Топологии сетей и методы доступа к среде передачи данных

1.4 Сетевые топологии и методы доступа к среде передачи дан­ных

Топология сети характеризует взаимосвязи и пространственное распо­ложение друг относительно друга компонентов сети — сетевых компьютеров (хостов), рабочих станций, кабелей и других активных и пассивных устройств. Топология влияет на:

• состав и характеристики оборудования сети;
• возможности расширения сети;
• способ управления сетью.

Все сети строятся на основе трех базовых топологий:

Метод доступа к среде передачи данных определяет, каким образом раз­деляемый ресурс — сетевой кабель — предоставляется узлам сети для осуще­ствления актов передачи данных. Основные методы доступа к среде передачи данных:

• состязательный метод (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий — CSMA/CD);
• с передачей маркера;
• по приоритету запроса.

1.4.1 Шинная топология

При помощи кабеля каждая рабочая станция соеди­няется с другими рабочими станциями и с файловым сервером. Кабель прохо­дит от узла к узлу, последовательно соединяя все рабочие станции и все файло­вые серверы. На каждом конце ка­беля подключается согласующая нагрузка (терминатор) для исключения эхоотражений (рисунок 12).

Рисунок 12 – Шинная топология

Шинная топология использует состязательный метод доступа. Это означает, что информацию принимает только тот компь­ютер, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в пе­редаваемых сигналах. Остальные компьютеры отбрасывают сообщение. Перед передачей данных компьютер должен ожидать освобождения шины. В каждый момент времени отправлять сообщение может только один компьютер, поэтому число подключенных к сети машин значительно влияет на ее быстродействие.

Преимущества шинной топологии:

• надежно работает в небольших сетях, проста в использовании;
• требует меньше кабеля для соединения компьютеров и потому дешевле, чем другие схемы соединении;
• легко расширяется за счет состыковки кабельных сегментов и использования повторителей.

Недостатки шинной топологии:

• интенсивный сетевой трафик снижает производительность сети. При большом числе компьютеров в сети станции часто прерывают друг друга, и не­малая часть полосы пропускания теряется понапрасну. При добавлении компьютеров к сети резко падает производительность;
• цилиндрические соединители ослабляют электрический сигнал, и большое их число вызывает нарушения в передаче информации по шине;
• разрыв кабеля или неправильное функционирование одной из станций мо­жет привести к нарушению работоспособности всей сети. Сеть трудно диаг­ностировать.

1.4.2 Звездообразная топология

Каждый компью­тер в сети с топологией типа “звезда” (“star”) взаимодействует с центральным концентратором (hub – устройство для повторения сетевых сигналов) (рисунок 13).

Рисунок 13 – Топология “звезда”

Hub — устройство множественного доступа, выполняющее роль центральной точки.

В звездообразной сети используется со­стязательный метод доступа к среде — кон­центратор (хаб) передает сообщение всем компьютерам. В звездообразной сети с коммутацией коммутатор передает сооб­щение только компьютеру-адресату.

Активный концентратор регенери­рует электрический сигнал и посылает его всем подключенным компьютерам. Такой тип концентратора часто называют многопортовым повторителем (multiport repeater). Для работы активных концентраторов и коммутаторов требуется пи­тание от сети. Пассивные концентраторы, например, коммутационная кабель­ная панель или коммутационный блок, действуют как точка соединения, не усиливая и не регенерируя сигнал. Элек­тропитания пассивные концентраторы не требуют.

Гибридный концентратор позволяет использовать в одной звездообразной сети разные типы кабелей. Расширить звездо­образную сеть можно путем подключения вместо одного из компьютеров еще одного концентратора и подсоединения к нему дополнительных станций, в результате чего получается гибридно-звездообразная сеть (рисунок 14).

Рисунок 14 – Гибридно-звездообразная топология

Преимущества топологии «звезда «(Ethernet 10BaseT, 100BaseT):

Центральный концентратор звездообразной сети удобно использовать для диагностики. Интеллектуальные концентраторы (устройства с микро­процессорами, добавленными для повторения сетевых сигналов) обеспечи­вают также измерение параметров (мониторинг) и управление сетью. Отказ одного компьютера не обязательно приводит к остановке всей сети. Концентратор способен выявлять отказы и изолировать такую машину или сетевой кабель, что позволяет остальной сети продолжать работу. В одной сети допускается применение нескольких типов кабелей (если их позволяет использовать концентратор).

Недостатки сети со звездообразной топологией:

• при отказе центрального концентратора вся сеть становится неработоспо­собной;
• все компьютеры должны соединяться с центральной точкой, это увеличива­ет расход кабеля, следовательно, такие сети обходятся дороже, чем сети с иной топологией.

Источник

Глава 3. Топология, методы доступа к среде.

Каждая сетевая технология имеет характерную для нее топологию соединения узлов сети и метод доступа к среде передачи.

Различают физическую топологию, определяющую правила физических соединений узлов и логическую топологию, определяющую направление потоков данных между узлами сети. Логическая и физическая топологии относительно независимы друг от друга.

Физические топологии – шина, звезда, кольцо, дерево, сетка.

В логической шине информация, передаваемая одним узлом, одновременно доступна для всех узлов, подключенных к одному сегменту. Логическая шина реализуется на физической топологии шины, звезды, дерева, сетки. В логическом кольце информация передается последовательно от узла к узлу. Каждый узел принимает кадры только от предыдущего узла и посылает только последующему. Реализуется на физической топологии кольца и звезды.

Методы доступа к среде делятся на вероятностные и детерминированные.

При вероятностном методе доступа узел, желающий послать кадр в сеть, прослушивает линию. Если линия занята или обнаружена коллизия (столкновение сигналов от двух передатчиков), попытка передачи откладывается на некоторое время

Общий недостаток вероятностных методов доступа – неопределенное время прохождения кадра, резко возрастающее при увеличении нагрузки на сеть, что ограничивает его применение в системах реального времени.

При детерминированном методе узлы получают доступ к среде в предопределенном порядке. Последовательность определяется контроллером сети.

Основное преимущество метода – ограниченное время прохождения кадра, мало зависящее от нагрузки.

Сети с большой нагрузкой требуют более эффективных методов доступа. Один из способов повышения эффективности – перенос управления доступом от узлов в кабельные центры. При этом узел посылает кадр в коммуникационное устройство. Задача этого устройства – обеспечить прохождение кадра к адресату с оптимизацией общей производительности сети и обеспечением уровня качества обслуживания, требуемого конкретным приложением.

Глава 4. Режимы передачи и качество сервиса

Режим передачи определяет способ коммуникаций между двумя узлами.

• Симплексный режим позволяет передавать данные только в одном направлении, передающий узел полностью занимает канал. В телекоммуникациях такой режим практически не используется – он не позволяет отправителю информации получать подтверждение о его приеме, что необходимо для обеспечения нормальной связи.
• Полудуплексный режим допускает двустороннюю передачу, но в каждый момент времени только в одном направлении. Для смены направления требуется подача специального сигнала и получение подтверждения.
• Полнодуплексный режим допускает одновременную передачу сразу в двух направлениях. При этом передача в одном направлении занимает только часть канала. Дуплексный режим может быть симметричным (полоса пропускания канала в обоих направлениях одинакова) и несимметричным (пропускная способность в одном направлении значительно больше, чем в противоположном).

• Скорость передачи данных, определяется как количество бит данных, переданных за единицу времени.
• Задержка доставки данных, определяемая как время от передачи блока информации источником до его приема получателем.
• Уровень ошибок определяется либо как вероятность безошибочной передачи определенной порции данных (от бита до кадра).

Источник