2. Описание топологии «Звезда – кольцо»
Как только компьютеров становится больше двух, появляется проблема выбора конфигурации физических связей, или топологии. Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети, и коммуникационное оборудование, а рёбрами – электрические и информационные связи между ними.
От выбора топологии связей существенно зависят многие характеристики сети. Например, наличие между узлами нескольких путей повышает надёжность сети и делает возможным балансировку загрузки отдельных каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.
В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию – «звезда», «кольцо» или «шина», для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.
Рассматриваемая нами топология «звезда – кольцо» является сетью со смешанной топологией и обладает свойствами двух топологий «звезда» и «кольцо».
В топологии «звезда – кольцо» используется общее центральное устройство, называемое коммутатор (Hub). В функции коммутатора входит направление передаваемой компьютером информации одному или нескольким компьютерам сети. Коммутатор может передавать информацию от 10 до 100 Мб/сек. Коммутаторы бывают на разное число гнезд (5, 8, 12, 16, 24, 32). На коммутаторе существует гнездо для подключения RJ-45.
В качестве коммутатора может выступать как компьютер, так и специализированное устройство, такое как многовходовый повторитель, коммутатор или маршрутизатор. Кроме того, количество портов коммутатора ограничивает возможности по наращиванию количества узлов в сети. Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких коммутаторов.
Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий данных практически не возникает.
Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.
Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя станциями.
Используются следующие типы кабелей:
UTP – неэкранированная витая пара. Она более дешевая и удобная в коммуникации. Тонкий и очень гибкий кабель, толщина которого 3,5-4 мм. Существуют различные категории витой пары. От категории зависит скорость передачи информации, от 10 до 100 Мб/сек.
STP – экранированная витая пара. Она более дорогая, надежная, экологичная. Она менее гибкая, а значит не очень удобная в коммуникации. Скорость передачи информации составляет — 100 Мб/сек.
К недостаткам топологии относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения специализированного центрального устройства.
Кольцевая топология: характеристики, достоинства, недостатки
В кольцевая топология представляет собой сетевую настройку, при которой соединения устройств создают круговой путь к данным. Каждое устройство в сети полностью подключено к двум другим, переднему и заднему, таким образом образуя единый непрерывный путь для передачи сигнала, как точки в круге.
Эту топологию также можно назвать активной топологией, поскольку сообщения проходят через все устройства в кольце. Это также известно как кольцевая сеть. Это относится к определенному типу сетевой конфигурации, в которой устройства подключены, и информация передается между ними в соответствии с их непосредственной близостью в кольцевой структуре. Этот тип топологии очень эффективен и справляется с интенсивным трафиком лучше, чем топология шины.
Сигналы данных проходят через всю сеть от одного компьютера к другому, пока не достигнут цели. Большинство кольцевых конфигураций позволяют данным перемещаться только в одном направлении, называемом односторонним. Другие заставляют пакеты двигаться в обоих направлениях, что называется двунаправленным.
характеристики
Кольцевая сеть похожа на топологию шины. В кольцевой топологии каждый компьютер подключен к следующему. Последний компьютер в конце подключается к первому компьютеру. Это означает, что нет ни первого, ни последнего компьютера. В этой сети путь прохождения сигнала имеет форму кольца.
В этой топологии для соединения компьютеров между собой используется сетевой кабель RJ-45 или коаксиальный кабель, в зависимости от сетевой карты, используемой каждым компьютером.
Кольцевые топологии могут использоваться в глобальных сетях (WAN) или локальных сетях (LAN).
Типы
В зависимости от потока данных существует два типа кольцевой топологии: однонаправленная и двунаправленная.
Одностороннее кольцо обрабатывает поток сигнала как против часовой стрелки, так и по часовой стрелке. Следовательно, этот тип сети также известен как полудуплексная сеть.
Однонаправленное кольцо легче поддерживать по сравнению с топологией двунаправленного кольца. Например, сеть с протоколом SONET / SDH.
С другой стороны, двунаправленная кольцевая топология обрабатывает трафик данных в обоих направлениях и является полнодуплексной сетью.
Token pass
Поток данных в кольцевой топологии основан на принципе передачи токенов. Маркер передается от одного компьютера к другому, и только компьютер с маркером может передавать.
Компьютер-получатель получает данные токена и отправляет их обратно компьютеру-эмитенту с сигналом подтверждения. После проверки регенерируется пустой токен.
Компьютер с токеном — единственный, которому разрешено отправлять данные. Остальные компьютеры должны ждать прибытия пустого токена.
Маркер содержит часть информации, которая отправляется вместе с данными выпускающим компьютером. Другими словами, токен похож на пакет разрешений, который дает конкретному узлу разрешение на выпуск информации по всей сети.
Таким образом, если узел с токеном имеет некоторую информацию для передачи по сети, узел выпускает информацию. Если у узла нет данных для выпуска в сети, он передает токен следующему узлу.
Преимущество
— Нет необходимости в сетевом сервере или центральном концентраторе для управления сетевым подключением между каждой рабочей станцией.
— В сети такого типа установка и устранение проблем относительно просты.
— Данные могут передаваться между рабочими станциями с высокой скоростью.
— Есть равный доступ к ресурсам.
— Он работает лучше, чем топология шины, даже при увеличении количества узлов.
