Топология звезда
Звезда — это единственная топологиясети с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальныеабоненты.Обмен информациейидет исключительно через центральный компьютер, на который ложится большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он, как правило, заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центральногоабонентадолжно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийныхабонентов. О равноправии всехабонентов(как в шине) в данном случае говорить не приходится. Обычно центральный компьютер самый мощный, именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети стопологиейзвезда в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано.
Если говорить об устойчивостизвезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера или его сетевого оборудования никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. В связи с этим должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры.
Обрыв кабеля или короткое замыкание в нем при топологиизвезда нарушаетобментолько с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.
В отличие от шины, в звезде на каждой линии связинаходятся только дваабонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется двелинии связи, каждая из которых передает информацию в одном направлении, то есть на каждойлинии связиимеется только один приемник и один передатчик. Это так называемая передачаточка-точка. Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных, внешних терминаторов.
Проблема затухания сигналов в линии связитакже решается в звезде проще, чем в случае шины, ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня. Предельная длина сети стопологиейзвезда может быть вдвое больше, чем в шине (то есть 2 Lпр), так как каждый из кабелей, соединяющий центр с периферийнымабонентом, может иметь длину Lпр.
Серьезный недостаток топологиизвезда состоит в жестком ограничении количестваабонентов. Обычно центральныйабонентможет обслуживать не более 8—16 периферийныхабонентов. В этих пределах подключение новыхабонентовдовольно просто, но за ними оно просто невозможно. В звезде допустимо подключение вместо периферийного еще одного центральногоабонента(в результате получаетсятопологияиз нескольких соединенных между собой звезд).
Звезда, показанная на рис. 1.6, носит название активной или истинной звезды. Существует такжетопология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 1.11). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.
В центре сети с данной топологиейпомещается не компьютер, а специальное устройство — концентратор или, как его еще называют, хаб (hub), которое выполняет ту же функцию, что и репитер, то есть восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их во все другиелинии связи.
Рис. 1.11.Топология пассивная звезда и ее эквивалентная схема
Получается, что хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически речь идет о шинной топологии, так как информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам, а никакого центральногоабонентане существует. Безусловно, пассивная звезда дороже обычной шины, так как в этом случае требуется еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды, в частности, упрощает обслуживание и ремонт сети. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную шину, которая считается малоперспективнойтопологией.
Можно выделить также промежуточный тип топологиимежду активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только ретранслирует поступающие на него сигналы, но и производит управлениеобменом, однако сам вобменене участвует (так сделано в сети 100VG-AnyLAN).
Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности путем простого отключения от центра тех или иных абонентов(что невозможно, например, в случае шиннойтопологии), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К периферийномуабонентув случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два (каждый кабель передает в одном из двух встречных направлений), причем последнее встречается гораздо чаще.
Общим недостатком для всех топологийтипа звезда (как активной, так и пассивной) является значительно больший, чем при другихтопологиях, расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как нарис. 1.5), то при выборетопологиизвезда понадобится в несколько раз больше кабеля, чем притопологиишина. Это существенно влияет на стоимость сети в целом и заметно усложняет прокладку кабеля.
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 .