16.Топология компьютерных сетей
Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети один относительно одного и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, в первую очередь, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно спрятана от пользователей не слишком важная, потому что каждый сеанс связи может выполняться по своему собственному пути. Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, возможные и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети.
Существует три основные топология сети: 1. Сетевая топология шина (bus), при которой все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи и информация от каждого компьютера одновременно передается всем другим компьютерам (рис. 1); 2. Cетевая топология звезда (star), при которой к одному центральному компьютеру присоединяются другие периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою отдельную линию связи (рис. 2); 3. Cетевая топология кольцо(ring), при которой каждый компьютер передает информацию всегда только одному компьютеру, следующему в цепочке, а получает информацию только от предыдущего компьютера в цепочке, и эта цепочка замкнута в «кольцо» (рис. 3).
2
3
Топология «шина» (или, как ее еще называют, «общая шина») самой своей структурой допускает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать только по очереди, потому что линия связи единственная. В противном случае переданная информация будет искажаться в результате наложения (конфликту, коллизии).
Топология «Звезда» — это топология с явно выделенным центром, к которому подключаются все другие абоненты. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом ложится очень большая нагрузка, потому ничем другим, кроме сети, оно заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно больше сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии абонентов в этом случае говорить не придется. Как правило, именно центральный компьютер является самим мощным, и именно на него возлагают все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией «звезда» в принципе невозможные, потому что управление полностью централизовано.
Топология «Кольцо» – это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник.
Многозначительность понятия топологии. Топология сети определяет не только физическое расположение компьютеров, но, что намного более важное, характер связей между ними, особенности распространения сигналов по сети. Именно характер связей определяет степень отказостойкости сети, необходимую сложность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом, возможны типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (длина линий связи и количество абонентов), необходимость электрического согласования, и много чего другого. Когда в литературе вспоминается о топологии сети, то могут иметь в виду четыре совсем разных понятия, которые относятся к разным уровням сетевой архитектуры: 1. Физическая топология (то есть схема расположения компьютеров и прокладки кабелей). В этом содержании, например, пассивная звезда ничем не отличается от активной звезды, потому ее нередко называют просто «звездой». 2. Логическая топология (то есть структура связей, характер распространения сигналов по сети). Это, наверно, наиболее правильное определение топологии. 3. Топология управления обменом (то есть принцип и последовательность передачи права на восторг сети между отдельными компьютерами). 4. Информационная топология (то есть направление потоков информации, переданной по сети). Например, сеть с физической и логической топологией «шина» может как метод управления использовать эстафетную передачу права захвата сети (то есть быть в этом содержании кольцом) и одновременно передавать всю информацию через один выделен компьютер (быть в этом содержании звездой).
Три основных вида топологии: шина, кольцо и звезда
Существуют три основных вида топологии сети: шина, кольцо и звезда. Некоторые локальные сети типа Ethernet используют несколько типов топологии. Все три вида показаны на рис. 9. У каждой топологии есть свои плюсы и минусы.
Рис. 9 Три основных вида топологии локальной сети: шина, кольцо и звезда
В шинной топологии каждое устройство подключается к общему кабелю, что очень похоже на шину питания в компьютерах. Классические коаксиальная «толстая» Ethernet и коаксиальная «тонкая» Ethernet являются примерами шинной топологии. Все устройства в шине могут наблюдать за данными, отправленными любым другим устройством, и наоборот, все передачи идут одновременно ко всем устройствам, подключенным к шине. Так как передача данных проходит на большой скорости и между устройствами могут возникать конфликты, то шинная топология должна подчиняться жестким правилам для стабильной работы сети, в том числе относительно времени передачи, подключений к шине, размера шины, разрешения конфликтов и разрыва шины.
Кольцевая топология подключает каждое устройство к следующему устройству в сети, т.е. последнее устройство соединено с самым первым, что создает кольцо. Данные передаются от одного устройства к другому, пока не дойдут до точки назначения. Цифровые данные обычно регенерируются на каждом устройстве, а для управления передачей и для того, чтобы устройство не заняло всю возможную ширину полосы частот, часто используется маркерная схема.
