2.6 Звездообразная топология
Локальные сети звездообразной топологии объединяют устройства сети, которые как бы расходятся из общей точки — концентратора (рис.5.). В отличие от кольцевых топологий, каждое сетевое устройство в звездообразной топологии может обращаться к среде передачи независимо. Такие устройства совместно используют доступную полосу пропускания концентратора.
Звездообразные топологии стали ведущим типом топологий в современных локальных сетях. Причиной такой популярности стала их гибкость, расширяемость и относительно невысокая стоимость по сравнению с более сложными локальными сетями со строго регламентируемыми методами доступа к среде передачи данных. Звездообразная топология не только сделала шинные и кольцевые топологии устаревшими, но и сформировала основу для создания новой топологии — коммутируемых локальных сетей.
В подобных сетях физическое взаимодействие сетевых компьютеров между собой осуществляются все равно по технологии общей шины.
Рис. 5. Звездообразная технология
Коммутатор (switch) является многопортовым устройством канального уровня и управляет доступом к среде), а также устанавливает временное соединение между отправителем и получателем кадра, и кадр передается по этому временному соединению.
Схема локальной сети с коммутируемой топологией представлена на рис. 6. В этой схеме используется множество соединений с коммутирующим концентратором Современные коммутаторы в состоянии обрабатывать ячейки, кадры и даже пакеты, использующие адреса третьего уровня, например, IP-адреса.
Кадр — это структура переменной длины, которая содержит данные, адреса отправителя и получателя и другие поля данных, необходимые для пересылки на второй уровень эталонной модели.
Пакеты — это конструкции протокольных данных, функционирующих на третьем уровне модели OSI.
Коммутаторы повышают производительность локальной сети двумя способами:
первый способ заключается в расширении полосы пропускания, доступной для всей сети;
второй способ повышения производительности локальной сети состоит в сокращении количества устройств, которые вынуждены делить один сегмент полосы пропускания.
Открытым вопросом остается изоляция графика в больших коммутируемых сетях. Приемлемая производительность достигается исключительно благодаря сегментации конфликтных, но не передающих доменов. Чрезмерно насыщенный трафик передачи может существенно снизить производительность локальной сети.
Рис. 6. Коммутируемая топология
Звездообразная топология.
В топологии типа «звезда» все кабели идут к компьютерам от центрального узла, где они подключаются к концентратору (hub).
Звездообразная топология применяется в сосредоточенных сетях, в которых конечные точки достижимы из центрального узла. Она хорошо подойдет в тех случаях, когда предполагается расширение сети и требуется высокая надежность.
Каждый компьютер в сети с топологией типа «звезда» взаимодействует с центральным концентратором, который передает сообщение всем компьютерам (в звездообразной сети с широковещательной рассылкой или только компьютеру-адресату в коммутируемой звездообразной сети).
Активный концентратор регенерирует электрический сигнал и посылает его всем подключенным компьютерам. Такой тип концентратора часто называют многопортовым повторителем (multiport repeater). Для работы активных концентраторов и коммутаторов требуется питание от сети. Пассивные концентраторы, например коммутационная кабельная панель или коммутационный блок, действуют как точка соединения, не усиливая и не регенерируя сигнал. Электропитания такие устройства не требуют.
Для реализации сети с топологией типа «звезда» можно применять несколько типов кабелей. Гибридный концентратор позволяет использовать в одной звездообразной сети разные типы кабелей.
Расширять звездообразную сеть можно путем подключения вместо одного из компьютеров еще одного концентратора и подсоединения к нему дополнительных машин. Так создается гибридная звездообразная сеть.
Преимущества звездообразной топологии:
- такая сеть допускает простую модификацию и добавление компьютеров, не нарушая остальной ее части. Достаточно проложить новый кабель от компьютера к центральному узлу и подключить его к концентратору. Если возможности центрального концентратора будут исчерпаны, следует заменить его устройством с большим числом портов;
- центральный концентратор звездообразной сети удобно использовать для диагностики. Интеллектуальные концентраторы (устройства с микропроцессорами, добавленными для повторения сетевых сигналов) обеспечивают также мониторинг и управление сетью;
- отказ одного компьютера не обязательно приводит к останову всей сети. Концентратор способен выявлять отказы и изолировать такую машину или сетевой кабель, что позволяет остальной сети продолжать работу;
- в одной сети допускается применение нескольких типов кабелей (если их позволяет использовать концентратор).
- при отказе центрального концентратора становится неработоспособной вся сеть;
- многие сети с топологией типа «звезда» требуют применения на центральном узле устройства для ретрансляции широковещательных сообщений или коммутации сетевого графика;
- все компьютеры должны соединяться с центральной точкой, это увеличивает расход кабеля, и, следовательно, такие сети обходятся дороже, чем сети с иной топологией.
Звездообразная топология
Каждый компьютер в сети с топологией типа “звезда” (“star”) взаимодействует с центральным концентратором (hub – устройство для повторения сетевых сигналов) (рисунок 13).
Hub — устройство множественного доступа, выполняющее роль центральной точки соединения в топологии «физическая звезда». Наряду с традиционным названием «концентратор» в литературе встречается также термин «хаб».
В звездообразной сети используется состязательный метод доступа к среде — концентратор (хаб) передает сообщение всем компьютерам. В звездообразной сети с коммутацией коммутатор передает сообщение только компьютеру-адресату.
