Топологии
Вы узнали из предыдущей темы, что канальный уровень подготавливает сетевые данные для физической сети. Он должен знать логическую топологию сети, чтобы иметь возможность определить, что необходимо для передачи кадров с одного устройства на другое. В этом разделе объясняется, как канальный уровень связи данных работает с различными логическими топологиями сети.
Топология сети описывает расположение или взаимосвязь сетевых устройств, а также соединения между ними.
Существует два типа топологий, используемых при описании сетей LAN и WAN:
- Физическая топология – Этот термин относится к физическим соединениям и определяет, каким образом соединяются друг с другом оконечные устройства и устройства сетевой инфраструктуры, такие как маршрутизаторы, коммутаторы и точки беспроводного доступа. Топология может также включать определенное местоположение устройства, например номер комнаты и местоположение на стойке оборудования. Физическая топология чаще всего организована по схеме «точка-точка» или «звезда».
- Логическая топология – Термин, используемый для описания путей передачи кадров между узлами. Эта топология определяет виртуальные подключения с использованием интерфейсов устройств и схем IP-адресации уровня 3.
При управлении доступом данных к среде канальный уровень «видит» логическую топологию сети. Именно логическая топология влияет на выбор типа кадрирования в сети и управления доступом к среде.
На рисунке отображается образец физической топологии для небольшой выборки сети.
Топология физической сети показывает шесть комнат, каждая из которых выделена светло-желтым прямоугольником, с различными сетевыми устройствами и кабелями. С левой стороны находится серверная комната с надписью комната 2158. Он содержит маршрутизатор с маркировкой R1, установленный на полке 1 стойки 1 с шестью кабельными соединениями. Кабель в верхней части подключается к облаку с надписью Интернет. Кабель слева подключается к коммутатору с надписью S1, установленному на полке 2 стойки 1. S1 подключен к трем серверам: веб-серверу, установленному на полке 1 стойки 2, почтовому серверу, установленному на полке 2 стойки, и файловому серверу, установленному на полке 3 стойки 2. Кабель, подключенный к нижней части R1, подключается к коммутатору с пометкой S2 установлен на стойке 1 полка 3. S2 имеет два соединения, ведущие к принтеру и ПК в ИТ-офисе с пометкой комната 2159. R1 имеет три кабеля справа, подключенных к трем коммутаторам, расположенным в комнате 2124. Верхний коммутатор имеет маркировку S3 и установлен на полке 1 стойки 1. Средний переключатель имеет маркировку S4 и установлен на стойке 1 полка 2. Нижний выключатель имеет маркировку S5 и установлен на стойке 1 полка 3. S3 имеет кабель слева подключен к ноутбуку в комнате класса 1 комната 2125. S4 имеет кабель слева подключен к ноутбуку в комнате класса 2 комната 2126. S5 имеет кабель слева подключен к ноутбуку в комнате класса 3 комната 2127.
На следующем рисунке показан пример logical топологии для той же сети.
В логической топологии сети отображаются устройства, метки портов и схема сетевой адресации. В середине изображения находится маршрутизатор с надписью R1. Порт с надписью G0/0/0 подключается к облаку в верхней части помеченного Интернета. Порт с надписью G0/2/0 подключается слева к коммутатору с надписью S1 на порту G0/1. S1 подключен к трем серверам. S1 и серверы подсвечены светло-желтым кругом с сетью 192.168.10.0/24, написанной вверху. Порт F0/1 на S1 подключается к веб-серверу. Порт F0/2 на S1 подключается к почтовому серверу. Порт F0/3 на S1 подключается к файловому серверу. Порт G0/0/1 на R1 соединяется внизу к коммутатору с надписью S2. S2 подключается к принтеру и ПК, все из которых выделены в светло-желтый круг с сетью 192.168.11.0/24, написанной внизу. Справа от R1 расположены три дополнительных соединения, каждое из которых подключается к коммутатору на порту G0/1, который затем подключается к ноутбуку на порту F0/1. Каждый коммутатор и ноутбук выделены желтым цветом, а сетевой адрес отображается. Порт G0/0/1 R1 подключается вверху к коммутатору с меткой S3 в сети 192.168.100.0. Порт G0/1/0 R1 соединяется посередине с коммутатором S4 в сети 192.169.101.0. Порт G0/1/1 на R1 подключается внизу к коммутатору с надписью S5 в сети 192.168.102.0. R1 подключается к Интернету по интерфейсу G0/0/0.
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.