4.3.Топология «кольцо» (Ring)
Рабочие станции связаны одна с другой по кругу, то есть первая рабочая станция связана со второй, вторая — с третьей и т.д., а последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная сеть замыкается в кольцо. Можно начать движение из любой точки сети и потом вернуться в стартовую точку, потому что данные здесь перемещаются по кольцу от узла к узлу только в одном направлении. Каждый узел принимает сигнал данных, анализирует информацию и, если сообщение адресовано другому узлу, передает его по кольцу к следующему узлу (рис. 3).
Рис. 3. Топология сети «кольцо»
Достоинства топологии «кольцо»:
• легко локализуются неисправности в кабельных соединениях;
• можно подсоединить к сети большее количество узлов, чем при использовании других топологий, так как при просмотре данных каждым узлом происходит очистка и усиление сигнала, а затем отправка следующему компьютеру. Поэтому потери сигнала меньше, чем при других топологиях;
• не существует ограничений на протяженность сети, поэтому кольцо используется для создания сетей, охватывающих большое географическое пространство.
Недостатки топологии «кольцо»:
• прокладка кабелей может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географическое расположение рабочих станций далеко от формы кольца (например, в линию);
• подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто;
• требуется непрерывное соединение между всеми сетевыми компьютерами, так как разрыв в любом месте вызовет прекращение работы всей сети (для предотвращения этого иногда используется резервный кабель для передачи данных).
Достоинства и недостатки трех существующих топологий объединены в таблице 1.
Характеристики сетевых топологий
Возможность охвата большой области
Простота поиска неисправностей
Легкость перемещения узла
Пропускная способность узла
Итак, наиболее часто используется сетевая топология — звезда.
От выбранной топологии зависит используемая сетевая технология, которая определяет правила обмена данными между компьютерами в сети (часто называют архитектурой сети). Наиболее популярны две сетевых технологии: Ethernet и Token Ring.
1. Технология Ethernet используется для топологий шина (на коаксиальном кабеле) и звезда (на витой паре).
В такой сети, прежде чем начать передачу данных, каждый узел проверяет сетевой трафик на шине. Если один узел видит, что другой ведет передачу данных, то он ждет, пока эта передача закончится, и только после этого начинает передавать свои данные.
Несмотря на существующие правила передачи данных, часто случается так, что два узла пытаются сделать это одновременно. Тогда возникает столкновение данных (коллизия), в результате чего теряется информация. В этом случае система обнаружения столкновений Ethernet требует, чтобы узлы прекратили передачу информации, и каждый из них ожидает некоторое время, прежде чем снова попробовать передать свои данные.
2. Технология Token Ring (эстафетное кольцо) является гибридной смесью звездообразной и кольцевой топологий (разработка компании IВМ).
В ней используется звездообразная топология совместно с центральным концентратором MAU (Multistation Access Unit — многостанционный модуль доступа). При этом каждый компьютер в сети соединяется с концентратором при помощи двух кабелей (кольцевая топология): компьютер передает данные концентратору по одной линии, а принимает их по другой.
Технология Token Ring предотвращает столкновение данных, требуя, чтобы узлы получали разрешение от сети прежде, чем они смогут начать передачу данных. Для этого узел должен захватить специальный пакет данных (маркер). Если он не используется никакими узлами сети, то он свободен, и узел может захватить его, а затем использовать для передачи данных. Один разрешающий маркер непрерывно перемещается по кольцу в одном направлении, ожидая, пока какой-нибудь узел не воспользуется им.
В зависимости от выбранной топологии и технологии сети подбирается необходимая сетевая среда — линии связи, по которым распространяются электрические сигналы. Так для построения сети на базе технологии Ethernet можно применять пять различных типов кабеля: коаксиальный (тонкий и толстый), витую пару (неэкранированную и экранированную) и волоконно-оптический кабель.