Активный концентратор регенерирует электрический сигнал и посылает его всем подключенным компьютерам. Такой тип концентратора часто называют многопортовым повторителем (multiport repeater). Для работы активных концентраторов и коммутаторов требуется питание от сети. Пассивные концентраторы, например, коммутационная кабельная панель или коммутационный блок, действуют как точка соединения, не усиливая и не регенерируя сигнал. Электропитания пассивные концентраторы не требуют.
Гибридный концентратор позволяет использовать в одной звездообразной сети разные типы кабелей. Расширить звездообразную сеть можно путем подключения вместо одного из компьютеров еще одного концентратора и подсоединения к нему дополнительных станций, в результате чего получается гибридно-звездообразная сеть (рисунок 14).
Рисунок 14 – Гибридно-звездообразная топология
Преимущества топологии «звезда «:
— центральный концентратор звездообразной сети удобно использовать для диагностики;
— интеллектуальные концентраторы (устройства с микропроцессорами, добавленными для повторения сетевых сигналов) обеспечивают также измерение параметров (мониторинг) и управление сетью.
— отказ одного компьютера не обязательно приводит к останову всей сети. Концентратор способен выявлять отказы и изолировать такую машину или сетевой кабель, что позволяет остальной сети продолжать работу.
— одной сети допускается применение нескольких типов кабелей (если их позволяет использовать концентратор).
Недостатки сети со звездообразной топологией:
— при отказе центрального концентратора вся сеть становится неработоспособной;
— все компьютеры должны соединяться с центральной точкой, это увеличивает расход кабеля, следовательно, такие сети обходятся дороже, чем сети с иной топологией.
Понравилась статья? Добавь ее в закладку (CTRL+D) и не забудь поделиться с друзьями:
3.1.2. Топология Звезда.
Звезда (Star) — это базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу, образуя физический сегмент сети (см. рис. 3.1.2). Центральным узлом может быть пассивный элемент (сетевой концентратор, Hub) или активный – компьютер, наделенный правами сервера.
Чаще всего в этой топологии используется кабель «витая пара», и протоколы Ethernet.
Рабочая станция, которой нужно послать данные, отсылает их на концентратор (сервер), который определяет адресата и передает ему информацию. В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных.
- выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;
- хорошая масштабируемость сети;
- облегченный поиск неисправностей и обрывов в сети;
- высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);
- гибкие возможности администрирования.
- выход из строя центрального узла (сервера или концентратора) приводит к неработоспособности сети (или сегмента сети) в целом;
- Возможность наращивания числа узлов ограничена числом портов центрального узла (обычно не более 8 -12).
- Для прокладки сети требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;
Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель типа витая пара.
Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, топология типа «дерево»).
3.1.3. Топология Общая шина
Иногда топологию общая шина (Bus), еще называют «Гирлянда». Ее можно рассматривать как частный случай топологии «Кольцо» с разомкнутыми концами (см. рис. 3.1.3).
Рис. 3.1.3 Топология «Общая шина»
Здесь центральный элемент это пассивный кабель (называемый шина или магистраль), к которому присоединены все узлы. Используется чаще всего коаксиальный кабель (толстый или тонкий). На оба открытых конца кабеля обязательно надо присоединить «нагрузку» (Terminator), обычно это резистор с номиналом, равным импедансу кабеля, в данном случае — 50 Ом, — чтобы предотвратить отражения сигналов, которые иначе на них возникают. Кроме того, один (и только один) из концов кабеля необходимо заземлить.
Отправляемое рабочей станцией сообщение распространяется на все компьютеры сети. Каждая машина проверяет, кому адресовано сообщение, и если ей, то обрабатывает его. Для того, чтобы исключить одновременную посылку данных, может применяться (редко) маркерный сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» остальным станциям.
При построении больших сетей возникает проблема ограничения на длину связи между узлами, в таком случае сеть разбивают на сегменты. Сегменты соединяются специальными коннекторами – повторителями или концентраторами (Hub). Например, технология Ethernet позволяет использовать в одном сегменте тонкий коаксиальный кабель RG58 длиной не более 185 метров.
- Небольшое время установки сети;
- Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств);
- Простота настройки;
- Выход из строя любой рабочей станции не отражается на работе сети;
- Любые неполадки в сети, такие как обрыв кабеля, выход из строя терминатора или коннекторов, используемых для наращивания длины кабеля, полностью выводят из строя всю сеть;
- Сложность локализации неисправностей;
- Увеличение числа рабочих станций более 15 -20 приводит к неустойчивости работы сети, производительность сети падает.
Чаще всего применяется протокол Ethernet.
В крупных компьютерных сетях (см. рис. 3.1.4) используются смешанные топологии. Например, топология «Звезда» + «Шина» позволяет увеличить число узлов в сети.
Рис. 3.1.4 Смешанные топологии
Здесь концентраторы каждой звезды соединяются друг с другом общей шиной. Недостаток топологии – большая нагрузка на общую шину, поэтому ее применение ограничено. Гораздо более распространены сети, построенные по иерархической звездообразной схеме, где точки ветвления – активные или пассивные концентраторы. Преимущества – надежность, наращиваемость. Недостатком является повышенный расход кабеля.
Физическая топология чаще всего не совпадает с логической (т.е. со структурой связей), причем, логическая топология является определяющей.
В последнее время все чаще используется беспроводные топологии, например, технологии Wi-Fi, Bluetooth, где каждый узел оснащен своим приемопередатчиком, который взаимодействует с «точками доступа» (своего рода серверы), включенными в состав компьютерной сети (см. п.9). Логика работы в таких сетях практически совпадает с технологией «Общей шины».
При определении оптимальной топологии необходимо учитывать характеристики применяемых типов кабелей и необходимые протоколы, которые будут использоваться в сети.