3.4.4. Топология «кольцо»
Эта топология (рис.22), широко используется для построения SDH сетей первых двух уровней SDH иерархии (155 и 622 Мбит/с).
Основное преимущество этой топологии — легкость организации защиты типа 1+1, благодаря наличию в синхронных мультиплексорах SMUX двух пар (основной и резервной) оптических агрегатных выходов (каналов приема/передачи): восток — запад, дающих возможность формирования двойного кольца со встречными потоками. Кольцевая топология обладает рядом интересных свойств, позволяющих сети самовосстанавливаться, т.е. быть защищенной от некоторых достаточно характерных типов отказов
Пример 5. С учетом полученных в предыдущих примерах результатов: 1) выбрать оптимальную структуру сети SDH для проектируемой ГТС; 2) произвести выбор необходимого оборудования.
1) Принимая во внимание вышеприведенный анализ различных способов построения сети, делаем вывод о том, что для проектируемой сети целесообразно использовать структуру типа “кольцо”. Кольцевые сети могут обеспечить высокую надежность и экономичность. Двунаправленные кольца более выгодны при достаточно равномерном тяготении узлов коммутации вторичной сети. Поэтому двунаправленные кольца широко используются для построения первичной сети города.
Для построения первичной сети на базе SDH используем двунаправленное кольцо со 100% резервированием в случае аварии на участках кольца (рис.23).
2) В качестве каналов доступа узлов коммутации (РАТС, АМТС, УСС) к первичной сети, реализованной на базе SDH, будем использовать плезиохронные системы передачи ИКМ – 30 (стандарт Е1). Для расчета количества цифровых потоков типа Е1, необходимых для реализации пучков соединительных линий (каналов) между различными станциями сети, следует учитывать:
- число соединительных линий в направлении связи;
- тип используемых соединительных линий (односторонние или двухсторонние);
- тип используемой системы сигнализации,
При использовании односторонних линий и децентрализованной системы сигнализации, для расчета требуемого числа потоков Е1 от i-ой станции к j-ой станции, воспользуемся формулой:
где — требуемое число цифровых потоков Е1 от i-ой станции к j-ой станции;
— число соединительных линий (каналов) между i-ой и j-ой станциями;
При использовании двухсторонних пучков и централизованной системы сигнализации воспользуемся формулой:
Формула (2) справедлива, если 60 каналов. В противном случае необходимо использовать формулу (1), заменив на .
Аналогично производится расчет для всех односторонних линий, а также для ЗСЛ, СЛМ и СЛ к УСС.
Результаты расчета удобно представить в виде таблицы (табл.8)
Число ИКМ трактов передачи цифровых потоков Е1
Топология «кольцо»
Рис.3 Топология кольцо
Сеть кольцевой топологии использует в качестве каналов связи замкнутое кольцо из приема-передатчиков, соединенных коаксиальным или оптическим кабелем.
В сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи – данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Для этого в сеть посылаются специальные тестовые сообщения.
Самым распространенным методом доступа в сетях этой топологии является Token-Ring – метод доступа с передачей маркера.
Маркер – это пакет снабженный специальной последовательностью бит. Он последовательно передается по кольцу от узла к узлу в одном направлении. Каждый узел ретранслирует передаваемый маркер. Узел может передать свои данные, если он получил пустой маркер. Маркер с пакетом передается пока не обнаружится узел, которому предназначен пакет. В этом узле данные принимаются, но маркер не освобождается, а передается по кольцу дальше. Только вернувшись к отправителю, который может убедиться, что переданные им данные благополучно получены, маркер освобождается. Пустой маркер передается следующему узлу, который при наличии у него данных, готовых к передаче заполняет его и передает по кольцу. В сетях Token-Ring обеспечивается скорость передачи данных, равная 4-м Мбит/сек.
Ретрансляция данных узлами приводит к снижению надежности сети, так как неисправность в одном из узлов сети разрывает всю сеть.
Смешанные типы топологии
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.
По мере все белее широкого распространения локальных сетей, возникают проблемы, связанные с обменом информацией между сетями. Так, в рамках университета в нескольких учебных классах могут использоваться локальные сети, причем это могут быть сети разных типов. Для обеспечения связи между этими сетями используются средства межсетевого взаимодействия, называемые мостами и маршрутизаторами. В качестве моста и маршрутизатора могут использоваться компьютеры, в которых установлено по 2 или более сетевых адаптера. Каждый из адаптеров обеспечивает связь с одной из связываемых сетей. Мост или маршрутизатор получает пакеты, посылаемые компьютером одной сети компьютеру другой сети, переадресует их и отправляет по указанному адресу. Мосты, как правило используются для связи сетей с одинаковыми коммуникационными системами, например, для связи 2-х сетей Ethernet или 2-х сетей Arcnet. Маршрутизаторы связывают сети с разными коммуникационными системами, так как имеют средства преобразования пакетов одного формата в другой. Существуют мосты-маршрутизаторы, объединяющие функции обоих средств. Для обеспечения связи тетей с различными компьютерными системами предназначены шлюзы. Например, через шлюз локальная сеть может быть связана с большой ЭВМ.
Основные плюсы и минусы топологии кольцо
Кольцевая сеть представляет собой конфигурацию, в которой каждый узел соединяется ровно с двумя другими узлами, образуя единый непрерывный путь для сигналов через каждый компьютер — кольцо. Данные перемещаются от узла к узлу, причем каждый из них на своем пути обрабатывает каждый пакет.
