Популярные топологии локальных сетей
Топология локальной сети — это логическая и физическая система взаимного соединения устройств в локальной сети.
В структурированной кабельной системе мы создаем «магистрали» для передачи данных из одного места в другое. Топология локальной сети описывает то, как одно устройство будет взаимодействовать с другими и как все устройства будут работать как единая сеть. Понимание топологии локальной сети, т.е. того, как подключены все кабели — является важным моментом для нашего описания кабельной локальной сети.
В данном курсе мы рассматриваем структурированные кабельные системы, подходящие для большинства современных топологий локальных сетей. Последующие разделы описывают кабельные устройства общего назначения и способы установки, которые не привязаны к какой-либо определенной топологии локальной сети. В данном разделе будет подробно описана наиболее популярная локальная сеть, Ethernet. Мы рассмотрим ее различные варианты и покажем, как наша структурированная кабельная система может быть использована для каждого из этих видов локальной сети.
Мы опишем схемы разводок и взаимных соединений, которые и называются топологией, необходимые для работы любого вида сети. Мы не будем забираться глубоко в описание протоколов локальных сетей, так как курс не связан с ними — мы просто объясним, как соединять вместе все элементы сети посредством структурированной кабельной системы, чтобы сеть работала.
Если вы имеете общее представление о локальных сетях или модели взаимодействия открытых систем (Open System Interface — OSI), то вы вспомните, что топология локальной сети принадлежит первому, физическому, уровню. Уровень 1 имеет несколько подуровней. Часть уровня 1 включает в себя сам кабель, коннекторы и концентраторы, которые должны быть правильно соединены с остальными частями модели протокола для нормальной работы. Кабельный уровень очень важен для стабильной работы сети. Если он не будет функционировать, то не будет и сети. Ни один другой элемент стека протоколов не имеет такого значения. Это обстоятельство вы должны хорошо усвоить.
Большинство видов современных топологий локальной сети поддерживается кабелями витой пары. Конечно же, существует ряд более старых топологий, часть которых прекрасно работает на витой паре, но некоторые из них используют другие виды кабелей. Эти устаревшие топологии до сих могут использоваться, но мы на них подробно останавливаться не будем.
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.
Топологии сетей
Сети
Термин топология сети означает способ соединения компьютеров в сеть. Вы также можете услышать другие названия – структура сети или конфигурация сети (это одно и то же). Кроме того, понятие топологии включает множество правил, которые определяют места размещения компьютеров, способы прокладки кабеля, способы размещения связующего оборудования и многое другое. На сегодняшний день сформировались и устоялись несколько основных топологий. Из них можно отметить “шину”, “кольцо” и “звезду”.
Топология “шина”
Топология шина (или, как ее еще часто называют общая шина или магистраль) предполагает использование одного кабеля, к которому подсоединены все рабочие станции.
Общий кабель используется всеми станциями по очереди. Все сообщения, посылаемые отдельными рабочими станциями, принимаются и прослушиваются всеми остальными компьютерами, подключенными к сети. Из этого потока каждая рабочая станция отбирает адресованные только ей сообщения.
Достоинства топологии “шина”:
- простота настройки;
- относительная простота монтажа и дешевизна, если все рабочие станции расположены рядом;
- выход из строя одной или нескольких рабочих станций никак не отражается на работе всей сети.
Недостатки топологии “шина”:
- неполадки шины в любом месте (обрыв кабеля, выход из строя сетевого коннектора) приводят к неработоспособности сети;
- сложность поиска неисправностей;
Именно по топологии “шина” строились локальные сети на коаксиальном кабеле . В этом случае в качестве шины выступали отрезки коаксиального кабеля, соединенные Т-коннекторами. Шина прокладывалась через все помещения и подходила к каждому компьютеру. Боковой вывод Т-коннектора вставлялся в разъем на сетевой карте. Вот как это выглядело: Сейчас такие сети безнадежно устарели и повсюду заменены “звездой” на витой паре, однако оборудование под коаксиальный кабель еще можно увидеть на некоторых предприятиях.
Топология “кольцо”
Кольцо – это топология локальной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутое кольцо. Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кругу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК, т.е. данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера – он передает их дальше по кольцу, в ином случае они дальше не передаются.
Достоинства кольцевой топологии:
- простота установки;
- практически полное отсутствие дополнительного оборудования;
- возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети.
Однако “кольцо” имеет и существенные недостатки:
- каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации; в случае выхода из строя хотя бы одной из них или обрыва кабеля – работа всей сети останавливается;
- подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, поскольку во время установки нового ПК кольцо должно быть разомкнуто;
- сложность конфигурирования и настройки;
- сложность поиска неисправностей.
Кольцевая топология сети используется довольно редко. Основное применение она нашла в оптоволоконных сетях стандарта Token Ring.
Топология “звезда”
Звезда – это топология локальной сети, где каждая рабочая станция присоединена к центральному устройству (коммутатору или маршрутизатору). Центральное устройство управляет движением пакетов в сети. Каждый компьютер через сетевую карту подключается к коммутатору отдельным кабелем.
[adsense3]
При необходимости можно объединить вместе несколько сетей с топологией “звезда” – в результате вы получите конфигурацию сети с древовидной топологией. Древовидная топология распространена в крупных компаниях. Мы не будем ее подробно рассматривать в данной статье.
Топология “звезда” на сегодняшний день стала основной при построении локальных сетей. Это произошло благодаря ее многочисленным достоинствам:
- выход из строя одной рабочей станции или повреждение ее кабеля не отражается на работе всей сети в целом;
- отличная масштабируемость: для подключения новой рабочей станции достаточно проложить от коммутатора отдельный кабель;
- легкий поиск и устранение неисправностей и обрывов в сети;
- высокая производительность;
- простота настройки и администрирования;
- в сеть легко встраивается дополнительное оборудование.
Однако, как и любая топология, “звезда” не лишена недостатков:
- выход из строя центрального коммутатора обернется неработоспособностью всей сети;
Звезда – самая распространенная топология для проводных и беспроводных сетей. Примером звездообразной топологии является сеть с кабелем типа витая пара, и коммутатором в качестве центрального устройства. Именно такие сети встречаются в большинстве организаций.