Вопрос 15. Топология локальных вычислительных сетей
Для предотвращения коллизий в передаче информации чаще всего применяется временной метод разделения, согласно которому каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи информации. Поэтому требования к пропускной способности сети при повышенной нагрузке, то есть при вводе новых рабочих станций, снижаются.
В различных топологиях реализуются различные принципы передачи информации. В широковещательных это селекция информации, в последовательных — маршрутизация информации.
В ЛВС с широкополосной передачей информации рабочие станции получают частоту, на которой они могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации.
2. Звездообразная топология представлена в виде звезды с активным центром. Она унаследована из области мэйнфреймов, где головная машина получает и обрабатывает все данные с терминальных устройств как активный узел обработки данных. Вся информация между периферийными рабочими станциями проходит через центральный узел вычислительной сети.
Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью центрального узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий, то есть столкновений, в передаче данных не возникает.
Кабельное соединение топологии относительно простое, поскольку каждая рабочая станция связана с центральным узлом, однако затраты на прокладку линий связи высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.
При расширении ЛВС невозможно использовать ранее выполненные кабельные связи: к новой рабочей станции необходимо прокладывать отдельный кабель от центрального узла сети.
Звездообразная топология при хорошей производительности центрального узла является одной из наиболее быстродействующих топологий ЛВС, поскольку передача информации между рабочими станциями происходит по выделенным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов на передачу информации от одной станции к другой невысока (по сравнению с другими топологиями).
Производительность ЛВС звездообразной топологии в первую очередь определяется параметрами центрального узла, который выступает в качестве сервера сети. Он может оказаться узким местом сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа сети в целом.
В ЛВС с центральным узлом управления можно реализовать оптимальный механизм защиты от несанкционированного доступа к информации.
3. В кольцевой топологии сети рабочие станции ЛВС связаны между собой по кругу> Последняя рабочая станция связана с первой, то есть коммуникационная связь замыкается в кольцо.
Прокладка линий связи между рабочими станциями может оказаться довольно дорогостоящей, особенно если территориально рабочие станции расположены далеко от основного кольца.
Сообщения в кольце ЛВС циркулируют по кругу. Рабочая станция посылает по определенному адресу информацию,, предварительно получив из кольца запрос. Передача информации оказывается достаточно эффективной, так как сообщения можно отправлять одно за другим. Так, например, можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в ЛВС.
Главная проблема кольцевой топологии состоит в том, что каждая рабочая станция должна участвовать в передаче информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельной системе локализуются легко.
Расширение сети с кольцевой топологией требует остановки ее работы, так как кольцо должно быть разорвано. Специальных ограничений на размер ЛВС не существует.
Особой формой кольцевой топологии является логическое кольцо. Физически оно монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных концентраторов (англ. hub — концентратор). В зависимости от числа рабочих станиий и длины кабеля между рабочими станиия-ми применяют:
Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций.
Пассивный концентратор является исключительно разветвитель-ным устройством (максимум на три рабочие станции). 1 Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.
Однако в простейшей сети Ethernet с шинной топологией в качестве передающей среды используется тонкий Ethernet-кабель с тройниковым соединителем, поэтому расширение такой сети требует разрыва шины, что приводит к нарушению функционирования сети. Более дорогостоящие решения предполагают установку пассивных штепсельных коробок вместо тройнико-вых соединителей.
Поскольку расширение ЛВС с шинной топологией можно проводить без прерывания сетевых процессов и разрыва коммуникационной среды, отвод информации из ЛВС и соответственно прослушивание информации осуществляются достаточно легко, вследствие чего защищенность такой ЛВС низкая.
5. Древовидная топология образуется путем различных комбинаций рассмотренных выше топологий ЛВС. 2 Основание дерева (корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии (ветви дерева).
Сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур. Для подключения рабочих станций применяют концентраторы.
Существуют две разновидности таких устройств: • пассивные концентраторы — устройства, к которым можно подключить максимум три станции;
• активные концентраторы с возможностью усиления сигнала, которые необходимы для подключения большего количества устройств.
3.4. Топология вычислительной сети и методы доступа
Топология (конфигурация) – это способ соединения компьютеров в сеть. Тип топологии определяет стоимость, защищенность, производительность и надежность эксплуатации рабочих станций, для которых имеет значение время обращения к файловому серверу.
Понятие топологии широко используется при создании сетей. Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделение двух основных классов топологий: широковещательные и последовательные.
В широковещательных топологиях ПК передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким топологиям относятся топологии: общая шина, дерево, звезда.
