Топологии сетей передачи данных
Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам физические или информационные связи между вершинами.
Полносвязная топология
Полносвязная топология В данной топологии для связи N узлов требуется N(N-1)/2 физических дуплексных линий связи. Преимуществом данной топологии является то, что она соединяет каждый узел с каждым. Таким образом, в случае выхода одного из узлов из строя, не происходит нарушения функционирования остальных узлов в сети, построенной на данной топологии. Но на практике данный вид топологии не применяется, поскольку является крайне дорогим вариантом построения сети.
Ячеистая топология
Ячеистая топология Данная топология получается из полносвязной путём удаления некоторых связей между узлами. С точки зрения надежности, данная топология является менее надежной, чем полносвязная, но в тоже время и более дешевой, за счёт уменьшения расходов на организацию избыточных связей. Данный тип топологии зачастую используется в Глобальных (WAN) и Городских Сетях (MAN). Технологии, в которых применяются данные типы топологий, могут быть как системами Ethernet, так и системами SDH/SONET.
Кольцевая топология
Кольцевая топология В кольцевой топологии, как видно из названия, все узлы объединены в кольцо. Данные в кольце могут передаваться либо в одном из направлений, либо в обоих сразу, в зависимости от технологии локальной сети, которая применяется в каждом конкретном случае. Данная топология является достаточно надежной, поскольку обеспечивает саморезервирование. Каждый узел соединяется с двумя соседними, и в зависимости от состояния связей передаёт данные либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки. В итоге резервирование сети обеспечивается наличием двух путей передачи данных от начального узла к конечному, а также своевременными ремонтными работами на сети передачи данных в случае выхода из строя одного из узлов или одной из связей.
Звездообразная топология
Звездообразная топология Возникновение звездообразной топологии обусловлено с появлением такого телекоммуникационного оборудования, как коммутаторы и концентраторы, которые коммутируют передачу данных между конечными узлами сети. В данной топологии коммутатор выступает центральным узлом, через который осуществляется передача данных между остальными узлами. Преимуществами подобной топологии являются простота организации сети передачи данных, увеличение эффективности используемой среды передачи данных, возможность администрирования сети и разграничение доступа пользователей к ресурсам сети. К недостаткам можно отнести то, что коммутатор в данном случае является критичной точкой отказа, но в случае с конечными пользователями (не учитываем роль коммутатора, как магистрального узла, объединяющего другие коммутаторы) данное обстоятельство нивелируется преимуществами подобной топологии.
Иерархическая звезда, дерево
Иерархическая звезда Данная топология является распространённым вариантом построения современных сетей передачи данных. В данном случае коммутаторы объединяются в основную звезду, которая организует магистральные каналы передачи данных, а от неё отходят ветки, к которым подключаются узлы конечных пользователей. Резервированию в данной топологии подвергаются только магистральные каналы. Достигается это либо организацией ячеистой топологии между коммутаторами, либо организацией кольцевой топологии, опять же между коммутаторами.
Рекомендуем хостинг TIMEWEB
Стабильный хостинг, на котором располагается социальная сеть EVILEG. Для проектов на Django рекомендуем VDS хостинг.
По статье задано0 вопрос(ов)
Топология физических связей
Как только компьютеров становится больше двух, возникает проблема выбора 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.
Число возможных конфигураций резко возрастает при увеличении числа связываемых устройств. Так, если три компьютера мы можем связать двумя способами, то для четырех компьютеров (рис. 4.1) можно предложить уже шесть топологически различных конфигураций (при условии неразличимости компьютеров).
Рис. 4.1. Варианты связи компьютеров.
Мы можем соединять каждый компьютер с каждым или же связывать их последовательно, предполагая, что они будут общаться, передавая друг другу сообщения «транзитом». При этом транзитные узлы должны быть оснащены специальными средствами, позволяющими выполнять эту специфическую посредническую операцию. В роли транзитного узла может выступать как универсальный компьютер, так и специализированное устройство.
От выбора топологии связей зависят многие характеристики сети. Например, наличие между узлами нескольких путей повышает надежность сети и делает возможной балансировку загрузки отдельных каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.
Среди множества возможных конфигураций различают полносвязные и неполносвязные :
Рис. 4.1.1. Типы конфигураций
Полносвязная топология (рис. 4.2) соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, это вариант громоздкий и неэффективный. Действительно, каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельная физическая линия связи. (В некоторых случаях даже две, если невозможно использование этой линии для двусторонней передачи.) Полносвязные топологии в крупных сетях применяются редко, так как для связи N узлов требуется N(N-1)/2 физических дуплексных линий связи, т.е. имеет место квадратическая зависимость. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или в сетях, объединяющих небольшое количество компьютеров.
Рис. 4.2. Полносвязная конфигурация.
Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети.
Ячеистая топология ( mesh 1) ) получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна для крупных сетей (рис 4.3).
Рис. 4.3. Ячеистая топология.
В сетях с кольцевой конфигурацией (рис. 4.4) данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому. Главное достоинство «кольца» в том, что оно по своей природе обладает свойством резервирования связей. Действительно, любая пара узлов соединена здесь двумя путями — по часовой стрелке и против. «Кольцо» представляет собой очень удобную конфигурацию и для организации обратной связи — данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому отправитель в данном случае может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство «кольца» используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. В то же время в сетях с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прерывался канал связи между остальными станциями «кольца».
Рис. 4.4. Топология «кольцо».
Топология «звезда» (рис.4.5) образуется в том случае, когда каждый компьютер с помощью отдельного кабеля подключается к общему центральному устройству, называемому концентратором 2) . В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. В роли концентратора может выступать как компьютер, так и специализированное устройство, такое как многовходовый повторитель, коммутатор или маршрутизатор. К недостаткам топологии типа «звезда» относится более высокая стоимость сетевого оборудования, связанная с необходимостью приобретения специализированного центрального устройства. Кроме того, возможности наращивания количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора.
Рис. 4.5. Топология «звезда».
Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа «звезда» (рис. 4.6). Получаемую в результате структуру называют также деревом. В настоящее время дерево является самым распространенным типом топологии связей, как в локальных, так и в глобальных сетях.
Рис. 4.6. Топология «иерархическая звезда» или «дерево».
Особым частным случаем конфигурации звезда является конфигурация «общая шина» (рис. 4.7). Здесь в роли центрального элемента выступает пассивный кабель, к которому по схеме «монтажного ИЛИ» подключается несколько компьютеров (такую же топологию имеют многие сети, использующие беспроводную связь — роль общей шины здесь играет общая радиосреда). Передаваемая информация распространяется по кабелю и доступна одновременно всем присоединенным к нему компьютерам.
Рис. 4.7. Топология «общая шина».
Основными преимуществами такой схемы являются низкая стоимость и простота наращивания, т..е. присоединения новых узлов к сети.
Самым серьезным недостатком «общей шины» является ее недостаточная надежность: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. Другой недостаток «общей шины» — невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные по сети, поэтому пропускная способность канала связи всегда делится между всеми узлами сети. До недавнего времени «общая шина» являлась одной из самых популярных топологий для локальных сетей.
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 (рис. 4.8).
Рис. 4.8. Смешанная топология.