пересылкой информационных пакетов во всей сети. Все компьютеры через сетевую карту подключены к коммутатору отдельным кабелем, как показано на рисунке ниже.
Рисунок 2. Топология «Звезда». Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Если возникает необходимость, то можно объединить целый набор сетей с топологией «звезда». В итоге может быть получена конфигурация сети с древовидной топологией. Древовидная топология применяется, как правило, в крупных организациях. Топология типа «звезда» на текущий момент превратилась в основную при формировании локальных сетей. Это объясняется наличием у неё следующих достоинств:
- Отказ в работе одной рабочей станции или повреждение ее кабеля никак не отражается на работе всей сети в целом.
- Сеть обладает отличной масштабируемостью. Для подсоединения новой рабочей станции достаточно проложить от коммутатора отдельный кабель.
Топологии локальных сетей: определение, значения, виды, типы, функции
Всем привет! Сегодня я постараюсь как можно подробнее ответить на вопрос, что же такое топология локальных сетей, какие они бывают и как их правильно подобрать? Если говорить грубо, то это схема по которой будут подключаться компьютеры, сервера и другое сетевое оборудования. Это важное составляющее любой локальной вычислительной сети (ЛВС), так как от этого будет зависеть скорость работы канала, а также устойчивость к различным аварийным ситуациям.
Коротко про ЛВС
Локальная вычислительная сеть – это сеть нескольких компьютеров, серверов, маршрутизаторов, которые работают в одном локальном пространстве – это может быть кабинет, дом, квартира или целое здание. Ключевое слово тут «Локальный» – то есть находится в одном определенном месте.
Обычно такие компьютеры могут общаться напрямую друг с другом. Если у вас дома есть роутер, то вы уже находитесь в локальной сети. ЛВС разделяются на два типа:
- Централизованные – в сети есть компьютер или оборудование, которое управляет локалкой.
- Одноранговые – в такой сети каждый компьютер имеет одни и те же права.
Локальную сеть создают в первую очередь для общения компьютеров и других устройств между собой. Например, дома к роутеру вы можете подключить сетевой принтер и каждый пользователь, подключенный к маршрутизатору, может печатать с него документы. Вы можете смотреть фильмы, находящиеся на компьютере, по DLNA на телевизоре.
В крупных компаниях с помощью ЛВС можно осуществлять документооборот и общение сотрудников, использование общих принтеров, сканеров и другого сетевого оборудования. Также можно осуществлять контроль трафика.
Для подключения компьютеров к локалке обычно используют два вида кабеля:
- Витая пара – достаточно дешевая, но имеет минус в максимальном расстоянии передачи данных (от 50 до 100 метров – в зависимости от типа кабеля). Читать подробно…
- Оптическое волокно – передача данных происходит с помощь пучка света. За счет этого расстояние передачи вырастает в сотни раз. Одной из минусов такой технологии является способность сращивать два куска кабеля. Читать подробно…
Также для подключения можно использовать Wi-Fi – это специальная технология, которая позволяет передавать данные с помощью радиоволн. Более подробно про неё можно почитать тут.
Есть также центральные клиентские машины – обычно это компьютеры, ноутбуки или рабочие станции. Для управления используют сервера или маршрутизаторы (роутеры). Если дома у вас есть роутер, то вы уже можете понять, что центральным звеном сети является эта маленькая коробочка. Роутер не только раздает интернет по проводам и Wi-Fi, но также является шлюзом с глобальной сетью интернет.
Также есть оборудование, которое используется только для подключения большого количества устройств. Такие аппараты называют коммутаторами. С виду они очень похожи на роутеры, но имеют совсем другое предназначение. Разбирать их мы не будем, но если кому интересно, то про коммутаторы можно подробно почитать в этой статье.
Про топологию
Что понимается под топологией локальной сети? Итак, что же такое локальная вычислительная сеть, мы разобрались. И тут у каждого грамотного инженера встает вопрос, а как её построить, чтобы все работало. На помощь приходит топология локальной сети – это некая схема подключения всех устройств для нормальной работы, где есть:
- Узлы – это сами устройства: компьютеры, сервера, принтеры, камеры, роутеры, коммутаторы.
- Ребра – обычно это физическая связь между двумя узлами.
Типы
- Информационная – показывает направление потока данных между узлами.
- Физическая – обычная схема, где показывает приблизительное расположение узлов и связей.
- Логическая – показывает перемещение сигнала.
- Правовая – показывает несколько уровней прав.
Виды
Если разделить более грубо, то есть две сети: полносвязные и неполносвязные.
Полносвязная ЛВС – когда каждое устройство связано с каждым. Проблемой такого подключения является наличие у того же компьютера большого количество портов, чтобы иметь связь со всеми компьютерами. Применяется крайне редко. Плюс есть проблема при масштабировании такой системы.
Так как полносвязные очень редко где применяются, мы поговорим про неполносвязные и их разновидности.
Шина
Один из самых дешевых способов связи. Есть один кабель, к которому подключаются другие компьютеры. Чаще всего используют именно коаксиальный кабель. На концах кабеля ставят терминаторы, которые убирают помехи и искажения сигнала.
- Равноправие в сети, хотя это можно отнести и к минусам.
- Дешевизна, ведь нужен всего один кабель.
- Быстрое подключение новых устройств
- Кабель всего один и имеет ограничение в передаче данных. То есть при большом количестве устройств и активном использовании пакеты могут теряться.
- Низкая производительность сети из-за одного канала.
- Проблема с нахождением поломки.
Кольцо
Каждый узел имеет два подключения, на входной и выходной сигнал. В итоге все компьютеры подключены в своеобразное «кольцо».
- Быстрая настройка и подключение.
- Небольшая стоимость.
- При поломке одного узла, сеть все равно функционирует.
- В интернете почему-то пишут, что такая топологию можно безгранично увеличивать, но это не так. В определенный момент времени, как и с ситуацией с «Шиной», трафика может стать настолько много, что сеть начнет тормозить, а пакеты теряться. Так что тут есть ограничение в количестве машин.
Звезда
Есть центральный сервер или маршрутизатор, который управляет всеми компьютерами и устройствами, подключенными к нему. Например, у вас дома при использовании роутера все домашние устройства получаются ведомыми, а маршрутизатор ими управляет – поэтому вы тоже используете топологию «Звезда».
- При поломке одного узла, сеть продолжает работать. Также выявить поломку достаточно просто.
- Есть возможность контроля трафика.
- Нет конфликтов при общении в сети.
- Управление происходит с одного устройства.
- Контроль и безопасность.
Другие виды
На самом деле существует очень много видов ЛВС. К ним можно отнести ячеистую ЛВС – где компьютеры очень близко напоминают подключение как в полносвязной сети. Можно также встретить «Смешанный» вид – когда в одной сети используются сразу несколько топологий.
Централизованная и децентрализованная система
Нужно еще понимать такое понятие как «Централизованная система» ЛВС – когда сеть построена таким образом, что в ней есть сервер или устройство, которое полностью контролирует работу в локалке. Также в такой системе может быть своя база данных, где хранится определенная информация, с которой работают клиенты. Вся работы ограничена по правам. Пользователи имеют иерархическую систему доступа.
Также очень часто есть разделение на подсети. Например, у нас в организации есть несколько отделов:
Нужно разделить эти сети таким образом, чтобы они не имели доступ друг к другу. Вот для этого нужно грамотно настроить систему. В децентрализованной системе обычно каждый компьютер и клиент имеет равные права. Обычно используются в маленьких локальных компьютерных сетях.