В последовательных топологиях информация передается только одному ПК. Примерами таких топологий являются: произвольная (произвольное соединение ПК), кольцо, цепочка.
При выборе оптимальной топологии преследуются три основных цели:
- обеспечение альтернативной маршрутизации и максимальной надежности передачи данных;
- выбор оптимального маршрута передачи блоков данных;
- предоставление приемлемого времени ответа и нужной пропускной способности.
Виды топологий
Преподаватель, раздав материал слушателям, выделяет пять основных топологий (рис. 3.14):
- общая шина (Bus);
- кольцо (Ring);
- звезда (Star);
- древовидная (Tree);
- ячеистая (Mesh).
Рис. 3.14 Типы топологийОбщая шинаОбщая шина это тип сетевой топологии, в которой рабочие станции расположены вдоль одного участка кабеля, называемого сегментом. Рис. 3.15 ТопологияОбщая шина ТопологияОбщая шина (рис. 3.15) предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети. В случае топологии Общая шина кабель используется всеми станциями по очереди. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Все сообщения, посылаемые отдельными компьютерами, принимаются и прослушиваются всеми остальными компьютерами, подключенными к сети. Рабочая станция отбирает адресованные ей сообщения, пользуясь адресной информацией. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособность сети в целом. Поиск неисправности в сети затруднен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети. Шинная топология — это наиболее простая и наиболее распространенная топология сети. Примерами использования топологии общая шина является сеть 10Base–5 (соединение ПК толстым коаксиальным кабелем) и 10Base–2 (соединение ПК тонким коаксиальным кабелем). Кольцо Рис. 3.16 ТопологияКольцоКольцо –это топология ЛВС, в которой каждая станция соединена с двумя другими станциями, образуя кольцо (рис. 3.16). Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кольцу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК, т.е. данные, передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу, в ином случае они дальше не передаются. Очень просто делается запрос на все станции одновременно. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них, вся сеть парализуется. Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, т.к. во время установки кольцо должно быть разомкнуто. ТопологияКольцо имеет хорошо предсказуемое время отклика, определяемое числом рабочих станций. Чистая кольцевая топология используется редко. Вместо этого кольцевая топология играет транспортную роль в схеме метода доступа. Кольцо описывает логический маршрут, а пакет передается от одной станции к другой, совершая в итоге полный круг. В сетях Token Ring кабельная ветвь из центрального концентратора называется MAU (Multiple Access Unit). MAU имеет внутреннее кольцо, соединяющее все подключенные к нему станции, и используется как альтернативный путь, когда оборван или отсоединен кабель одной рабочей станции. Когда кабель рабочей станции подсоединен к MAU, он просто образует расширение кольца: сигналы поступают к рабочей станции, а затем возвращаются обратно во внутреннее кольцо ЗвездаЗвезда –это топология ЛВС (рис. 3.17), в которой всерабочие станцииприсоединены к центральному узлу (например, к концентратору), который устанавливает, поддерживает и разрывает связи между рабочими станциями. Преимуществом такой топологии является возможность простого исключения неисправного узла. Однако, если неисправен центральный узел, вся сеть выходит из строя. В этом случае каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией Звезда, при этом получаются разветвленные конфигурации сети. В каждой точке ветвления необходимо использовать специальные соединители (распределители, повторители или устройства доступа). Рис. 3.17 ТопологияЗвезда Примером звездообразной топологии является топология Ethernet с кабелем типа Витая пара 10BASE-T, центром Звезды обычно является Hub. Звездообразная топология обеспечивает защиту от разрыва кабеля. Если кабель рабочей станции будет поврежден, это не приведет к выходу из строя всего сегмента сети. Она позволяет также легко диагностировать проблемы подключения, так как каждая рабочая станция имеет свой собственный кабельный сегмент, подключенный к концентратору. Для диагностики достаточно найти разрыв кабеля, который ведет к неработающей станции. Остальная часть сети продолжает нормально работать. Преподаватель может указать и на недостатки. Во-первых, звездообразная топология требует много кабеля. Во-вторых, концентраторы довольно дороги. В-третьих, кабельные концентраторы при большом количестве кабеля трудно обслуживать. Однако в большинстве случаев в такой топологии используется недорогой кабель типа витая пара. В некоторых случаях можно даже использовать существующие телефонные кабели. Кроме того, для диагностики и тестирования выгодно собирать все кабельные концы в одном месте. По сравнению с концентраторами ArcNet концентраторы Ethernet и MAU Token Ring достаточно дороги. Новые подобные концентраторы включают в себя средства тестирования и диагностики, что делает их еще более дорогими.