4. Древовидные топологии
Сеть с древовидной топологией(рис. 5.4,a) строится по схеме строго двоичного дерева, где каждый узел более высокого уровня связан с двумя узлами следующего по порядку более низкого уровня. Узел, находящийся на более вы-соком уровне, называетсяродительским, а два подключенных к нему нижерас-положенных узла –дочерними. В свою очередь, каждый дочерний узел выступает в качестве родительского для двух узлов следующего более низкого уровня. Каждый узел связан только с двумя дочерними и одним родительским.
Рис. 5.4. Древовидная топология: а– стандартное дерево;б– «толстое» дерево
Древовидная сеть характеризуется следующими параметрами: 
;d = 3;I=N– 1;B= 1, где
– высота дерева (количество уровней в древовидной сети). Топология двоичного дерева была использована в мульти-процессорной системеDADOиз 1023 узлов, разработанной в Колумбийском университете.
При больших объемах пересылок между несмежными узлами древовидная топология недостаточно эффективна, поскольку сообщения должны проходить через один или несколько промежуточных звеньев. Очевидно, что на более высоких уровнях сети вероятность затора из-за недостаточно высокой пропуск-ной способности линий связи выше. Этот недостаток устраняется с помощью топологии, называемой «толстым» деревом (рис. 5.4,б).
Идея «толстого» дерева состоит в увеличении пропускной способности коммуникационных линий на прикорневых уровнях сети. С этой целью на верх-них уровнях сети родительские и дочерние узлы связываются не одним, а не-сколькими каналами, причем чем выше уровень, тем больше число каналов. На рис. 5.4, бэто отображено в виде множественных линий между узлами верхних уровней. Топология «толстого» дерева реализована в вычислительной системе СМ-5.
5. Решетчатые топологии
Решетчатые(mesh) топологии ВС ориентированы на решение научно-технических задач, связанных с обработкой массивов. Их конфигурация опреде-ляется видом и размерностью массива.
Рис. 5.5. Решетчатые топологии: а– плоская;б – цилиндрическая;
в–г – тороидальная;д– витая тороидальная
Простейшими примерами для одномерных массивов служат цепочка и кольцо. Для двумерных массивов данных наиболее подходит топология плоской прямоугольной матрицы узлов, каждый из которых соединен с ближайшим сосе-дом (рис. 5.5, а). Такая сеть размерностиm×m(m=) имеет следующие харак-теристики:D= 2(m – 1);d = 4;I = 2N – 2m;B=m.
Если провести операцию свертывания(wraparound) плоской матрицы, соединив информационными трактами одноименные узлы левого и правого столбцов или одноименные узлы верхней и нижней строк плоской матрицы, то из плоской конструкции получится топология типа цилиндра (рис. 5.5,б). В то-пологии цилиндра каждый ряд (или столбец) матрицы представляет собой коль-цо. Если одновременно произвести свертывание плоской матрицы в обоих на-правлениях, то получим тороидальную топологию сети (рис. 5.5,в). Двумерный тор на базе решеткиm×m обладает следующими параметрами:
Объемный вид тороидальной топологии для массива размерности 4×8 показан на рис. 5.5, г.
Помимо свертывания к плоской решетке может быть применена операция скручивания(twisting). Суть этой операции состоит в том, что вместо колец все узлы объединяются в разомкнутую или замкнутую спираль, то есть узлы, рас-положенные с противоположных краев плоской решетки, соединяются с неко- торым сдвигом. Если горизонтальные петли объединены в виде спирали, обра-зуется сеть типаILLIAC. На рис. 5.5,дпоказана подобная конфигурация СМС, соответствующая хордальной сети четвертого порядка и характеризуемая сле-дующими метриками:D=m – 1;d = 4;I = 2N;B= 2m.
Трехмерная сеть реализована в архитектуре суперЭВМ Cray T3D и пред-ставляет собой трехмерный тор, образованный объединением процессоров в кольца по трем координатам: x,y иz.
Примерами ВС, где реализованы различные варианты решетчатых топо-логий, служат: ILLIAC IV,MPP,DAP,CM-2,Paragonи др.
3. Другие возможные сетевые топологии
Реальные компьютерные сети постоянно расширяются и модернизируются. Поэтому почти всегда такая сеть является гибридной, т.е. ее топология представляет собой комбинацию нескольких базовых топологий. Легко представить себе гибридные топологии, являющиеся комбинацией «звезды» и «шины», либо «кольца» и «звезды». Однако особо следует выделить топологию «дерево» (tree), которую можно рассматривать как объединение нескольких «звезд» (рисунок 5). Именно эта топология сегодня является наиболее популярной при построении локальных сетей.
Рисунок 5 — Схема топологии сети типа «дерево»
Дерево может быть активным или истинным (рисунок 6) и пассивным (рисунок 7). При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном — концентраторы (хабы).
Рисунок 6 — Схема топологии сети типа «активное дерево»
Рисунок 7 — Схема топологии сети типа «пассивное дерево»
3.2 Комбинированные топологии сети
Довольно часто применяются комбинированные топологии, среди них наиболее распространены звездно-шинная и звездно-кольцевая.
В звездно-шинной (star-bus) топологии (Рисунок 8) используется комбинация шины и пассивной звезды.
Рисунок 8 — Схема комбинированной топологии сети типа «star-bus»
К концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты. На самом деле реализуется физическая топология шина, включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. В результате получается звездно-шинное дерево. Таким образом, пользователь может гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети. С точки зрения распространения информации данная топология равноценна классической шине.
В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии (Рисунок 9) в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы, к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи.
Рисунок 8 — Схема комбинированной топологии сети типа «star-ring»
В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов линии связи образуют замкнутый контур (как показано на рисунке 9). Данная топология дает возможность комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети. Если говорить о распространении информации, данная топология равноценна классическому кольцу.
3.3 «Сеточная» топология сети
Наконец, следует упомянуть о сетчатой, или сеточной (mesh) топологии, в которой все либо многие компьютеры и другие устройства соединены друг с другом напрямую (рисунок 10).
Рисунок 10 — Схема сеточной топологии сети
Такая топология исключительно надежна — при обрыве любого канала передача данных не прекращается, поскольку возможно несколько маршрутов доставки информации. Сеточные топологии (чаще всего не полные, а частичные) используются там, где требуется обеспечить максимальную отказоустойчивость сети, например, при объединении нескольких участков сети крупного предприятия или при подключении к Интернету, хотя за это, конечно, приходится платить: существенно увеличивается расход кабеля, усложняется сетевое оборудование и его настройка.
На практике используется сеточная топология полная и частичная (Рисунок 11).
Рисунок 11 — Схема полной и частичной сеточной типологии
В полной сеточной топологии каждый компьютер напрямую связан со всеми остальными компьютерами. В этом случае при увеличении числа компьютеров резко возрастает количество линий связи. Кроме того, любое изменение в конфигурации сети требует внесения изменений в сетевую аппаратуру всех компьютеров, поэтому полная сеточная топология не получила широкого распространения.
Частичная сеточная топология предполагает прямые связи только для самых активных компьютеров, передающих максимальные объемы информации. Остальные компьютеры соединяются через промежуточные узлы. Сеточная топология позволяет выбирать маршрут для доставки информации от абонента к абоненту, обходя неисправные участки. С одной стороны, это увеличивает надежность сети, с другой же — требует существенного усложнения сетевой аппаратуры, которая должна выбирать маршрут.