2. Базовые топологии сети
Существует три базовые топологии, на основе которых строится большинство сетей.
Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля, топология называется «шиной». В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора, топология называется звездой. Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо, такая топология носит название кольца.
Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.
2.1 Топология сети типа «шина» (bus)
В этой топологии все компьютеры соединяются друг с другом одним кабелем (рисунок 1).
Рисунок 1 — Схема топологии сети тип «шина»
В сети с топологией «шина» компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов — аппаратных MAC-адресов 4 . Чтобы понять процесс взаимодействия компьютеров по шине, нужно уяснить следующие понятия:
1. Передача сигнала
Данные в виде электрических сигналов, передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу. Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть. Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:
характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети
частота, с которой компьютеры передают данные
тип работающих сетевых приложений
расстояние между компьютерами в сети
Шина — пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.
2. Отражение сигнала
Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети — от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить.
3. Терминатор
Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают заглушки (терминаторы, terminators), поглощающие эти сигналы (Рисунок 2). Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру или к баррел-коннектору — для увеличения длины кабеля. К любому свободному — неподключенному — концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.
Рисунок 2 — Установка терминатора
Нарушение целостности сети может произойти, если разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети. Сеть «падает». Сами по себе компьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.
У такой топологии сети есть достоинства и недостатки. К достоинствам можно отнести:
небольшое время установки сети
дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств)
выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети
Недостатки такой топологии следующие.
такие сети трудно расширять (увеличивать число компьютеров в сети и количество сегментов — отдельных отрезков кабеля, их соединяющих).
поскольку шина используется совместно, в каждый момент времени передачу может вести только один из компьютеров.
«шина» является пассивной топологией — компьютеры только «слушают» кабель и не могут восстанавливать затухающие при передаче по сети сигналы.
надежность сети с топологией «шина» невысока. Когда электрический сигнал достигает конца кабеля, он (если не приняты специальные меры) отражается, нарушая работу всего сегмента сети.
Проблемы, характерные для топологии «шина», привели к тому, что эти сети, столь популярные еще десять лет назад, сейчас уже практически не используются.
Топология сети типа «шина» известна как логическая топология Ethernet 10 Мбит/с.
Конспект лекции 4. Топологии сетей.
Топология сети – граф, описывающий связи между устройствами компьютерной сети.
Топология описывается рёбрами и узлами.
- Ребро обозначают связь между устройствами.
- Узел обозначает устройство.
Топология может быть физической и логической.
- Физическая топология определяет правила физических соединений узлов (прокладку реальных кабелей).
- Логическая топология определяет направление потоков данных между узлами сети.
Виды топологий
Существуют следующие топологии компьютерных сетей:
- Шинная топология
- Кольцевая топология (петля)
- Топология «звезда» (радиальная, звездообразная)
- Полносвязная (ячеистая, сетка)
- Иерархическая (древовидная)
- Смешанная (гибридная)
Шина
В этой топологии все компьютеры сети подключены к одному кабелю, который называется магистралью.
В сети с топологией шина данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети, но принимает их только тот компьютер, адрес которого совпадает с адресом получателя. Адрес получателя передается вместе с данными. В каждый момент времени передачу может вести только один компьютер, поэтому производительность такой сети зависит от количества компьютеров в ней. Чем больше компьютеров в сети, тем она медленнее.
Шина – это пассивная топология, т.е. компьютеры только слушают передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому выход одного или нескольких компьютеров из строя в такой сети никак не сказывается на работе сети.
Кольцо
В сетях с топологией кольцо компьютеры связаны один с другим, при этом первый компьютер связан с последним. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер.
Каждый компьютер распзознает и получает только ту информацию, которая ему адресована.
В отличие от пассивной технологии «шина», в сетях с топологией «кольцо» каждый компьютер выступает в роли повторителя (репитера), т.е. компьютеры не только слушают, но и передают данные в сети от отправителя к получателю. Здесь каждый компьютер усиливает данные и передает их следующему компьютеру, пока эти данные не окажутся в том компьютере, чей адрес совпадает с адресом получателя. Получив данные, принимающий компьютер посылает передающему сообщение, в котором подтверждает факт приема. Выход из строя хотя бы одного компьютера приводит к неработоспособности сети.
Звезда
Топология звезда отличается тем, что все компьютеры подключаются к одному центральному устройству. Для этого в центре сети содержится узел коммутации (коммутирующее устройство), к которому отдельным кабелем подключаются все компьютеры сети. Такой узел называется концентратором (hub).
Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем другим компьютерам.
Концентраторы делятся на активные и пассивные.
Активные концентраторы передают сигналы так же, как репитеры (повторители), поэтому их называют многопортовыми повторителями. Обычно они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров. Активные концентраторы питаются от электрической сети.
К пассивным концентраторам относятся монтажные или коммутирующие панели, которые просто пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивным концентраторам не требуется питание от электрической сети.
Основное преимущество топологии «звезда» – высокая надежность. Выход из строя одного или нескольких компьютеров не приводит к потере работоспособности остальной части сети. Обрыв кабеля в одном месте приводит к отключению от сети только одного компьютера. Только неисправность концентратора приводит к полной потере работоспособности сети. Недостатком этой топологии является необходимость в дополнительном расходе кабеля и установке концентратора.
Ячеистая топология
В некоторых случаях используется ячеистая топология. В данной топологии каждый компьютер соединен с каждым другим компьютером отдельным кабелем.
Сеть с ячеистой топологией обладает высокой избыточностью и надежностью. Данные от одного компьютера к другому могут передаваться по разным маршрутам, поэтому разрыв кабеля не отражается на работоспособности сети. Главный недостаток сетей с ячеистой топологией – большой расход кабеля.