3. Топологии локальных сетей. Выбор топологии сети
Компьютеры и другие компоненты локальной сети могут соединяться между собой различными способами. Используемая схема физического расположения сетевых компонентов называется топологией (Topology). Топология сети определяется геометрической фигурой, образованной линиями связи между компьютерами, или физическим расположением по отношению друг к другу компьютеров, связанных между собой. Топология сети может служить одной из характеристик для сравнения и классификации различных компьютерных сетей.
Существуют три основные топологии построения локальной сети:
В сети с топологией «звезда» все компьютеры соединены с центральным компьютером, или (hub – центр). Все данные поступают на центральный узел, который передает их получателю непосредственно. В этой топологии отсутствуют прямые связи между компьютерами сети. Передача всей информации происходит только через хаб (центральный компьютер). В качестве хаба может использоваться специальное устройство – концентратор, представляющий собой многопортовый репитер (repeater – повторитель). Основная функция репитера – получив данные на одном из портов, немедленно перенаправить их на другие порты.
Организация сети с топологией «звезда» проста и эффективна. При обрыве одного из кабелей, соединяющего отдельный компьютер сети с хабом, связь между остальными компьютерами, включенными по данной схеме, останется работоспособной. Если же из строя будет выведен сам центральный компьютер, то передача данных между компьютерами такой сети будет невозможна.
Достоинства звездообразной топологии:
– нарушение соединения в одном месте, кроме центрального узла, не прерывает работы локальной сети;
– при подключении большого количества компьютеров не происходит снижения производительности;
– безопасность информации обеспечивается на высоком уровне, так как компьютеры не получают чужих данных.
Недостатки звездообразной топологии:
– большой расход соединительного кабеля;
– поломка центрального узла приводит к неработоспособности всей сети;
– наращивание сети сопряжено с большими финансовыми затратами.
В топологии типа «кольцо» отсутствуют концевые точки соединения, т.е. сеть получается замкнутой в неразрывное кольцо.
В сети, построенной по кольцевой топологии, данные передаются в одном направлении от одного компьютера «кольца» к другому. Компьютер не передает информацию, пока не получит специальный маркер.
Достоинства кольцевой топологии:
– при подключении большого количества компьютеров происходит лишь незначительное снижение производительности.
Недостатки кольцевой топологии:
– нарушение соединения в одном месте приводит к прекращению работы всей локальной сети;
– безопасность информации обеспечивается не на очень высоком уровне: данные, посланные одним компьютером сети другому, могут быть легко перехвачены любым из компьютеров сети, которому они не предназначены, что может нарушить конфиденциальность передаваемой информации.
Топология «шина» использует для передачи данных один общий канал связи (чаще всего выполненный на основе коаксиального кабеля), к которому подключаются все компьютеры локальной сети.
Работа в сети с топологией «шина» осуществляется следующим образом. Когда один из компьютеров локальной сети с шинной топологией отправляет данные, они передаются по кабелю в обоих направлениях и принимаются всеми без исключения компьютерами, но использует их только тот из них, кому они были предназначены. Данные в сети с топологией «шина» могут следовать в любом направлении одновременно. На противоположных концах шины устанавливаются специальные заглушки – терминаторы.
Достоинства шинной топологии:
– легкость наращивания сети;
– не очень высокая стоимость оборудования.
Недостатки шинной топологии:
– нарушение соединения в одном месте приводит к неработоспособности всей локальной сети;
– при подключении большого количества компьютеров к одной шине происходит резкое снижение производительности;
– безопасность информации обеспечивается не на высоком уровне
Рассмотрев топологии локальных сетей я выбрала топологию-звезда. Из-за достоинств этой топологии. Рассмотрим данную топологию подробней. Звезда – это наиболее распространенная в России и Европе топология. Звезда имеет центральный блок – концентратор (hub) или коммутатор (switch). Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте сети RelCom. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.
Структура топологии ЛВС в виде «звезды»
Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.
При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.
Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.
Центральный узел управления – сервер реализует оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра. Но есть и недостаток: если центральный компонент выйдет из строя – остановится вся сеть. А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором (коммутатором)), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры по сети этот сбой не повлияет.
1.3.2. Выбор физической топологии сети
Для построения сети необходимо выбрать способ организации физических связей, то есть топологию. Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование, например концентраторы), а ребрам — физические связи между ними. Компьютеры, подключенные к сети, часто называют станциями или узлами сети.
Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.
Существует несколько вариантов топологий для построения сетей. Ниже приведено описание некоторых из них.
Расположение кабелей, соединяющих компоненты сети воедино, называется топологией. Топология сети определяет не только физическое расположение кабелей, но и физическое подключение клиентов к сети. В настоящее время используются сети, строящиеся на основе топологии трех типов (а также различных производных от этих типов). К таким типам топологий относятся: топология типа «Шина» (линейная), «Кольцо» (кольцевая), «Звезда» (каждый компьютер подключается при помощи отдельного ответвления к одному общему центральному устройству, которое называется концентратор).
