Топологии сетей: шина, звезда, кольцо
Шина, звезда, кольцо — это методы объединения компьютерного оборудования в единую сеть.
Введение
Сетевой топологией является метод отображения конфигурации сети, схематическое представление сети и взаимных связей между оборудованием, которое входит в её состав. Сетевая топология может быть представлена следующими видами:
- Физическая топология, представляющая фактическое расположение оборудования и взаимные связи между сетевыми узлами.
- Логическая топология, представляющая сигнальное взаимодействие в области физической топологии.
- Информационная топология, представляющая описание движения потоков информации внутри сети.
- Топология регулирования обменов, описывающая принципы переадресации прав на использование сети.
То есть, сам термин топология сети означает методы соединения компьютерного оборудования в единую сеть. Помимо этого, понятие топологии состоит из множества правил, определяющих местоположение компьютеров, методы прокладки кабеля, методы размещения связующего оборудования и ещё много другого. На текущий момент сформированы и опробованы на практике следующие типы базовых топологий:
Топология «шина»
Топология шина, именуемая также топологией общая шина или магистраль, подразумевает применение единого кабеля, к которому подключена каждая рабочая станция, как показано на рисунке ниже.
Рисунок 1. Топология «шина». Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Единый общий кабель может использоваться каждой станцией по очереди. Каждое сообщение, посылаемое какой-либо рабочей станцией, может приниматься и прослушиваться всеми другими рабочими станциями, которые подключены к этой сети. Из данного потока сообщений все рабочие станция отбирают адресованные только им сообщения. К преимуществам топологии «шина» следует отнести следующие аспекты:
- Сравнительно простая настройка.
- Относительно простой монтаж и небольшая стоимость, особенно когда все рабочие станции расположены сравнительно недалеко друг от друга.
- Неисправность на одной или нескольких рабочих станциях никак не влияет на работоспособность всей сети.
Недостатками топологии «шина» считаются следующие обстоятельства:
- Неисправности в самой шине (в любом её месте), такие как, например, обрыв кабеля, выход из строя сетевых коннекторов, ведут к полному отказу сети.
- Достаточно сложный процесс поиска неисправностей.
- Низкий уровень производительности, поскольку в любой момент времени только один компьютер способен транслировать данные в сеть, с возрастанием количества рабочих станций производительность сети снижается.
- Наличие плохой масштабируемости, так как чтобы добавить новую рабочую станцию нужно менять участки имеющейся шины.
Как раз по топологии «шина» были построены локальные сети на коаксиальном кабеле. В этом варианте в качестве шины использовались отрезки коаксиального кабеля, соединяемые Т-коннекторами. Шину требовалось проложить через все помещения, и она должна была подходить к каждому компьютеру. Боковой отвод Т-коннектора нужно было вставить в разъем на сетевой карте. Сегодня такой тип топологии сети безнадежно устарел и его почти везде заменили топологией «звезда», использующей витую пару. Тем не менее оборудование под коаксиальный кабель еще можно встретить в некоторых организациях.
Топология «кольцо»
«Кольцо» является топологией локальной сети, где рабочие станции подключаются последовательно друг к другу и образуют замкнутое кольцо. Информационные данные транслируются от одной рабочей станции к другой по одному направлению, то есть по кругу. Все персональные компьютеры работают как повторители, транслируя сообщения к следующему компьютеру, то есть данные должны передаваться от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Когда компьютер получает информацию, которая предназначена для другого компьютера, то он транслирует её далее по кольцу. В противном случае, то есть, если информация предназначена ему, то она далее не передаётся.
К достоинствам кольцевой топологии следует отнести:
- Простоту установки.
- Фактически полное отсутствие дополнительного оборудования.
- Устойчивое функционирование без заметного падения скорости информационного обмена при интенсивной загрузке сети.
Тем не менее, кольцевая топология обладает и определёнными недостатками:
- Все рабочие станции обязаны принимать активное участие в пересылке информации. Если выходит из строя хотя бы одна из рабочих станций или происходит обрыв кабеля, то работа всей сети прекращается.
- При подключении новой рабочей станции требуется краткосрочное прекращение работы всей сети, так как при установке нового персонального компьютера кольцо необходимо разомкнуть.
- Наличие сложной процедуры конфигурирования и настройки.
- Сложная процедура поиска неисправностей.
Кольцевая топология сети применяется достаточно нечасто. Она в основном используется в оптоволоконных сетях стандарта Token Ring.
Топология «звезда»
«Звезда» является топологией локальной сети, в которой все рабочие станции присоединяются к центральному устройству, то есть, коммутатору или маршрутизатору. Центральное устройство управляет пересылкой информационных пакетов во всей сети. Все компьютеры через сетевую карту подключены к коммутатору отдельным кабелем, как показано на рисунке ниже.
Рисунок 2. Топология «Звезда». Автор24 — интернет-биржа студенческих работ
Если возникает необходимость, то можно объединить целый набор сетей с топологией «звезда». В итоге может быть получена конфигурация сети с древовидной топологией. Древовидная топология применяется, как правило, в крупных организациях. Топология типа «звезда» на текущий момент превратилась в основную при формировании локальных сетей. Это объясняется наличием у неё следующих достоинств:
- Отказ в работе одной рабочей станции или повреждение ее кабеля никак не отражается на работе всей сети в целом.
