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.
7.1 Физические топологии
Физическая топология описывает реально использующиеся способы организации физических соединений различного сетевого оборудования (использующиеся кабели, разъемы и способы подключения сетевого оборудования). Физические топологии различаются по стоимости и функциональности.
7.1.1 Физическая шина (PhysicalBus)
Самая простая форма топологии физической шины представляет собой один основной кабель, оконцованный с обеих сторон специальными типами разъемов – терминаторами. При создании такой сети основной кабель прокладывают последовательно от одного сетевого устройства к другому. Сами устройства подключаются к основному кабелю с использованием подводящих кабелей и T-образных разъемов. Пример такой топологии приведен на рисунке.
Рисунок 12 – Топология физической шины
Более сложной формой топологии физической шины является «распределенная шина» (чаще называется «древовидная топология»). В такой топологии основной кабель, начинаясь из одной точки, называемой «корнем» (root), разветвляется в различных направлениях определяемых реальным физическим местоположением сетевых устройств. В отличие от описанной выше топологии, в топологии «распределенная шина» основной кабель имеет более двух окончаний. Разветвление кабеля осуществляется с использованием специальных разъемов. Пример такой топологии приведен на рисунке.
Рисунок 13 – Топология распределенной шины
7.1.2 Физическая звезда (PhysicalStar)
Самая простая форма топологии «физическая звезда» состоит из множества кабелей (по одному на каждое подключаемое сетевое устройство) подключенных к одному, центральному устройству. Это центральное устройство называют концентратором. Примером топологии физической звезды является технология Ethernet 10Base-T или Ethernet 100Base-T. В таких сетях каждое сетевое устройство подключается к концентратору с использованием кабеля типа «витая пара». В случае использования простой топологии «физическая звезда» реальные пути движения сигналов могут не соответствовать форме звезды. Единственная характеристика, описываемая топологией «физическая звезда» – это способ физического соединения сетевых устройств. Пример самой простой топологии «физическая звезда» приведен на рисунке.
Рисунок 14 – Топология физической звезды
В топологии «распределенная звезда» способы соединения устройств могут быть существенно сложнее. В такой топологии центральные устройства (концентраторы) дополнительно соединяются между собой.
Рисунок 15 – Топология распределенной звезды
7.1.3 Физическое кольцо с подключением типа «звезда» (PhysicalStar-WiredRing)
В этой топологии все сетевые устройства подключаются к центральному концентратору так же, как это происходит при использовании топологии «физическая звезда». Но каждый из концентраторов внутри себя организовывает физические соединения, обеспечивающие построение единого физического кольца. При использовании нескольких концентраторов, кольцо в каждом из концентраторов размыкается, а сами концентраторы подключаются друг к другу с использованием двух кабелей, организуя физическое замыкание кольца.
В этой топологии все концентраторы являются «интеллектуальными» устройствами. При возникновении разрыва физического кольца в любой точке сети концентратор автоматически обнаруживает разрыв и восстанавливает кольцо путем замыкания внутри себя соответствующих портов. На рисунке показан пример такого восстановления кольца (концентратор А).
Рисунок 16 – Топология физического кольца с подключением типа «звезда»
В настоящее время наибольшей популярностью пользуется звездообразная топология, поскольку она обеспечивает самый простой способ подключения новых устройств в сеть. В большинстве случаев включение нового устройства в сеть заключается лишь в прокладке отрезка кабеля, соединяющего подключаемое сетевое устройство с концентратором.