Топология сети
Определение. Структура связей абонентов (узлов) вычислительной сети или, иными словами, метод их соединения в распределенную вычислительную среду, образующий некоторую физическую геометрию построения сети, называется топологией сети.
Различают следующие основные топологические структуры сетей: Шинная (линейная), Кольцевая (петлевая), Звездообразная (радиальная), Иерархическая (древовидная), Смешанная (гибридная).
§ Сети с шинной топологией (рис.12.1) используют линейный моноканал передачи данных, к которому сетевые узлы подсоединены через интерфейсные блоки короткими соединительными линиями. Данные от передающего узла сети распространяются в обе стороны, при этом данные попадают на все узлы, но принимают их только те абоненты, которым эти данные адресованы. Такую сеть легко наращивать и конфигурировать, а также адаптировать к инфраструктурным общесетевым требованиям корпоративного пользователя (установке сетевых программных систем и подключению к ним конкретных узлов). Также сеть устойчива к отказам отдельных узлов, однако она чувствительна к отказам и обрывам кабельной системы.
§ В сетях с кольцевой топологией (рис.12.2) все узлы соединены в единую замкнутую петлю (кольцо) каналами связи последовательно Информация по кольцу передается от узла к узлу и каждый узел ретранслирует посланное сообщение. В каждом узле для этого имеются интерфейсные и приемно-передающие модули, причем для упрощения управления передача сообщения всегда производится только в одном направлении. Узел, распознав адресованное ему сообщение, загружает его на свою абонентскую станцию и далее в кольцо не посылает, если это сообщение не является многоадресным или широковещательным. В такой сети отказ отдельных узлов не приводит к отказу сети в целом, так как приемно-передающая система, обеспечивающая ретрансляцию сообщений как правило функционирует автономно от узла. Отказ кабельной системы приводи к блокировке работы сети. Чтобы исключить подобную ситуацию кольцевую сеть строят двухканальной, передавая сообщения по этим каналам в противоположных направлениях. В этом случае обрыв в одном из каналов кольца не приводит к отказу сети в целом.
§ Звездообразная топология сети (рис.12.3) предполагает радиальное соединение всех сетевых узлов с единым центром, при этом могут быть две разновидности подобной топологии — с активным центром (рис.3а) и с пассивным центром (рис.3б).
Рис.12.3.Сеть со звездообразной топологией:
а) с активным центром, б) с пассивным центром.
В первом случае (рис.3а) в центре звезды устанавливается центральный сетевой узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует (определяет конкретную трассу передачи) информационные потоки в сети, при этом центральный узел в обязательном порядке участвует во всех процессах общения между сетевыми узлами. При таком решении центр сети сильно перегружен обслуживанием сетевого трафика и не может заниматься другими задачами. Зато сеть с такой конфигурацией мало чувствительна к выходу из строя отдельных узлов и фрагментов кабельной системы, так как обрыв кабеля отключает только один узел, а сеть остается работоспособной. В звездообразных сетях с пассивным центром (рис.3б), в качестве центрального узла обычно используется концентратор, выполняющей функции физического объединения радиальных каналов связи от отдельных узлов и трансляции передаваемых сообщений, передаваемых каким-либо узлом на все остальные сетевые станции. Это сообщение далее воспримет только та станция, которой оно адресовано. Такая сеть также нечувствительна к выходу из строя отдельных узлов или радиальных каналов связи, однако она чувствительна к выходу из строя центрального устройства (концентратора).
§ Сеть с иерархической (древовидной) топологией (рис.12.4)строится на основе множества звездообразных подсетей. Здесь каждая радиальная связь центра сети заканчивается не сетевым узлом, а звездообразной сетью второго уровня и т.д. Тем самым образуется древовидная структура соединений. Слабостью такой сети является наличие единого центра в ней, реализующего жесткое централизованное управление сетью. Однако любая централизация при очевидной бесконфликтности чувствитель-на к выходу из строя главного узла сети. По этим причинам надежность работы центра сети, а также его ресурсные возможности (процессорные, памяти, пропускной способности коммуникационной системы) должны существенно больше, чем у остальных узлов такой сети.
§ Наконец, сети со смешанной (гиб-ридной) тополо-гией, объединяют в себе все ранее рассмотренные топологические схемы. Такие структуры имеют региональные и глобальные вычислительные сети, объединяющие множество локальных, корпоративных сетей, а также отдельных сетевых узлов в неоднородную, нерегулярную, гибридную распределенную вычислительную среду.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
Радиальная топология ЛВС
При топологии звезда (рис. 7.2.2) все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному устройству, называемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. В сетях с топологией звезда, концентратор служит центральным узлом. Концентраторы делятся на активные (многопортовые повторители) и пассивные. Активные регенерируют и передают сигналы так же, как репитеры. Обычно они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров. Активные концентраторы следует подключать к электрической сети. К пассивным концентраторам относятся монтажные или коммутирующие панели. Они просто пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его. Их не надо подключать к электрической сети.
Недостатки этой топологии: дополнительный расход кабеля, установка концентратора. Главное преимущество перед шинной топологией – более высокая надежность. Выход из строя одного или нескольких компьютеров на работу сети не влияет. Только неисправность концентратора приводит к падению сети.
Шинная топология
Компьютеры подключены к общему каналу (шине), через который могут обмениваться сообщениями (рис. 7.2.2).
С – сервер; К – компьютер; Т – терминатор.
Производительность такой сети зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть. На быстродействие также влияют:
-тип аппаратного обеспечения сетевых компьютеров;
-частота, с которой компьютеры передают данные;
-тип работающих сетевых приложений;
-расстояние между компьютерами в сети.
Выход одного или нескольких компьютеров из строя никак не сказывается на работе сети.
