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.
Шинная топология: определение, плюсы, минусы и нюансы использования
Всем привет! Топология «Шина» («Магистраль», «Общая шина») – это когда все компьютеры подключены к общему единому кабелю. Работа в сети происходит путем передачи сообщения через каждый из узлов. На концах линии обычно стоит терминатор, который поглощает сигнал и не дает ему отражаться, что может привести к помехам или «коллизиям» (наложению сигнала). Схему можно посмотреть на картинки ниже.
Как происходит общение
Если на машину приходит сообщение, то она проверяет адрес доставки, и если сообщение адресовано ей, то принимает сообщение. Если же сообщение было адресовано другой машине, то отправляет его дальше по шине. То есть сообщение получают все сегменты сети не зависимо от адресата и получателя. И тут встает проблема – как сделать так, чтобы компы не мешали друг другу, а общий канал не забивался бессмысленными сообщениями.
Для этого применяют два способа. В первом – используется несущий сигнал, который распределяет пакеты информации. Второй – это использование управляющего или главного компьютера. В качестве примера могу привести Ethernet (стандарт IEEE 802.3) – там происходит постоянное зондирование среды, и, если она занята или наоборот свободна – используют определённый алгоритм действий для передачи сообщений.
CSMA – это более строгое название технологии, при которой пакеты информации не теряются в шинной среде. Есть два типа:
- CSMA CD – компьютеры передают информацию беспрерывно до тех пор, пока не возникнут какие-то столкновения (два пакета пришли одновременно). Тогда передача по сети полностью прерывается. Можно еще назвать как: «Обнаружение столкновений».
- CSMA CA – проверка на свободность среды. Если она свободна, то идет передача, если нет, то компьютеры «молчат».
Равноправие
Чаще всего все компьютеры равноправны между собой. Так как канал связи один, то общение происходит по очереди. В противном случае из-за одновременной отправки сообщения сигнал может накладываться друг на друга, а из-за этого будут возникать помехи. Именно поэтому применяется полудуплексный режим в сетевых картах.
Полудуплекс – это когда передача ведется только в одном направлении, в одно время и по одному каналу. Из-за того, что в шинная типология не имеет центральное управляющее звено в виде сервера или маршрутизатора, то при выходе из строя одного из участников «Шина» продолжит свою работу.
Также можно в любой момент подключить еще компьютер, используя для этого минимум кабеля. Но есть и минус в том, что при разрыве кабелей сеть полностью перестает работать. Если подобная топология сети очень большая, то между длинными кабелями используют повторители.
Повторитель – это устройство, которое усиливает и повторяет сигнал. Обычно используется в местах затухания сигнала в кабеле или беспроводном пространстве (Wi-Fi).
Плюсы и минусы шинной топологии
- Быстрая установка и в короткие сроки.
- Меньше затрат за счет применения небольшой длинны кабеля. В качестве основы используется только одна магистраль.
- Быстрая настройка, так как не нужно производить конфигурации центрального сервера.
- Даже если выйдет из строя один из компьютеров, то сеть все равно будет работать.
- Если же выйдет из строя кабель или один из терминаторов, то общаться в сети будет невозможно – опять же из-за отражения сигнала.
- Если сеть большая, то сложно найти место разрыва кабеля. Для этого используют специальное устройство.
- Чем больше компьютеров, тем медленнее будет работать сеть.
- Есть вероятность столкновения сигнала. В таком случае идет полное замолкание среды и повторная отправка пакета. Также замедляет передачу данных.
Какое количество компьютеров можно подключить к такой топологии – вам никто не ответит. Так как тут все зависит от того, как интенсивно будет использоваться среда и какая информация будет передаваться. Например, играть через эту сеть практически невозможно. Но вот периодическая отправка сообщений вполне реальна. Может подойти для некоторых офисных сетей. Как вы понимаете подобная топология имеет место быть только в небольших сетях. На самом деле, конечно, можно прикрутить туда огромное множество машин, но работать она будет медленнее из-за того, что каждый из компьютеров при подаче пакета должен будет согласовывать его отправку с другими. То есть, если один посылает сигнал, все остальные молчат и слушают. Ну и самый главный минус, если нарушена целостность кабеля хоть в одном месте, то передача данных прерывается и сеть более не функционирует.