3.1.2. Топология Звезда.
Звезда (Star) — это базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу, образуя физический сегмент сети (см. рис. 3.1.2). Центральным узлом может быть пассивный элемент (сетевой концентратор, Hub) или активный – компьютер, наделенный правами сервера.
Чаще всего в этой топологии используется кабель «витая пара», и протоколы Ethernet.
Рабочая станция, которой нужно послать данные, отсылает их на концентратор (сервер), который определяет адресата и передает ему информацию. 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.
- выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;
- хорошая масштабируемость сети;
- облегченный поиск неисправностей и обрывов в сети;
- высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);
- гибкие возможности администрирования.
- выход из строя центрального узла (сервера или концентратора) приводит к неработоспособности сети (или сегмента сети) в целом;
- Возможность наращивания числа узлов ограничена числом портов центрального узла (обычно не более 8 -12).
- Для прокладки сети требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;
Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель типа витая пара.
Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, топология типа «дерево»).
3.1.3. Топология Общая шина
Иногда топологию общая шина (Bus), еще называют «Гирлянда». Ее можно рассматривать как частный случай топологии «Кольцо» с разомкнутыми концами (см. рис. 3.1.3).
Рис. 3.1.3 Топология «Общая шина»
Здесь центральный элемент это пассивный кабель (называемый шина или магистраль), к которому присоединены все узлы. Используется чаще всего коаксиальный кабель (толстый или тонкий). На оба открытых конца кабеля обязательно надо присоединить «нагрузку» (Terminator), обычно это резистор с номиналом, равным импедансу кабеля, в данном случае — 50 Ом, — чтобы предотвратить отражения сигналов, которые иначе на них возникают. Кроме того, один (и только один) из концов кабеля необходимо заземлить.
Отправляемое рабочей станцией сообщение распространяется на все компьютеры сети. Каждая машина проверяет, кому адресовано сообщение, и если ей, то обрабатывает его. Для того, чтобы исключить одновременную посылку данных, может применяться (редко) маркерный сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» остальным станциям.
При построении больших сетей возникает проблема ограничения на длину связи между узлами, в таком случае сеть разбивают на сегменты. Сегменты соединяются специальными коннекторами – повторителями или концентраторами (Hub). Например, технология Ethernet позволяет использовать в одном сегменте тонкий коаксиальный кабель RG58 длиной не более 185 метров.
- Небольшое время установки сети;
- Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств);
- Простота настройки;
- Выход из строя любой рабочей станции не отражается на работе сети;
- Любые неполадки в сети, такие как обрыв кабеля, выход из строя терминатора или коннекторов, используемых для наращивания длины кабеля, полностью выводят из строя всю сеть;
- Сложность локализации неисправностей;
- Увеличение числа рабочих станций более 15 -20 приводит к неустойчивости работы сети, производительность сети падает.
Чаще всего применяется протокол Ethernet.
В крупных компьютерных сетях (см. рис. 3.1.4) используются смешанные топологии. Например, топология «Звезда» + «Шина» позволяет увеличить число узлов в сети.
Рис. 3.1.4 Смешанные топологии
Здесь концентраторы каждой звезды соединяются друг с другом общей шиной. Недостаток топологии – большая нагрузка на общую шину, поэтому ее применение ограничено. Гораздо более распространены сети, построенные по иерархической звездообразной схеме, где точки ветвления – активные или пассивные концентраторы. Преимущества – надежность, наращиваемость. Недостатком является повышенный расход кабеля.
Физическая топология чаще всего не совпадает с логической (т.е. со структурой связей), причем, логическая топология является определяющей.
В последнее время все чаще используется беспроводные топологии, например, технологии Wi-Fi, Bluetooth, где каждый узел оснащен своим приемопередатчиком, который взаимодействует с «точками доступа» (своего рода серверы), включенными в состав компьютерной сети (см. п.9). Логика работы в таких сетях практически совпадает с технологией «Общей шины».
При определении оптимальной топологии необходимо учитывать характеристики применяемых типов кабелей и необходимые протоколы, которые будут использоваться в сети.
Топология типа «звезда»
В центре такого соединения находится концентратор, а его лучи – соединения с устройствами. Эти устройства, в отличие от кольцевой технологии, имеют право независимого друг от друга доступа к среде передачи. Причины широкой популярности звездообразных топологий – гибкость в применении этой конфигурации, возможность расширения, надежность, относительно низкая стоимость в сравнении с топологией Token Ring. Эта топология сделала шинные и кольцевые топологии принципиально устаревшими
Рис. 21 Пример реализации топологии типа «звезда» в компьютерной сети малого офиса
Коммутируемая топология
При такой топологии физически устройства соединяются с коммутатором (переключателем –switch’ем). Внешне эта топология похожа на звезду. Однако действительно коммутатор создает лишь временное соединение между отправителем порции данных и получателем на момент передачи этой порции данных. Для этого коммутатор держит в памяти адреса всех устройств сети. Поскольку каждое соединение используется лишь для передачи его данных, то для передачи может использоваться вся пропускная способность соединения канала. Таким образом коммутаторы повышают производительность сети в целом.
Сложные топологии
Последовательная цепочка — последовательное соединение концентраторов сети (звезд). Допустимый максимальный размер сети определяется максимальным диаметром сети – произведение допустимого расстояния между устройствами на количество устройств. Однако проблемы возникают обычно еще до достижения максимального диаметра. Эту топология рекомендуют использовать в сетях с ограниченным количеством концентраторов.
Методы передачи компьютерных данных Кадры и протоколы
Любые данные, которые передаются в ЛС, имеют своего отправителя и адресата. По аналогии с почтовыми отправлениями писем, которые отправляются в запечатанных конвертах с указанием адресов отправителя и получателя, данные в ЛС передаются блоками в виде кадров. Кадр, помимо передаваемых данных, содержит служебную информация, необходимую для организации доставки данных адресату. Таким образом, сети – инфраструктура, рассылающая кадры, и обеспечивающая доставку адресатам данных с помощью кадров. Кадр– логическая порция данных, передаваемая в сети, имеющая стандартную структуру. Чтобы обеспечить совместимость различных сетевых компонентов, разработанных различными компаниями, структуру кадров стандартизируют. Так же как на почте есть разные стандарты конвертов (большие, маленькие), существуют разные стандарты кадров. Механизм (алгоритм) передачи кадров в сети называют протоколом. Эти протоколы также стандартизируют, чтобы обеспечить совместимость работы соответствующих программ, разрабатываемых различными производителями. Можно также сказать, что протокол – это язык, на котором общаются устройства в сети. Имеется ряд технологий передачи данных в ЛС и между ЛС. Им соответствуют соответствующие стандарты кадров и протоколов. Многие действующие в настоящее время стандарты были разработаны в США Институтом по электротехнике и электронике (IEEE). В нем действует Комитет стандартов локальных и глобальных сетей, известный под названиемProject802. Пример: