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.
2.4.3. Топология «Звезда»
Звездообразная топология (рис. 2.4) базируется на концепции центрального узла, к которому подключаются периферийные узлы. Каждый компьютер имеет свою отдельную линию связи с центральным узлом. Вся информация передается через центральный узел, который ретранслирует, переключает и маршрутизирует информационные потоки в сети.
Рис. 2.4. Сеть звездообразной топологии
Звездообразная топология значительно упрощает взаимодействие узлов сети друг с другом, позволяет использовать более простые сетевые адаптеры. В то же время работоспособность ЛВС со звездообразной топологией целиком зависит от центрального узла (концентратора).
В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованы. Но есть и недостаток: так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети. А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети, на работу остальных компьютеров это не повлияет.
В реальных вычислительных сетях могут использоваться более сложные топологии, представляющие в некоторых случаях сочетание рассмотренных, например, топология «Звезда — шина».
Выбор той или иной топологии определяется областью применения сети, географическим расположением ее узлов и размерностью сети в целом.
2.4.4. Выбор топологии
Существует множество факторов, которые необходимо учитывать при выборе наиболее подходящей к данной ситуации топологии. Эта таблица 2.2 поможет сделать правильный выбор.
Факторы, необходимые при выборе топологии
Экономный расход кабеля. Сравнительно недорогая и несложная в использовании среда передачи. Простота. Надежность. Легко расширяется
При значительных объемах переда-ваемой информации уменьшается про-пускная способность сети. Трудно локализовать проблемы. Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей
Все компьютеры имеют равный доступ. Количество пользователей не оказывает сколько-нибудь значительного влияния на производительность
Выход из строя одного компьютера затрудняет работу всей сети. Трудно локализовать проблемы. Изменение конфигурации сети требует остановки работы всей сети
Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры. Централизованный контроль и управление. Выход из строя одного компьютера не влияет на работоспособность сети
Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть
Для закрепления изложенного материала рассмотрим решение задачи.
Независимая страховая компания, в состав которой входит президент, управляющий, администратор и 5 агентов, решила установить сеть. Компания занимает половину небольшого здания. В последнее время наблюдается рост клиентуры и чтобы справиться с возрастающим объемом работы, планируется взять в штат еще двух агентов.
У каждого сотрудника компании есть компьютер. Если необходимо обменяться деловой информацией, приходится делать это устно или с помощью дискет. Все агенты занимаются делами только своих клиентов, и информация об этих клиентах строго конфиденциальна. Лазерный принтер восьмилетней давности находится у администратора офиса. Каждый агент имеет собственный матричный принтер.
Одновременно с установкой сети решено приобрести высокоскоростной лазерный принтер.
Вам поручено установить сеть для этой небольшой компании. Чтобы упростить решение задачи, ответьте на следующие вопросы.
1. Какой тип сети Вы бы посоветовали установить этой компании?
2. Какая топология подходит в этой ситуации?
Однозначного решения у этой задачи нет. Возможные решения и их обоснования являются всего лишь рекомендациями.
Казалось бы, раз в компании всего 8 человек, подходящей сетью может стать одноранговая. Но нам уже известно, что компания начинает расти. Кроме того, часть информации является конфиденциальной. Поэтому вывод: лучше установить сеть на основе сервера, которая предоставляет возможности для роста компании и централизации защиты данных, в то время как одноранговая сеть через год-два может исчерпать свой потенциал.
2. Единственно правильного ответа нет. На сегодняшний день наиболее популярными топологиями являются «звезда-шина» и «шина».
Первая кажется более привлекательной, поскольку в этом случае проще решать сетевые проблемы и переконфигурировать сеть.
Можно выбрать и сеть с топологией «шина» — она дешевле и проще в установке, но при этом мы потеряем преимущества, которые дает концентратор при администрировании и решении сетевых проблем.
Топология «кольцо» слишком сложна для подобной сети.