Звездообразная топология соединяет каждое устройство с концентратором, находящимся в центре звезды. Все сообщения между приборами проходят через концентратор. Некоторые люди называют такую сеть «концентратор и лучи», но термин «звезда» используется чаще. Широко распространенные Ethernet-концентраторы и коммутаторы представляют данную топологию в современных сетях. Как только сигнал с данными от любого подключенного устройства доходит до концентратора или коммутатора, процесс «повторения» регенерирует сигнал.
Некоторые топологии сети представляют собой комбинациию нескольких базовых видов топологий. Например, в Token-Ring соединение происходит по принципу звезды, а ее «лучи» соединены с концентратором Token-Ring (или модулем многостанционного доступа, Multistation Access Unit — MSAU) в телекоммуникационном помещении для формирования кольца. Как вы понимаете, у каждой топологии и стандарта локальной сети есть свои сторонники и противники. Мы не будем оспаривать ту или иную точку зрения, если только вопрос не касается использования кабельной системы для нескольких топологий.
В данной главе мы сосредоточимся исключительно на современных технологиях, в том числе на системе витой пары и волоконно-оптической системе сетей Ethernet.
30. Топология и разновидности компьютерных сетей. Локальные и глобальные сети.
Компьютерная сеть — система двух или более компьютеров, связанных каналами передачи информации.
По территориальной распространенности сети могут быть локальными, глобальными, и региональными.
1. Локальные — это сети, расположенные в пределах одного здания.
2. Региональные — расположенные на территории города или области.
3. Глобальные на территории государства или группы государств, например, всемирная сеть Internet.
По скорости передачи информации компьютерные сети делятся на низко-, средне- и высокоскоростные.
1. низкоскоростные (до 10 Мбит/с),
2. среднескоростные (до 100 Мбит/с),
3. высокоскоростные (свыше 100 Мбит/с);
Топологии компьютерных сетей
•Топология типа звезда, все компьютеры сети присоединены к центральному узлу.
Звезда́ — базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, «дерево»). Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом возлагается очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным
выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;
хорошая масштабируемость сети;
лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;
высокая производительность сети;
выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью всей сети;
требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;
конечное число рабочих станций в сети ограничено количеством портов в центральном концентраторе.
•Топология типа кольцо, рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутую сеть.
Компьютер в сети получает данные от стоящего предыдущим в списке адресатов и перенаправляет их далее, если они адресованы не ему.
Кольцо́ — это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.
Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети;
Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети;
Сложность поиска неисправностей;
•Топология типа шина, все рабочие станции подсоединены к общему кабелю (называемый шина или магистраль)
Топология типа общая ши́на, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.
Небольшое время установки сети;
Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств);
Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети;
Любые неполадки канала связи уничтожают работу всей сети;
Сложность поиска неисправностей;
С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.
Локальная сеть объединяет компьютеры, установленные в одном помещении (например, школьный компьютерный класс, состоящий из 8-12 компьютеров) или в одном здании (например, в здании школы могут быть объединены в локальную сеть несколько десятков компьютеров, установленных в различных предметных кабинетах).
Локальная вычислительная сеть, ЛВС ( англ. LocalAreaNetwork, LAN ) — компьютерная сеть, покрывающая относительно небольшую территорию.В небольших локальных сетях все компьютеры обычно равноправны, т. е. пользователи самостоятельно решают, какие ресурсы своего компьютера (диски, каталоги, файлы) сделать общедоступными по сети.
Глобальная вычислительная сеть ГВС (англ. WideAreaNetwork, WAN) представляет собой компьютерную сеть, охватывающую большие территории и включающую в себя десятки и сотни тысяч компьютеров. ГВС служат для объединения разрозненных сетей так, чтобы пользователи и компьютеры, где бы они ни находились, могли взаимодействовать со всеми остальными участниками глобальной сети. Лучшим примером ГВС является Интернет, но существуют и другие сети. Глобальную компьютерную сеть еще называют телекоммуникационной сетью, а процесс обмена информацией по такой сети называют телекоммуникацией (от греч. «tele» — далеко и лат. «comunicato» — связь).