Понятие топологии сети. Базовые топологии
Важнейшей характеристикой локальной сети является ее топология, или, другими словами, конфигурация.
Топологией или «топологией сети», называется определенное физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов в сети. Топология вычислительной сети – это ее структура («геометрическая форма»), т.е. топология сети определяет, каким образом связаны компьютеры в сети.
Существует три базовых типа топологии: шина (bus); звезда (star); кольцо (ring). На основе этих топологий строятся различные комбинации, например звезда-шина и звезда-кольцо.
Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет:
- на состав необходимого сетевого оборудования;
- характеристики сетевого оборудования;
- возможности расширения сети;
- способ управления сетью.
Понятие глобальной сети. Понятие Интернет
В настоящее время компьютерные сети выходят за пределы ЛВС и вырастают в глобальные компьютерные сети (ГВС), охватывая целые страны и континенты. Самые первые типы локальных сетей не могли соответствовать потребностям крупных предприятий, офисы которых обычно расположены в различных местах. Но как только преимущества компьютерных сетей стали неоспоримы и сетевые программные продукты начали заполнять рынок, перед корпорациями — для сохранения конкурентоспособности — встала задача расширения сетей. Так на основе локальных сетей возникли более крупные системы. Сегодня, когда географические рамки сетей раздвигаются, чтобы соединить пользователей из разных городов и государств, ЛВС превращаются в глобальную вычислительную сеть [ГВС (WAN)], а количество компьютеров в сети уже может варьироваться от десятка до нескольких тысяч. Интернет — это сложное техническое образование, обладающее свойством самоорганизации и саморегуляции. Это свойство, характерное для объектов живой природы, крайне редко проявляется в технических системах. На нем основана высокая устойчивость Интернета в техническом, экономическом, социальном и политическом смысле. Сегодня невозможно указать какой-то сектор Сети, при выходе которого из строя (по любой причине) нарушилось бы функционирование Интернета в целом и его дальнейшее саморазвитие. Саморазвитие Интернета происходит путем его расширения за счет включения все новых и новых компонентов. Этот процесс напоминает ветвление живого растительного организма, только в его основе лежат не естественные процессы обмена веществ, а экономические процессы обмена ресурсами. Рост и развитие происходят одновременно и сбалансировано по трем направлениям, соответствующим трем основным компонентам Интернета: аппаратному, программному и информационному.
Способы передачи информации, коммутация в сетях
Передача данных в сетях производится следующими традиционными методами: коммутацией каналов, коммутацией сообщений и коммутацией пакетов. Коммутация – это метод установления связи, который обеспечивает передачу информации из одной точки (узла сети) в другую между динамически меняющимися источниками и приемниками данных. Каналом связи называют физическую среду и аппаратные средства, осуществляющие передачу информации от одного узла коммутации к другому либо к адресату связи. Канал связи, оснащенный аппаратурой для передачи дискретной информации, называют каналом передачи данных (информационным каналом). Коммутация пакетов предусматривает, что перед отправкой информации передаваемое сообщение подвергается в интерфейсных процессорах пакетированию – разбивается на пакеты ограниченной длины. Каждый пакет сопровождается служебной информацией (заголовком), где указываются адреса отправителя и получателя информации, номер пакета в сообщении и другая системная информация (например, о типе пакета – служебный или содержащий данные и т.п.). Пакеты являются независимыми единицами информации, передаваемыми по сети. По одному и тому же каналу в одно и то же время могут вперемежку передаваться пакеты, принадлежащие разным сообщениям. Пакеты одного сообщения могут передаваться адресату разными маршрутами. Это уменьшает время передачи, увеличивает надежность и защищенность. В пункте назначения интерфейсный процессор должен сформировать из полученных пакетов сообщение в его исходной форме. Общедоступные сети передачи данных обеспечивают коммутацию данных в виде пакетов.
3.4. Топология вычислительной сети и методы доступа
Топология (конфигурация) – это способ соединения компьютеров в сеть. Тип топологии определяет стоимость, защищенность, производительность и надежность эксплуатации рабочих станций, для которых имеет значение время обращения к файловому серверу.
Понятие топологии широко используется при создании сетей. Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделение двух основных классов топологий: широковещательные и последовательные.
В широковещательных топологиях ПК передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким топологиям относятся топологии: общая шина, дерево, звезда.
В последовательных топологиях информация передается только одному ПК. Примерами таких топологий являются: произвольная (произвольное соединение ПК), кольцо, цепочка.
