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
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.
4.3.Топология «кольцо» (Ring)
Рабочие станции связаны одна с другой по кругу, то есть первая рабочая станция связана со второй, вторая — с третьей и т.д., а последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная сеть замыкается в кольцо. Можно начать движение из любой точки сети и потом вернуться в стартовую точку, потому что данные здесь перемещаются по кольцу от узла к узлу только в одном направлении. Каждый узел принимает сигнал данных, анализирует информацию и, если сообщение адресовано другому узлу, передает его по кольцу к следующему узлу (рис. 3).
Рис. 3. Топология сети «кольцо»
Достоинства топологии «кольцо»:
• легко локализуются неисправности в кабельных соединениях;
• можно подсоединить к сети большее количество узлов, чем при использовании других топологий, так как при просмотре данных каждым узлом происходит очистка и усиление сигнала, а затем отправка следующему компьютеру. Поэтому потери сигнала меньше, чем при других топологиях;
• не существует ограничений на протяженность сети, поэтому кольцо используется для создания сетей, охватывающих большое географическое пространство.
Недостатки топологии «кольцо»:
• прокладка кабелей может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географическое расположение рабочих станций далеко от формы кольца (например, в линию);
• подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто;
• требуется непрерывное соединение между всеми сетевыми компьютерами, так как разрыв в любом месте вызовет прекращение работы всей сети (для предотвращения этого иногда используется резервный кабель для передачи данных).
Достоинства и недостатки трех существующих топологий объединены в таблице 1.
Характеристики сетевых топологий
Возможность охвата большой области
Простота поиска неисправностей
Легкость перемещения узла
Пропускная способность узла
Итак, наиболее часто используется сетевая топология — звезда.
От выбранной топологии зависит используемая сетевая технология, которая определяет правила обмена данными между компьютерами в сети (часто называют архитектурой сети). Наиболее популярны две сетевых технологии: Ethernet и Token Ring.
1. Технология Ethernet используется для топологий шина (на коаксиальном кабеле) и звезда (на витой паре).
В такой сети, прежде чем начать передачу данных, каждый узел проверяет сетевой трафик на шине. Если один узел видит, что другой ведет передачу данных, то он ждет, пока эта передача закончится, и только после этого начинает передавать свои данные.
Несмотря на существующие правила передачи данных, часто случается так, что два узла пытаются сделать это одновременно. Тогда возникает столкновение данных (коллизия), в результате чего теряется информация. В этом случае система обнаружения столкновений Ethernet требует, чтобы узлы прекратили передачу информации, и каждый из них ожидает некоторое время, прежде чем снова попробовать передать свои данные.
2. Технология Token Ring (эстафетное кольцо) является гибридной смесью звездообразной и кольцевой топологий (разработка компании IВМ).
В ней используется звездообразная топология совместно с центральным концентратором MAU (Multistation Access Unit — многостанционный модуль доступа). При этом каждый компьютер в сети соединяется с концентратором при помощи двух кабелей (кольцевая топология): компьютер передает данные концентратору по одной линии, а принимает их по другой.
Технология Token Ring предотвращает столкновение данных, требуя, чтобы узлы получали разрешение от сети прежде, чем они смогут начать передачу данных. Для этого узел должен захватить специальный пакет данных (маркер). Если он не используется никакими узлами сети, то он свободен, и узел может захватить его, а затем использовать для передачи данных. Один разрешающий маркер непрерывно перемещается по кольцу в одном направлении, ожидая, пока какой-нибудь узел не воспользуется им.
В зависимости от выбранной топологии и технологии сети подбирается необходимая сетевая среда — линии связи, по которым распространяются электрические сигналы. Так для построения сети на базе технологии Ethernet можно применять пять различных типов кабеля: коаксиальный (тонкий и толстый), витую пару (неэкранированную и экранированную) и волоконно-оптический кабель.
1. Тонкий коаксиальный кабель (Thin Coaxial Cable — 10BASE2) типа RG-58 используется для дешевой сетевой топологии
«шина». Скорость передачи данных — 10 Мбит/с. Максимальная длина используемого кабеля — 190 м (при необходимости большей длины ставятся повторители).
2. Толстый коаксиальный кабель (Thick Coaxial Cable —10BASE5) часто используется в качестве магистрали (главного кабеля, к которому подключаются тонкие кабели, соединяющие ПК с сетью). К нему можно подключать до 100 узлов. Скорость передачи данных — такая же (10 Мбит/с). Максимальная длина используемого кабеля — 500 м.
3. Неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair — UTP — 10BASE—T) используется в сетевой топологии «звезда», часто для сокращения расходов (примерно в два раза дешевле экранированной). Скорость передачи данных — такая же (10Мбит/с). Максимальная длина используемого кабеля— 110м.
4. Экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair —STP — 100BASE-T) используется в сетевой топологии «звезда», особенно, при наличии высоких уровней электромагнитных или радиочастотных помех. Скорость передачи данных (по кабелю 5 уровня) — 100 Мбит/с.
5. Волоконно-оптический кабель (Fiber—optical cable — FOC) используется для соединения офисов, расположенных на больших расстояниях (несколько км), а также при наличии сильных электромагнитных или радиочастотных помех. Скорость передачи данных — несколько Гбит/с. Самая дорогая сетевая среда.