1. Тонкий коаксиальный кабель (Thin Coaxial Cable — 10BASE2) типа RG-58 используется для дешевой сетевой топологии
«шина». Скорость передачи данных — 10 Мбит/с. Максимальная длина используемого кабеля — 190 м (при необходимости большей длины ставятся повторители).
2. Толстый коаксиальный кабель (Thick Coaxial Cable —10BASE5) часто используется в качестве магистрали (главного кабеля, к которому подключаются тонкие кабели, соединяющие ПК с сетью). К нему можно подключать до 100 узлов. Скорость передачи данных — такая же (10 Мбит/с). Максимальная длина используемого кабеля — 500 м.
3. Неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair — UTP — 10BASE—T) используется в сетевой топологии «звезда», часто для сокращения расходов (примерно в два раза дешевле экранированной). Скорость передачи данных — такая же (10Мбит/с). Максимальная длина используемого кабеля— 110м.
4. Экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair —STP — 100BASE-T) используется в сетевой топологии «звезда», особенно, при наличии высоких уровней электромагнитных или радиочастотных помех. Скорость передачи данных (по кабелю 5 уровня) — 100 Мбит/с.
5. Волоконно-оптический кабель (Fiber—optical cable — FOC) используется для соединения офисов, расположенных на больших расстояниях (несколько км), а также при наличии сильных электромагнитных или радиочастотных помех. Скорость передачи данных — несколько Гбит/с. Самая дорогая сетевая среда.
Топология «кольцо»
Рис.3 Топология кольцо
Сеть кольцевой топологии использует в качестве каналов связи замкнутое кольцо из приема-передатчиков, соединенных коаксиальным или оптическим кабелем.
В сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи – данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Для этого в сеть посылаются специальные тестовые сообщения.
Самым распространенным методом доступа в сетях этой топологии является Token-Ring – метод доступа с передачей маркера.
Маркер – это пакет снабженный специальной последовательностью бит. Он последовательно передается по кольцу от узла к узлу в одном направлении. Каждый узел ретранслирует передаваемый маркер. Узел может передать свои данные, если он получил пустой маркер. Маркер с пакетом передается пока не обнаружится узел, которому предназначен пакет. В этом узле данные принимаются, но маркер не освобождается, а передается по кольцу дальше. Только вернувшись к отправителю, который может убедиться, что переданные им данные благополучно получены, маркер освобождается. Пустой маркер передается следующему узлу, который при наличии у него данных, готовых к передаче заполняет его и передает по кольцу. В сетях Token-Ring обеспечивается скорость передачи данных, равная 4-м Мбит/сек.
Ретрансляция данных узлами приводит к снижению надежности сети, так как неисправность в одном из узлов сети разрывает всю сеть.
Смешанные типы топологии
В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию звезда, кольцо, или общая шина, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.
По мере все белее широкого распространения локальных сетей, возникают проблемы, связанные с обменом информацией между сетями. Так, в рамках университета в нескольких учебных классах могут использоваться локальные сети, причем это могут быть сети разных типов. Для обеспечения связи между этими сетями используются средства межсетевого взаимодействия, называемые мостами и маршрутизаторами. В качестве моста и маршрутизатора могут использоваться компьютеры, в которых установлено по 2 или более сетевых адаптера. Каждый из адаптеров обеспечивает связь с одной из связываемых сетей. Мост или маршрутизатор получает пакеты, посылаемые компьютером одной сети компьютеру другой сети, переадресует их и отправляет по указанному адресу. Мосты, как правило используются для связи сетей с одинаковыми коммуникационными системами, например, для связи 2-х сетей Ethernet или 2-х сетей Arcnet. Маршрутизаторы связывают сети с разными коммуникационными системами, так как имеют средства преобразования пакетов одного формата в другой. Существуют мосты-маршрутизаторы, объединяющие функции обоих средств. Для обеспечения связи тетей с различными компьютерными системами предназначены шлюзы. Например, через шлюз локальная сеть может быть связана с большой ЭВМ.