Особенности
Кольцевые топологии соединяют все устройства сети в последовательную цепь. Данные перемещаются с одного устройства на другое, пока не достигают места назначения и, наконец, не возвращаются в операционный центр. Эта конфигурация требует меньшего количества кабелей и траншей, чем альтернативные топологии типа “звезда”, и, следовательно, она проще и экономичнее в реализации.
В случае традиционных кольцевых топологий, если одно из устройств в кольце выходит из строя, это влияет на всю сеть. Поэтому можно потерять все потоки с нескольких узлов в сети одновременно. Для разрешения этой проблемы, были разработаны и запатентованы более гибкие кольцевые конфигурации. Это привело к повышенной отказоустойчивости сети и времени переключения при сбое, позволяя данным перемещаться в двух направлениях по кольцу. В сочетании с промышленными коммутаторами Ethernet эластичная кольцевая топология может восстановить сеть за 15–30 миллисекунд, такая скорость позволяет не пропустить ни одного сигнала.
Плюсы топологии
- Простая настройка. Кольцевая топология довольно просто настраивается. Для подключения компьютеров друг к другу не требуется сервер или центральная рабочая станция. Они могут быть легко связаны между собой, соединяя одно устройство с другим. Она дешевле топологии типа “звезда” или “дерево”, обе из которых требуют центрального или главного устройства для управления узлами.
- Трафик данных. Кольцевая топология может обрабатывать большой объем трафика, поскольку данные передаются однонаправленно. Это упрощает поток данных и предотвращает перегрузку сети. Это также снижает вероятность повреждения данных.
- Устранение неполадок. Когда происходит ошибка, легко определить, где она произошла, поскольку последовательная передача данных, дает понять на каком из узлов связь была разорвана.
- Качество работы при нагрузке. Не все системы могут выдерживать большую потоковую нагрузку на сеть. Например, если сравнивать кольцо с шиной, то первая будет работать значительно лучше. Топология кольцо может достаточно спокойно работать в условиях повышенной нагрузки.
- Нет центрального узла. Некоторые системы имеют структуру, которая подразумевает наличие центрального компьютера, но такая централизация иногда может только навредить сети. Топология кольцо не имеет главного центрального узла, который предназначен для управления и контроля связи между узлами, поэтому проблемы с этим аспектом ей не страшны.
- Пропускная способность. Подключение дополнительных узлов очень мало или совсем не влияет на пропускную способность сети.
- Упорядоченность. Данная топология предполагает, что сеть будет очень упорядоченная, где каждое устройство имеет доступ к токену и возможность передачи.
- Передача данных. Передача данных относительно проста, поскольку пакеты перемещаются только в одном направлении.
Недостатки
- Репликация данных. Репликация данных в кольцевой топологии менее эффективна, чем в звездной. В конфигурации “звезда” центральный сервер или компьютер могут напрямую реплицировать данные на всех других устройствах одновременно. В кольцевой топологии данные будут скопированы с одного устройства на другое до того, как все компьютеры получат одинаковые данные.
- Сбои сети. Хотя легко устранить неполадки при настройке кольцевой топологии, при сбое одного устройства происходит сбой всей сети из-за обрыва линии связи. Пока узел не будет починен или заменен, сеть работать не будет.
- Расширение. Другой недостаток такой конфигурации обнаруживается, при расширении сети. Если в исходной конфигурации есть пять компьютеров, а затем нужно добавить еще пять, то придется отключить всю сеть, прежде чем приступать к ее расширению. Чтобы разместить дополнительные компьютеры в такую систему, необходимо отключить каждое соединение и подключить новые устройства в установку с обратной связью, прежде чем снова перенастраивать всю сеть.
- Одно соединение. В данном типе подключения используется кабель одной длины, соединяющий все компьютеры и образующий петлю. В случае обрыва кабеля все системы в сети не смогут получить доступ к сети. Поэтому возникает полная зависимость от одного кабеля.
- Скорость работы. Пакеты данных должны проходить через каждый компьютер между отправителем и получателем, поэтому это может приводить к замедлению передачи.
Вывод
Как правило, когда речь заходит о кольцевой топологии, то говорят об однонаправленности передачи сигнала, хотя существуют и двунаправленные кольцевые топологии. Чтобы сделать передачу двунаправленной, потребуется два соединения между узлами сети для формирования конфигурации двойного кольца. Кольцевые топологии могут поддерживать большие сети гораздо эффективнее, чем шинные. Также рекомендуется подключать ретранслятор, который поможет минимизировать потери пакетов во время передачи данных.
В глобальных (WAN) и в метрологических локальных сетях (MAN) кольцевая топология используется в качестве связи с клиентами. Как раз в таких случаях обычно используется двунаправленная система передачи, то есть сигнал будет идти в обоих направлениях. Это нужно для того чтобы, иметь два отличных пути к общему коммутатору.
Так как каждая из конфигураций имеет свои ограничения, то нужно исходить в первую очередь из них, так как они позволят лучше понять какая из конфигураций подойдет больше всего. В случае, если ограничения не позволяют использовать длинные дорогостоящие кабели, но при этом нужно сконфигурировать быструю скоростную связь, то кольцевая топология будет лучшим выбором.