Виды компьютерных сетей с топологией кольцо

4.3.Топология «кольцо» (Ring)

Рабочие станции связаны одна с другой по кругу, то есть первая рабочая станция связана со второй, вторая — с третьей и т.д., а последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная сеть замыкается в кольцо. Можно начать движение из любой точки сети и потом вернуться в стартовую точку, потому что данные здесь перемещаются по кольцу от узла к узлу только в одном направлении. Каждый узел принимает сигнал данных, анализирует информацию и, если сообщение адресовано другому узлу, передает его по кольцу к следующему узлу (рис. 3).

Рис. 3. Топология сети «кольцо»

Достоинства топологии «кольцо»:

• легко локализуются неисправности в кабельных соединениях;

• можно подсоединить к сети большее количество узлов, чем при использовании других топологий, так как при просмотре данных каждым узлом происходит очистка и усиление сигнала, а затем отправка следующему компьютеру. Поэтому потери сигнала меньше, чем при других топологиях;

• не существует ограничений на протяженность сети, поэтому кольцо используется для создания сетей, охватывающих большое географическое пространство.

Недостатки топологии «кольцо»:

• прокладка кабелей может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географическое расположение рабочих станций далеко от формы кольца (например, в линию);

• подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто;

• требуется непрерывное соединение между всеми сетевыми компьютерами, так как разрыв в любом месте вызовет прекращение работы всей сети (для предотвращения этого иногда используется резервный кабель для передачи данных).

Достоинства и недостатки трех существующих топологий объединены в таблице 1.

Характеристики сетевых топологий

Возможность охвата большой области

Простота поиска неисправностей

Легкость перемещения узла

Пропускная способность узла

Итак, наиболее часто используется сетевая топология — звезда.

От выбранной топологии зависит используемая сетевая технология, которая определяет правила обмена данными между компьютерами в сети (часто называют архитектурой сети). Наиболее популярны две сетевых технологии: Ethernet и Token Ring.

1. Технология Ethernet используется для топологий шина (на коаксиальном кабеле) и звезда (на витой паре).

В такой сети, прежде чем начать передачу данных, каждый узел проверяет сетевой трафик на шине. Если один узел видит, что другой ведет передачу данных, то он ждет, пока эта передача закончится, и только после этого начинает передавать свои данные.

Несмотря на существующие правила передачи данных, часто случается так, что два узла пытаются сделать это одновременно. Тогда возникает столкновение данных (коллизия), в результате чего теряется информация. В этом случае система обнаружения столкновений Ethernet требует, чтобы узлы прекратили передачу информации, и каждый из них ожидает некоторое время, прежде чем снова попробовать передать свои данные.

2. Технология Token Ring (эстафетное кольцо) является гибридной смесью звездообразной и кольцевой топологий (разработка компании IВМ).

В ней используется звездообразная топология совместно с центральным концентратором MAU (Multistation Access Unit — многостанционный модуль доступа). При этом каждый компьютер в сети соединяется с концентратором при помощи двух кабелей (кольцевая топология): компьютер передает данные концентратору по одной линии, а принимает их по другой.

Технология Token Ring предотвращает столкновение данных, требуя, чтобы узлы получали разрешение от сети прежде, чем они смогут начать передачу данных. Для этого узел должен захватить специальный пакет данных (маркер). Если он не используется никакими узлами сети, то он свободен, и узел может захватить его, а затем использовать для передачи данных. Один разрешающий маркер непрерывно перемещается по кольцу в одном направлении, ожидая, пока какой-нибудь узел не воспользуется им.

В зависимости от выбранной топологии и технологии сети подбирается необходимая сетевая среда — линии связи, по которым распространяются электрические сигналы. Так для построения сети на базе технологии Ethernet можно применять пять различных типов кабеля: коаксиальный (тонкий и толстый), витую пару (неэкранированную и экранированную) и волоконно-оптический кабель.

1. Тонкий коаксиальный кабель (Thin Coaxial Cable — 10BASE2) типа RG-58 используется для дешевой сетевой топологии

«шина». Скорость передачи данных — 10 Мбит/с. Максимальная длина используемого кабеля — 190 м (при необходимости большей длины ставятся повторители).

2. Толстый коаксиальный кабель (Thick Coaxial Cable —10BASE5) часто используется в качестве магистрали (главного кабеля, к которому подключаются тонкие кабели, соединяющие ПК с сетью). К нему можно подключать до 100 узлов. Скорость передачи данных — такая же (10 Мбит/с). Максимальная длина используемого кабеля — 500 м.

3. Неэкранированная витая пара (Unshielded Twisted Pair — UTP — 10BASE—T) используется в сетевой топологии «звезда», часто для сокращения расходов (примерно в два раза дешевле экранированной). Скорость передачи данных — такая же (10Мбит/с). Максимальная длина используемого кабеля— 110м.

4. Экранированная витая пара (Shielded Twisted Pair —STP — 100BASE-T) используется в сетевой топологии «звезда», особенно, при наличии высоких уровней электромагнитных или радиочастотных помех. Скорость передачи данных (по кабелю 5 уровня) — 100 Мбит/с.

5. Волоконно-оптический кабель (Fiber—optical cable — FOC) используется для соединения офисов, расположенных на больших расстояниях (несколько км), а также при наличии сильных электромагнитных или радиочастотных помех. Скорость передачи данных — несколько Гбит/с. Самая дорогая сетевая среда.

Источник

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:

1. Физическая топология, представляющая фактическое расположение оборудования и взаимные связи между сетевыми узлами.
2. Логическая топология, представляющая сигнальное взаимодействие в области физической топологии.
3. Информационная топология, представляющая описание движения потоков информации внутри сети.
4. 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:

1. Сравнительно простая настройка.
2. Относительно простой монтаж и небольшая стоимость, особенно когда все рабочие станции расположены сравнительно недалеко друг от друга.
3. Неисправность на одной или нескольких рабочих станциях никак не влияет на работоспособность всей сети.

Недостатками топологии «шина» считаются следующие обстоятельства:

1. Неисправности в самой шине (в любом её месте), такие как, например, обрыв кабеля, выход из строя сетевых коннекторов, ведут к полному отказу сети.
2. Достаточно сложный процесс поиска неисправностей.
3. Низкий уровень производительности, поскольку в любой момент времени только один компьютер способен транслировать данные в сеть, с возрастанием количества рабочих станций производительность сети снижается.
4. 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:

1. Простоту установки.
2. Фактически полное отсутствие дополнительного оборудования.
3. Устойчивое функционирование без заметного падения скорости информационного обмена при интенсивной загрузке сети.

Тем не менее, кольцевая топология обладает и определёнными недостатками:

1. 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.
2. При подключении новой рабочей станции требуется краткосрочное прекращение работы всей сети, так как при установке нового персонального компьютера кольцо необходимо разомкнуть.
3. Наличие сложной процедуры конфигурирования и настройки.
4. 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:

1. Отказ в работе одной рабочей станции или повреждение ее кабеля никак не отражается на работе всей сети в целом.
2. Сеть обладает отличной масштабируемостью. Для подсоединения новой рабочей станции достаточно проложить от коммутатора отдельный кабель.

Источник