Структура локальных вычислительных сетей
Как только компьютеров становится много (больше двух), появляется проблема конфигурации физических связей, или топологии. Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам — электрические и информационные связи между ними.
От выбора топологии связей существенно зависят многие характеристики сети. Например, наличие между узлами нескольких путей повышает надежность сети. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой.
Среди множества возможных конфигураций различают полносвязные и неполносвязные.
Полносвязнаятопология соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными (см. рис. 1,а). Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным, т.к. в таком случае комп в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов для связи с каждым из остальных компов сети. Эта топология в крупных сетях применяется редко, так как для связиNузлов требуетсяN(N-1)/2 физических дуплексных линий связей, т.е. имеет место квадратичная зависимость.
Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети. Из этих известных топологий локальных сетей рассмотрим следующие: кольцевая, звездная (типа «звезда»), иерархическая (дерево) и магистральная (общая шина).
Кольцевая топология (рис. 1,б) основана на использовании однонаправленного высокоскоростного канала связи, образующего замкнутое кольцо или петлю. ЭВМ подключаются к кольцевой сети через активные элементы, входящие в состав сети и транслирующие циркуляцию в ней сообщения. По кольцевой структуре построена, например, сеть Flashnet фирмы «Ford Aerospase».
Достоинства кольцевой сети — простота организации связи между отдельными ЭВМ и высокая скорость обмена.
Недостатки — малая надежность при использовании единственной однонаправленной линии связи (для повышения надежности используют двойные линии связи с возможностью переключения при отказе одной из них).
Топология «звезда»(рис. 1,в) имеет центральный переключатель, осуществляющий коммутацию двунаправленных каналов связи, связывающих все ЭВМ сети с центральным переключателем (ЦП) или устройством. Последний помимо коммутации линий связи может выполнять обработку данных. Звездную конфигурацию имеет сеть GRNET фирмы «GRI». Надежность сети типа «звезда» определяется надежностью центрального переключателя. Недостаток сети — более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения ЦП; возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов ЦУ.
Иерархическая (дерево)(рис. 1,в) топология в настоящее время наиболее распространена как в локальных, так и глобальных сетях. При этом сеть строится с использование нескольких ЦУ (концентраторов), иерархически соединенных между собой связями типа звезда. Возможности ЭВМ в такой сети увеличиваются от нижних уровней к верхним. На надежность сети основное влияние оказывает ЭВМ верхнего уровня.
Особым частным случаем звезды является топология магистральная или общая шина. Сеть строится на основе одного общего канала связи и коллективном использовании его в режиме разделения времени (недостаток). Примером такой сети может служить сеть Ethernet, разработанная фирмой «Xorox corp».
Магистральная сеть имеет те же достоинства, что и кольцевая, однако ее проще реализовывать и расширить. Надежность магистральной сети определяется надежностью общего канала связи (недостаток). До недавнего времени общая шина являлась одной из самых популярных топологий для локальных сетей.
В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую, рассмотренную выше топологию, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компами. В таких сетях можно выделить отдельные, произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией (рис. 2).