Вопрос 2. Базовые топологии компьютерных сетей.
Топология компьютерной сети — это конфигурация физических связей компьютеров или других сетевых устройств друг с другом.
Компьютеры, подключенные к сети, часто называют станциями или узлами сети.
При увеличении числа связываемых компьютеров или других сетевых устройств резко возрастает число возможных вариантов конфигураций связей, т. е. топологий.
Выбор топологии для объединения компьютеров в сеть зависит от различных факторов, например:
- надежности получаемой сети;
- простоты присоединения новых узлов;
- экономических соображений.
Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.
Выбор топологии электрических связей существенно влияет на многие характеристики сети. Например, наличие резервных связей повышает надежность сети и делает возможным балансирование 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.
Все множество топологий можно условно разделить на полносвязные и неполносвязные.
Полносвязные топологии (рис. а) подразумевают наличие отдельного канала для связи любых двух компьтеров сети. Несмотря на кажущуюся простоту, такое решение является очень громоздким, требует наличия большого количества коммутационного оборудования и потому является экономически неэффективным.
Н еполносвязные топологии получаются из полносвязных путем удаления некоторых связей и, следовательно, данные будут передаваться через промежуточные узлы сети. (рис. б)
Существуют четыре основных топологии: шина (Bus), кольцо (Ring), звезда (Star) и ячеистая топология (Mesh). Другие топологии обычно являются комбинацией двух и более главных типов.
Выбор типа физической топологии для сети является одним из первых шагов планирования сети. Выбор топологии основывается на множестве факторов, в число которых входят цена, расстояния, вопросы безопасности, предполагаемая сетевая операционная система, а также будет ли новая сеть использовать существующее оборудование, проводку и т. п.
Физическая топология «шина» (Bus), именуемая также линейной шиной (Linear Bus), состоит из единственного кабеля, к которому присоединены все компьютеры сегмента (рис. 1.3).
Сообщения посылаются по линии всем подключенным станциям вне зависимости от того, кто является получателем. Каждый компьютер проверяет каждый пакет в проводе, чтобы определить получателя пакета. Если пакет предназначен для другой станции, компьютер отвергнет его. Соответственно, компьютер получит и обработает любой пакет на шине, адресованный ему.
Главный кабель шины, известный как магистраль (backbone), имеет на обоих концах заглушки (terminator) для предотвращения отражения сигнала. Без правильно установленных заглушек работа шины будет ненадежной или вообще невозможной.
Шинная топология представляет собой быстрейший и простейший способ установки сети. Она требует меньше оборудования и кабелей, чем другие топологии, и ее легче настраивать. Это хороший способ быстрого построения временной сети. Это обычно лучший выбор для малых сетей (не более 10 компьютеров).
Имеется несколько недостатков, о которых надо знать при решении вопроса об использовании шинной топологии для сети. Неполадки станции или другого компонента сети трудно изолировать. Кроме того, неполадки в магистральном кабеле могут привести к выходу из строя всей сети.
Т опология «кольцо» (Ring) обычно используется в сетях Token Ring и FDDI (волоконно-оптических). В физической топологии Ring линия передачи данных фактически образует логическое кольцо, к которому подключены все компьютеры сети (рис. 1.4).
В отличие от шинной топологии, которая использует конкурентную схему, чтобы позволить станциям получать доступ к сетевому носителю, доступ к носителю в кольце осуществляется посредством логических знаков — «маркеров» (token), которые пускаются по кругу от станции к станции, давая им возможность переслать пакет, если это нужно. Это дает каждому компьютеру в сети равную возможность получить доступ к носителю и, следовательно, переслать по нему данные. Компьютер может посылать данные только тогда, когда владеет маркером.
Так как каждый компьютер при этой топологии является частью кольца, он имеет возможность пересылать любые полученные им пакеты данных, адресованные другой станции. Получающаяся регенерация делает сигнал сильным и позволяет избежать необходимости в применении повторителей. Так как кольцо формирует бесконечный цикл, заглушки не требуются. Кольцевая топология относительно легка для установки и настройки, требуя минимального аппаратного обеспечения.
Топология физического кольца имеет несколько недостатков. Как и в случае линейной шины, неполадки на одной станции могут привести к отказу всей сети. Поддерживать логическое кольцо трудно, особенно в больших сетях. Кроме того, в случае необходимости настройки и переконфигурации любой части сети придется временно отключить всю сеть.
Кольцевая топология даст всем компьютерам равные возможности доступа к сетевому носителю.
В топологии «звезда» (Star) все компьютеры в сети соединены друг с другом с помощью центрального концентратора (рис. 1.5).
В се данные, которые посылает станция, направляются прямо на концентратор, который затем пересылает пакет в направлении получателя. Как и при шинной топологии, компьютер в сети типа «звезда» может пытаться послать данные в любой момент. Однако на деле только один компьютер может в конкретный момент времени производить посылку. Если две станции посылают сигналы на концентратор точно в одно время, обе посылки окажутся неудачными и каждому компьютеру придется подождать случайный период времени, прежде чем снова пытаться получить доступ к носителю. Сети с топологией Star обычно лучше масштабируются, чем другие типы.
Главное преимущество внедрения топологии «звезда» заключается в том, что в отличие от линейной шины неполадки на одной станции не выведут из строя всю сеть. В сетях с этой топологией проще находить обрывы кабеля и прочие неисправности. Это облегчает обнаружение обрыва кабеля и других неполадок. Кроме того, наличие центрального концентратора в топологии «звезда» облегчает добавление нового компьютера и реконфигурацию сети.
Топологии «звезда» присуще несколько недостатков. Во-первых, этот тип конфигурации требует больше кабеля, чем большинство других сетей, вследствие наличия отдельных линий, соединяющих каждый компьютер с концентратором. Кроме того, центральный концентратор выполняет большинство функций сети, так что выход из строя одного этого устройства отключит всю сеть.