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.
Основные сведения о сетях и их построении , страница 24
2. 10 компьютеров с сетевыми платами 100BaseT4 Fast Ethernet подключены к концентратору 100-метровыми отрезками кабеля UTP категории 3.
3. Сети в двух зданиях, расположенных на расстоянии 1000 м друг от друга, соединены с помощью однорежимного оптоволоконного кабеля с разъемами RJ 45.
4. Компьютеры (15 штук) соединены в сеть Token Ring с физической топологией кольцо.
5. Сеть Fast Ethernet построена с использованием оборудования 100Base TX и кабеля UTP категории 5е. Две пары проводов в кабеле используются для передачи данных, а еще две – для передачи телефонного сигнала.
Упражнение 6. Подтвердите или опровергните утверждение.
1. Сеть 100BaseVG использует топологию звезда, все компьютеры соединены с концентратором. Да. Нет.
2. В пакете конечный разделитель указывает адрес источника. Да. Нет.
3. Сеть IBM Token Ring является реализацией стандарта IEEE 802.5. Да. Нет.
4. Чтобы добиться быстрой передачи, всем компьютерам в сети Token Ring необходимо присвоить один адрес. Да. Нет.
5. Из-за разного размера, конструкции и скорости передачи данных тонкий и толстый Ethernet не следует использовать в одной сети. Да. Нет.
19. Заполнить пропуски в высказываниях.
1. Основной причиной использования компьютерных сетей является возможность ____________ _____________ ресурсов.
2. Ключевыми ресурсами, совместно используемыми в сети, являются _________ ____________, такие как лазерные принтеры.
3. Приложения типа _____________________ позволяют пользователям быстро и эффективно взаимодействовать друг с другом.
4. В одноранговой сети каждый компьютер функционирует и как сервер, и как _________.
5. В одноранговой сети нет выделенных ________.
6. Каждый пользователь в одноранговой сети управляет разделяемыми ресурсами своего компьютера, следовательно, он _________.
7. Одноранговая сеть пригодна, если вопросы ________ не принципиальны.
8. Стандартной моделью для сети с более чем 10 пользователями являются сети на основе ________.
9. Выделенный сервер – это компьютер, который не функционирует как _______.
10. Чтобы удовлетворить возрастающие запросы пользователей, серверы в больших сетях стали _________________.
11. Термин _________ указывает на основной тип компоновки сети.
12. В основе любой компоновки сети лежат следующие топологии: ______, _______, ________.
13. Так как при соединении отрезков кабеля происходит ослабление сигнала, применяют _______, который усиливает сигнал перед передачей его в следующий отрезок.
14. Топология «шина» является ____________ топологией, поскольку узлы отправитель и получатель не перемещают данные друг другу.
15. Чтобы поглотить сигнал, предотвращая его отражение, в «шине» к концам кабеля подключают ___________.
16. В сетях с топологией «звезда» сегменты кабеля расходятся от ______________.
17. В сетях с топологией «кольцо» все компьютеры выступают в роли _________, усиливая сигнал при его передаче.
18. Концентраторы, которые регенерируют и передают сигналы, называются ___________.
19. В сетях с топологией звезда-шина несколько сетей с топологией звезда объединяются при помощи ___________________ линейной шины.
20. Передача данных в звезде-шине происходит так же, как и в сетях с топологией ______.
21. И в звезде-шине, и в звезде-кольце компьютеры подключены к центральному ___________.
22. Некоторые многопортовые репитеры функционируют как многопортовые ____________, соединяющие разные типы кабеля.
23. Репитеры не имеют функций __________, они передают абсолютно все данные между сегментами.
24. Репитер получает ослабленный сигнал и _______________ его.
2.2 Базовая топология сети типа «звезда» (star)
При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором 5 (hub) (рисунок 3).
Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным.
Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.
Рисунок 3 — Схема топологии сети типа «звезда»
Достоинства такой типологии следующие:
выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом
хорошая масштабируемость сети
лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети
высокая производительность сети (при условии правильного проектирования)
гибкие возможности администрирования
выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом
для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий
конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.
Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель витая пара. UTP категория 3 или 5. Топология типа «звезда» нашла свое отражение в технологии Fast Ethernet 6 .
2.3 Базовая топология сети типа «кольцо» (ring)
При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо (Рисунок 4). Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.
Рисунок 4 — Схема сети типа «кольцо»
Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера. Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который «хочет» передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает адрес получателя в данные и посылает их по кольцу.
Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных. После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приёма данных. Получим подтверждение, передающий компьютер создаёт новый маркер и возвращает его в сеть.
На первый взгляд, кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается практически со скоростью света. В кольце диаметром 200 метров маркер может циркулировать с частотой 10 000 оборотов в секунду.
Достоинства такой топологии:
практически полное отсутствие дополнительного оборудования
возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий 7 .
Недостатки топологии типа «кольцо» следующие:
выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети
сложность конфигурирования и настройки
сложность поиска неисправностей
Наиболее широкое применение получила в оптоволоконных сетях. Используется в стандартах FDDI 8 , Token ring 9 .