При выборе оптимальной топологии преследуются три основных цели:
- обеспечение альтернативной маршрутизации и максимальной надежности передачи данных;
- выбор оптимального маршрута передачи блоков данных;
- предоставление приемлемого времени ответа и нужной пропускной способности.
Виды топологий
Преподаватель, раздав материал слушателям, выделяет пять основных топологий (рис. 3.14):
- общая шина (Bus);
- кольцо (Ring);
- звезда (Star);
- древовидная (Tree);
- ячеистая (Mesh).
Рис. 3.14 Типы топологийОбщая шинаОбщая шина это тип сетевой топологии, в которой рабочие станции расположены вдоль одного участка кабеля, называемого сегментом. Рис. 3.15 ТопологияОбщая шина ТопологияОбщая шина (рис. 3.15) предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети. В случае топологии Общая шина кабель используется всеми станциями по очереди. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Все сообщения, посылаемые отдельными компьютерами, принимаются и прослушиваются всеми остальными компьютерами, подключенными к сети. Рабочая станция отбирает адресованные ей сообщения, пользуясь адресной информацией. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособность сети в целом. Поиск неисправности в сети затруднен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети. Шинная топология — это наиболее простая и наиболее распространенная топология сети. Примерами использования топологии общая шина является сеть 10Base–5 (соединение ПК толстым коаксиальным кабелем) и 10Base–2 (соединение ПК тонким коаксиальным кабелем). Кольцо Рис. 3.16 ТопологияКольцоКольцо –это топология ЛВС, в которой каждая станция соединена с двумя другими станциями, образуя кольцо (рис. 3.16). Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кольцу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК, т.е. данные, передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу, в ином случае они дальше не передаются. Очень просто делается запрос на все станции одновременно. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них, вся сеть парализуется. Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, т.к. во время установки кольцо должно быть разомкнуто. ТопологияКольцо имеет хорошо предсказуемое время отклика, определяемое числом рабочих станций. Чистая кольцевая топология используется редко. Вместо этого кольцевая топология играет транспортную роль в схеме метода доступа. Кольцо описывает логический маршрут, а пакет передается от одной станции к другой, совершая в итоге полный круг. В сетях Token Ring кабельная ветвь из центрального концентратора называется MAU (Multiple Access Unit). MAU имеет внутреннее кольцо, соединяющее все подключенные к нему станции, и используется как альтернативный путь, когда оборван или отсоединен кабель одной рабочей станции. Когда кабель рабочей станции подсоединен к MAU, он просто образует расширение кольца: сигналы поступают к рабочей станции, а затем возвращаются обратно во внутреннее кольцо ЗвездаЗвезда –это топология ЛВС (рис. 3.17), в которой всерабочие станцииприсоединены к центральному узлу (например, к концентратору), который устанавливает, поддерживает и разрывает связи между рабочими станциями. Преимуществом такой топологии является возможность простого исключения неисправного узла. Однако, если неисправен центральный узел, вся сеть выходит из строя. В этом случае каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией Звезда, при этом получаются разветвленные конфигурации сети. В каждой точке ветвления необходимо использовать специальные соединители (распределители, повторители или устройства доступа). Рис. 3.17 ТопологияЗвезда Примером звездообразной топологии является топология Ethernet с кабелем типа Витая пара 10BASE-T, центром Звезды обычно является Hub. Звездообразная топология обеспечивает защиту от разрыва кабеля. Если кабель рабочей станции будет поврежден, это не приведет к выходу из строя всего сегмента сети. Она позволяет также легко диагностировать проблемы подключения, так как каждая рабочая станция имеет свой собственный кабельный сегмент, подключенный к концентратору. Для диагностики достаточно найти разрыв кабеля, который ведет к неработающей станции. Остальная часть сети продолжает нормально работать. Преподаватель может указать и на недостатки. Во-первых, звездообразная топология требует много кабеля. Во-вторых, концентраторы довольно дороги. В-третьих, кабельные концентраторы при большом количестве кабеля трудно обслуживать. Однако в большинстве случаев в такой топологии используется недорогой кабель типа витая пара. В некоторых случаях можно даже использовать существующие телефонные кабели. Кроме того, для диагностики и тестирования выгодно собирать все кабельные концы в одном месте. По сравнению с концентраторами ArcNet концентраторы Ethernet и MAU Token Ring достаточно дороги. Новые подобные концентраторы включают в себя средства тестирования и диагностики, что делает их еще более дорогими.