— Он может обрабатывать большой объем узлов в сети.
— Обеспечивает хорошую междугороднюю связь.
— Обслуживание кольцевой сети намного проще по сравнению с автобусной сетью.
— Поиск и устранение неисправностей в этой топологии намного проще, потому что повреждения кабеля можно легко обнаружить.
Лучшая обработка большого трафика данных
Кольцевая топология обладает большей способностью справляться с тяжелыми сетевыми коммуникациями лучше, чем некоторые другие конфигурации.
В условиях интенсивного трафика передача маркера заставляет кольцевую сеть работать лучше, чем шинная.
Уменьшение конфликтов данных
Возможность конфликта данных снижается, поскольку каждый узел сможет выпустить пакет данных только после получения токена.
С другой стороны, все данные передаются в одном круговом направлении, что сводит к минимуму возможность конфликтов пакетов.
Недостатки
— Одиночный разрез в кабеле может вызвать нарушения во всей сети.
— Добавление или удаление любого узла в сети затруднено и может вызвать проблемы в сетевой активности.
— Все данные, передаваемые по сети, должны проходить через каждую рабочую станцию в сети, что может сделать ее медленнее, чем при звездообразной топологии.
— Оборудование, необходимое для подключения каждой рабочей станции к сети, дороже, чем карты Ethernet и концентраторы / коммутаторы.
— В однонаправленной сети пакет данных должен пройти через все устройства. Например, предположим, что A, B, C, D и E являются частью кольцевой сети. Поток данных идет от A к B и так далее. В этом состоянии, если E хочет отправить пакет в D, пакет должен пройти через всю сеть, чтобы достичь D.
Отказ трансмиссии
Одним из основных недостатков кольцевой топологии является то, что только сбой при передаче данных может повлиять на всю сеть. Если какое-либо отдельное соединение в кольце разрывается, затрагивается вся сеть.
Аналогичным образом, если какое-либо устройство добавляется или удаляется из установленного кольца, кольцо разрывается и этот сегмент выходит из строя.
Чтобы решить эту проблему, в некоторых кольцевых конфигурациях используется двунаправленная структура, при которой данные передаются как против часовой стрелки, так и по часовой стрелке.
Эти системы можно назвать избыточными кольцевыми структурами, в которых есть резервная среда передачи на случай сбоя передачи.
Ссылки
- Компьютерная надежда (2018). Кольцевая топология. Взято с: computerhope.com.
- Амар Шекхар (2016). Что такое кольцевая топология? Преимущества и недостатки кольцевой топологии. Fossbytes. Взято с: fossbytes.com.
- Техопедия (2019). Кольцевая топология. Взято с: потолокpedia.com.
- Топология компьютерной сети (2019). Преимущества и недостатки кольцевой топологии. Взято с: computernetworktopology.com.
- Ороск (2019). Кольцевая топология. Взято с: orosk.com.
3.4.4. Топология «кольцо»
Эта топология (рис.22), широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с).
Основное преимущество этой топологии — легкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар (основной и резервной) оптических агрегатных выходов (каналов приема/передачи): восток — запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками. Кольцевая топология обладает рядом интересных свойств, позволяющих сети самовосстанавливаться, т.е. быть защищенной от некоторых достаточно характерных типов отказов
Пример 5. С учетом полученных в предыдущих примерах результатов: 1) выбрать оптимальную структуру сети SDH для проектируемой ГТС; 2) произвести выбор необходимого оборудования.
1) Принимая во внимание вышеприведенный анализ различных способов построения сети, делаем вывод о том, что для проектируемой сети целесообразно использовать структуру типа “кольцо”. Кольцевые сети могут обеспечить высокую надежность и экономичность. Двунаправленные кольца более выгодны при достаточно равномерном тяготении узлов коммутации вторичной сети. Поэтому двунаправленные кольца широко используются для построения первичной сети города.
Для построения первичной сети на базе SDH используем двунаправленное кольцо со 100% резервированием в случае аварии на участках кольца (рис.23).
2) В качестве каналов доступа узлов коммутации (РАТС, АМТС, УСС) к первичной сети, реализованной на базе SDH, будем использовать плезиохронные системы передачи ИКМ – 30 (стандарт Е1). Для расчета количества цифровых потоков типа Е1, необходимых для реализации пучков соединительных линий (каналов) между различными станциями сети, следует учитывать:
- число соединительных линий в направлении связи;
- тип используемых соединительных линий (односторонние или двухсторонние);
- тип используемой системы сигнализации,
При использовании односторонних линий и децентрализованной системы сигнализации, для расчета требуемого числа потоков Е1 от i-ой станции к j-ой станции, воспользуемся формулой:
где — требуемое число цифровых потоков Е1 от i-ой станции к j-ой станции;
— число соединительных линий (каналов) между i-ой и j-ой станциями;
При использовании двухсторонних пучков и централизованной системы сигнализации воспользуемся формулой:
Формула (2) справедлива, если 60 каналов. В противном случае необходимо использовать формулу (1), заменив на .
Аналогично производится расчет для всех односторонних линий, а также для ЗСЛ, СЛМ и СЛ к УСС.
Результаты расчета удобно представить в виде таблицы (табл.8)
Число ИКМ трактов передачи цифровых потоков Е1