Электрические сигналы распространяются по всему кабелю – от одного конца к другому. Сигналы, достигшие концов кабеля, отражаются от них. Возникает наложение сигналов, находящихся в разных фазах, и, как следствие, их искажение и ослабление. Поэтому, для гашения сигналов на концах кабеля устанавливают терминаторы. При разрыве кабеля или отсутствии терминаторов функционирование сети прекращаются. Сеть падает.
Ячеистая топология
Сеть с ячеистой топологией обладает высокой избыточностью и надежностью, так как каждый компьютер в такой сети соединен с каждым другим отдельным кабелем (рис. 7.2.4). Сигнал от компьютера-отправителя до компьютера-получателя может проходить по разным маршрутам, поэтому разрыв кабеля не сказывается на работоспособности сети. Основной недостаток – большие затраты на прокладку кабеля, что компенсируется высокой надежностью и простотой обслуживания. Ячеистая топология применяется в комбинации с другими топологиями при построении больших сетей.
Существуют комбинированные топологии. Чаще всего используются две комбинированные топологии: звезда-шина и звезда-кольцо.
Рис. 7.2.4. Ячеистая топология.
Звезда-шина – несколько сетей с топологией звезда объединяются при помощи магистральной линейной шины (к концентратору подключены компьютеры, а сами концентраторы соединены шиной). Выход из строя одного компьютера не сказывается на работе всей сети, а сбой в работе концентратора влечет за собой отсоединение от сети только подключенных к нему компьютеров и концентраторов.
Звезда-кольцо – отличие состоит только в том, что концентраторы в звезде-кольце подсоединены к главному концентратору, внутри которого физически реализовано кольцо.
Сетевые кабели
НА сегодня подавляющая часть компьютерных сетей использует для соединения кабели. Это среда передачи сигналов между компьютерами.
В большинстве сетей применяются три основные группы кабелей.
Коаксиальный кабель – до недавнего времени был самым распространенным. Недорогой, легкий, гибкий, удобный, безопасный и простой в установке. Существует два типа коаксиальных кабелей: тонкий и толстый.
Тонкий – гибкий, диаметр 0,64 см (0,25”). Прост в применении и подходит практически для любого типа сети. Подключается непосредственно к плате сетевого адаптера. Переедает сигнал на 185 м практически без затухания.
Толстый – жесткий, диаметр 1,27 см (0,5”).Его иногда называют стандартный Ethernet. Жила толще, затухание меньше. Передает сигнал без затухания на 500 м. Используют в качестве магистрали, соединяющей несколько небольших сетей.
Витая пара — это два перевитых изолированных медных провода. Несколько витых пар проводов часто помещают в одну защитную оболочку. Переплетение проводов позволяет избавляться от электрических помех, наводимых соседними проводами и другими внешними источниками.
Неэкранированная витая пара (UTP) широко используется ЛВС, максимальная длина 100 м. UTP определена особым стандартом, в котором указаны нормативные характеристики кабелей для различных применений, что гарантирует единообразие продукции.
Экранированная витая пара (STP) помещена в медную оплетку. Кроме того, пары проводов обмотаны фольгой. Поэтому STP меньше подвержены влиянию электрических помех и может передавать сигналы с более высокой скоростью и на большие расстояния.
Преимущества – дешевизна, простата при подключении. Недостатки – нельзя использовать при передаче данных на большие расстояния с высокой скоростью.
Оптоволоконным кабель. В оптоволоконном кабеле цифровые данные распространяются по оптическим волокнам в виде модулированных световых импульсов. Это надежный способ передачи, так как электрические сигналы при этом не передаются. Следовательно, оптоволоконный кабель нельзя вскрыть и перехватить данные.
Оптоволоконные линии предназначены для перемещения больших объемов данных на очень высоких скоростях, так как сигнал в них практически не затухает и не искажается. Оптоволокно передает сигналы только в одном направлении, поэтому кабель состоит из двух волокон с отдельными коннекторами: одно – для передачи, другое – для приема.
Скорость передачи данных от 100 Мбит/с, теоретически – до 200 Гбит/с. Расстояние – многие километры. Существенным недостатком этой технологии является дороговизна и сложность в установке и подключении.
Типичная оптическая сеть состоит из лазерного передатчика света, мультиплексера/ демультиплексера для объединения оптических сигналов с разными длинами волн, усилителей оптических сигналов, демульплексеров и приемников, преобразующих оптический сигнал обратно в электрический.
Для передачи по кабелю кодированных сигналов использую две технологии — немодулированную и модулированную передачу.
Немодулиронные системы передают данные в виде цифровых сигналов, которые представляют собой дискретные электрические или световые импульсы.
Модулированные системы передают данные в виде аналогового сигнала (электрического или светового).
Беспроводная среда
Беспроводная среда не означает полное отсутствие проводов в сети. Обычно беспроводные компоненты взаимодействуют с сетью, в которой в качестве среды передачи используется кабель. Такие сети называются гибридными.
Существуют следующие типы беспроводных сетей: ЛВС, расширенные ЛВС и мобильные сети (переносные компьютеры). Основные различия между ними – параметры передачи. ЛВС и расширенные ЛВС используют передатчики и приемники той организации, в которой функционирует сеть. Для переносных компьютеров средой передачи служат общедоступные сети (например, телефонная или Internet).
1. Что такое компьютерная сеть?
2. Для чего создаются локальные сети ЭВМ?
3. Что такое сервер? Рабочая станция?
4. Какие сетевые технологии называются клиент — серверными?
5. Какие виды линий (накалов) используются для связи компьютеров в ЛВС?
6. Какие бывают конфигурации (топологии) ЛВС?
7. Какая сетевая ОС используется в ЛВС?