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.
12. Кольцевые sdh-сети. Принцип самовосcтановления.
К современной цифровой первичной сети предъявляются повышенные требования в части параметров ее надежности. В связи с этим современные первичные сети строятся с использованием резервных трактов и коммутаторов, выполняющих оперативное переключение в случае неисправности на одном из каналов. В этом случае в состав системы передачи включаются цепи резервирования мультиплексорной секции (Multiplex Section Protection — MSP). Как было показано выше, в сети SDH осуществляется постоянный мониторинг параметров ошибки (процедура контроля четности BIP) и параметров связности. В случае значительного ухудшения качества передачи в мультиплексорной секции выполняется оперативное переключение (APS) на резервную мультиплексорную секцию. Это переключение выполняется коммутаторами. По типу резервирования различаются коммутаторы APS с архитектурой 1+1 и 1:n
Для управления резервным переключением используются байты К1 и К2 секционного заголовка. В байте К1 передается запрос на резервное переключение и статус удаленного конца тракта. В байте К2 передается информация о параметрах моста, используемого в APS с архитектурой 1:n, данные по архитектуре MSP и сообщения о неисправностях, связанные с APS. Различные варианты архитектуры MSP используются в различных схемах резервирования. Наибольшее распространение имеют две схемы, непосредственно связанные с кольцевой топологией сетей SDH -схема «горячего резервирования» (рис.1а) и схема распределенной нагрузки (рис.1b). В первом случае трафик передается как в прямом, так и в резервном направлении. В случае повреждения происходит реконфигурация и создается резервный канал. В схеме распределенной нагрузки половина графика передается в прямом, половина — в обратном направлении. В этом случае при возникновении неисправности происходит переключение на уровне ресурсов.
Время резервного переключения не должно превышать 50 мс. Рис.1.Схемы резервирования в системах SDH.
Топология «кольцо».
Эта топология (рис.2) широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с). Основной плюс этой топологии — лёгкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар оптических каналов приёма/передачи: восток — запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками.
Рис. 2.Топология «кольцо» c защитой 1+1.
Архитектурные решения при проектировании сети SDH могут быть сформированы на базе использования рассмотренных выше элементарных топологий сети в качестве её отдельных сегментов.
Радиально-кольцевая архитектура.
Пример радиально-кольцевой архитектуры SDH сети приведён на рис.3.1. Эта сеть фактически построена на базе использования двух базовых топологий: «кольцо» и «последовательная линейная цепь».
Рис. 3.1.Радильно-кольцевая сеть SDH.
Архитектура типа «кольцо-кольцо».
Другое часто используемое в архитектуре сетей SDH решение — соединение типа «кольцо-кольцо». Кольца в этом соединении могут быть либо одинакового, либо разного уровней иерархии SDH. На рис.3.2 показана схема соединения двух колец одного уровня — STM-4, а на рис.3.3 каскадная схема соединения трёх колец — STM-1, STM-4, STM-16.
Рис. 3.2.Два кольца одного уровня.
Рис. 3.3.Каскадное соединение трёх колец.
13. Основные типы топологий локальных вычислительных сетей.
14. Иерархическая топология ЛВС и топология типа «звезда» в ЛВС.
15. Шинная топология ЛВС и кольцевая топология ЛВС. Особенности применения.
Топология, т.е. конфигурация соединения рабочих станций и других элементов в ЛВС, важнее чем другие характеристики сети, потому что топология определяет многие важные свойства сети, например такие, как надежность и производительность. Можно делить топологии на два основных класса: широковещательные(«broadcasting») ипоследовательные(«routing»).
- а. Вшироковещательныхконфигурациях каждый ПК передает сигналы по сети, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким конфигурациям относятся:общая шина,дерево, извезда с пассивным центром(«passive hub»).
- б. Впоследовательныхконфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному ПК. К ним относятся:произвольная, иерархическая,кольцо, цепочка,звезда с «интеллектуальным» центром («active hub») и снежинка.
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