Топология звезда
Звезда — это единственная топологиясети с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальныеабоненты.Обмен информациейидет исключительно через центральный компьютер, на который ложится большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он, как правило, заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центральногоабонентадолжно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийныхабонентов. О равноправии всехабонентов(как в шине) в данном случае говорить не приходится. Обычно центральный компьютер самый мощный, именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети стопологиейзвезда в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано.
Если говорить об устойчивостизвезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера или его сетевого оборудования никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. В связи с этим должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры.
Обрыв кабеля или короткое замыкание в нем при топологиизвезда нарушаетобментолько с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.
В отличие от шины, в звезде на каждой линии связинаходятся только дваабонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется двелинии связи, каждая из которых передает информацию в одном направлении, то есть на каждойлинии связиимеется только один приемник и один передатчик. Это так называемая передачаточка-точка. Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных, внешних терминаторов.
Проблема затухания сигналов в линии связитакже решается в звезде проще, чем в случае шины, ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня. Предельная длина сети стопологиейзвезда может быть вдвое больше, чем в шине (то есть 2 Lпр), так как каждый из кабелей, соединяющий центр с периферийнымабонентом, может иметь длину Lпр.
Серьезный недостаток топологиизвезда состоит в жестком ограничении количестваабонентов. Обычно центральныйабонентможет обслуживать не более 8—16 периферийныхабонентов. В этих пределах подключение новыхабонентовдовольно просто, но за ними оно просто невозможно. В звезде допустимо подключение вместо периферийного еще одного центральногоабонента(в результате получаетсятопологияиз нескольких соединенных между собой звезд).
Звезда, показанная на рис. 1.6, носит название активной или истинной звезды. Существует такжетопология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 1.11). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.
В центре сети с данной топологиейпомещается не компьютер, а специальное устройство — концентратор или, как его еще называют, хаб (hub), которое выполняет ту же функцию, что и репитер, то есть восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их во все другиелинии связи.
Рис. 1.11.Топология пассивная звезда и ее эквивалентная схема
Получается, что хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически речь идет о шинной топологии, так как информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам, а никакого центральногоабонентане существует. Безусловно, пассивная звезда дороже обычной шины, так как в этом случае требуется еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды, в частности, упрощает обслуживание и ремонт сети. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную шину, которая считается малоперспективнойтопологией.
Можно выделить также промежуточный тип топологиимежду активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только ретранслирует поступающие на него сигналы, но и производит управлениеобменом, однако сам вобменене участвует (так сделано в сети 100VG-AnyLAN).
Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности путем простого отключения от центра тех или иных абонентов(что невозможно, например, в случае шиннойтопологии), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К периферийномуабонентув случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два (каждый кабель передает в одном из двух встречных направлений), причем последнее встречается гораздо чаще.
Общим недостатком для всех топологийтипа звезда (как активной, так и пассивной) является значительно больший, чем при другихтопологиях, расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как нарис. 1.5), то при выборетопологиизвезда понадобится в несколько раз больше кабеля, чем притопологиишина. Это существенно влияет на стоимость сети в целом и заметно усложняет прокладку кабеля.
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.