При построении сети по линейной (шинной) схеме, каждый компьютер подсоединяется к одному общему кабелю. На концах кабеля устанавливаются терминаторы (оконечные сопротивления). Сигнал проходит по сети через все компьютеры, отражаясь от оконечных терминаторов.
В локальной сети шинной топологии сетевой кабель подключается к каждому компьютеру с помощью T-разъемов.
Шина проводит сигнал из одного конца сети к другому, при этом каждая рабочая станция проверяет адрес послания, и если он
совпадает с адресом рабочей станции, она его принимает. Если же адрес не совпадает, сигнал уходит по линии дальше.
В другом варианте локальной сети шинной топологии каждая рабочая станция подключается к «основному» кабелю с помощью вспомогательных отводов.
Сети шинной топологии пассивны, т.е. компьютеры, подключенные к такой сети, только принимают информацию и не отвечают за ее передачу. Если одна из подключенных машин не работает, это не сказывается на работе сети в целом. Однако, если соединение любой из подключенных машин нарушается из-за нарушения контакта в разъеме или обрыва кабеля, неисправности терминатора, весь сегмент сети (участок кабеля между двумя терминаторами) теряет целостность, что приводит к нарушению функционирования всей сети. Это является основным недостатком сети с шинной топологией, при возникновении повреждения одного участка кабеля перестает работать вся сеть.
- Отказ любой из рабочих станций не влияет на работу всей сети;
- Простота и гибкость соединений;
- Недорогой кабель и разъемы;
- Необходимо небольшое количество кабеля;
- Прокладка кабеля не вызывает особых сложностей.
- Недостатки:
- Разрыв кабеля, или другие неполадки в соединении может исключить нормальную работу всей сети.
- Ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций.
- Трудно обнаружить дефекты соединений.
- Невысокая производительность.
- При большом объеме передаваемых данных главный кабель может не справляться с потоком информации, что приводит к задержкам.
Этот вид топологии представляет последовательное соединение компьютеров, при котором последний соединен с первым. Сигнал проходит по кольцу от компьютера к компьютеру в одном направлении. Каждый компьютер работает как повторитель, усиливая сигнал и передавая его дальше. Поскольку сигнал проходит через каждый компьютер, сбой одного из них часто приводит к нарушению работы всей сети. Данная топология является активной. В настоящее время используется относительно редко.
Рис.3 Топология «Кольцо»
Топология «Звезда» — схема соединения, при которой каждый компьютер подсоединяется к сети при помощи отдельного соединительного кабеля.
Один конец кабеля соединяется с гнездом сетевого адаптера, другой подсоединяется к центральному устройству, называемому «концентратором». Схема соединения по топологии «Звезда» приведена на рисунке 4
Рис.4 Топология «Звезда»
Концентратор распределяет сигналы между всеми рабочими станциями, подключенными к сети, направляя его по кабелям в разных направлениях. Могут применяться либо активные, либо пассивные концентраторы. Пассивные концентраторы только пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его. Активные концентраторы поддерживают большее число подключаемых рабочих станций, а также усиливают сигнал, и при необходимости восстанавливают его. Могут использоваться также более длинные соединительные кабели. Если между концентратором и рабочей станцией происходит нарушение соединения, теряет связь только данная станция. Все остальные работающие в сети компьютеры продолжают нормально работать. Однако при отказе концентратора, работа сети становится полностью парализованной.
На базе топологии «Звезда» можно строить различные другие виды топологий, как бы расширяя ее. Например, можно к уже имеющемуся в сети концентратору добавить еще концентратор с определенным количеством портов и тем самым добавить новых пользователей в сеть. Для этого нужно один конец кабеля вставить в один из портов нового концентратора, а другой в свободный порт ранее установленного концентратора.
Данная топология обычно строится на кабельной системе «витая пара», хотя если используется концентратор с дополнительным портом для подсоединения с помощью коаксиального кабеля можно использовать это соединение. Например, можно подсоединить к общей сети еще несколько рабочих станций по топологии, например «Шина». Таким образом, из данной топологии можно сделать практически любую смешанную топологию.
- Подключение новых рабочих станций не вызывает особых затруднений;
- Возможность мониторинга сети и централизованного управления сетью;
- При использовании централизованного управления сетью локализация дефектов соединений максимально упрощается;
- Хорошая расширяемость и модернизация.
- Отказ концентратора приводит к отключению от сети всех рабочих станций, подключенных к ней;
- Достаточно высокая стоимость реализации, т.к. требуется большое количество кабеля.
При разработке сети была выбрана топология на основе топологии звезда.
Рисунок 1.-Топология Fast Ethernet с использованием 6 коммутаторов.
При разработке сети была выбрана топология на основе топологии шина.
Топология Fast Ethernet 5 концентраторов и 1 коммутатор.