- Сеть обладает отличной масштабируемостью. Для подсоединения новой рабочей станции достаточно проложить от коммутатора отдельный кабель.
Звезда (топология компьютерной сети)
Топология Звезда — это топология с явно выделенным центром, к которому подключаются все другие абоненты. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом ложится очень большая нагрузка, потому ничем другим, кроме сети, оно заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно больше сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии абонентов в этом случае говорить не придется. Как правило, именно центральный компьютер является самим мощным, и именно на него возлагают все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией «звезда» в принципе невозможные, потому что управление полностью централизовано, конфликтовать незачем.
Рабочая станция, с которой необходимо передать данные, отсылает их на концентратор. В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных. Этот недостаток отсутствует на сетевом устройстве более высокого уровня — коммутаторе, который, в отличие от концентратора, подающего пакет на все порты, подает лишь на определенный порт — получателю. Одновременно может быть передано несколько пакетов. Сколько — зависит от коммутатора.
Активная звезда [ править ]
Выделенным центром является компьютер
Пассивная звезда [ править ]
В центре сети содержится не компьютер, а концентратор, или хаб (hub). Он возобновляет сигналы, которые поступают, и пересылает их в другие линии связи.
Недостатки [ править ]
Топологии сетей
Сети
Термин топология сети означает способ соединения компьютеров в сеть. Вы также можете услышать другие названия – структура сети или конфигурация сети (это одно и то же). Кроме того, понятие топологии включает множество правил, которые определяют места размещения компьютеров, способы прокладки кабеля, способы размещения связующего оборудования и многое другое. На сегодняшний день сформировались и устоялись несколько основных топологий. Из них можно отметить “шину”, “кольцо” и “звезду”.
Топология “шина”
Топология шина (или, как ее еще часто называют общая шина или магистраль) предполагает использование одного кабеля, к которому подсоединены все рабочие станции.
Общий кабель используется всеми станциями по очереди. Все сообщения, посылаемые отдельными рабочими станциями, принимаются и прослушиваются всеми остальными компьютерами, подключенными к сети. Из этого потока каждая рабочая станция отбирает адресованные только ей сообщения.
Достоинства топологии “шина”:
- простота настройки;
- относительная простота монтажа и дешевизна, если все рабочие станции расположены рядом;
- выход из строя одной или нескольких рабочих станций никак не отражается на работе всей сети.
Недостатки топологии “шина”:
- неполадки шины в любом месте (обрыв кабеля, выход из строя сетевого коннектора) приводят к неработоспособности сети;
- сложность поиска неисправностей;
Именно по топологии “шина” строились локальные сети на коаксиальном кабеле . В этом случае в качестве шины выступали отрезки коаксиального кабеля, соединенные Т-коннекторами. Шина прокладывалась через все помещения и подходила к каждому компьютеру. Боковой вывод Т-коннектора вставлялся в разъем на сетевой карте. Вот как это выглядело: Сейчас такие сети безнадежно устарели и повсюду заменены “звездой” на витой паре, однако оборудование под коаксиальный кабель еще можно увидеть на некоторых предприятиях.
Топология “кольцо”
Кольцо – это топология локальной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутое кольцо. Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кругу). 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.
Достоинства кольцевой топологии:
- простота установки;
- практически полное отсутствие дополнительного оборудования;
- возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети.
Однако “кольцо” имеет и существенные недостатки:
- каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации; в случае выхода из строя хотя бы одной из них или обрыва кабеля – работа всей сети останавливается;
- подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, поскольку во время установки нового ПК кольцо должно быть разомкнуто;
- сложность конфигурирования и настройки;
- сложность поиска неисправностей.
Кольцевая топология сети используется довольно редко. Основное применение она нашла в оптоволоконных сетях стандарта Token Ring.
Топология “звезда”
Звезда – это топология локальной сети, где каждая рабочая станция присоединена к центральному устройству (коммутатору или маршрутизатору). Центральное устройство управляет движением пакетов в сети. Каждый компьютер через сетевую карту подключается к коммутатору отдельным кабелем.
[adsense3]
При необходимости можно объединить вместе несколько сетей с топологией “звезда” – в результате вы получите конфигурацию сети с древовидной топологией. Древовидная топология распространена в крупных компаниях. Мы не будем ее подробно рассматривать в данной статье.
Топология “звезда” на сегодняшний день стала основной при построении локальных сетей. Это произошло благодаря ее многочисленным достоинствам:
- выход из строя одной рабочей станции или повреждение ее кабеля не отражается на работе всей сети в целом;
- отличная масштабируемость: для подключения новой рабочей станции достаточно проложить от коммутатора отдельный кабель;
- легкий поиск и устранение неисправностей и обрывов в сети;
- высокая производительность;
- простота настройки и администрирования;
- в сеть легко встраивается дополнительное оборудование.
Однако, как и любая топология, “звезда” не лишена недостатков:
- выход из строя центрального коммутатора обернется неработоспособностью всей сети;
Звезда – самая распространенная топология для проводных и беспроводных сетей. Примером звездообразной топологии является сеть с кабелем типа витая пара, и коммутатором в качестве центрального устройства. Именно такие сети встречаются в большинстве организаций.