3. Топологии локальных сетей. Выбор топологии сети
Компьютеры и другие компоненты локальной сети могут соединяться между собой различными способами. Используемая схема физического расположения сетевых компонентов называется топологией (Topology). Топология сети определяется геометрической фигурой, образованной линиями связи между компьютерами, или физическим расположением по отношению друг к другу компьютеров, связанных между собой. Топология сети может служить одной из характеристик для сравнения и классификации различных компьютерных сетей.
Существуют три основные топологии построения локальной сети:
В сети с топологией «звезда» все компьютеры соединены с центральным компьютером, или (hub – центр). Все данные поступают на центральный узел, который передает их получателю непосредственно. В этой топологии отсутствуют прямые связи между компьютерами сети. Передача всей информации происходит только через хаб (центральный компьютер). В качестве хаба может использоваться специальное устройство – концентратор, представляющий собой многопортовый репитер (repeater – повторитель). Основная функция репитера – получив данные на одном из портов, немедленно перенаправить их на другие порты.
Организация сети с топологией «звезда» проста и эффективна. При обрыве одного из кабелей, соединяющего отдельный компьютер сети с хабом, связь между остальными компьютерами, включенными по данной схеме, останется работоспособной. Если же из строя будет выведен сам центральный компьютер, то передача данных между компьютерами такой сети будет невозможна.
Достоинства звездообразной топологии:
– нарушение соединения в одном месте, кроме центрального узла, не прерывает работы локальной сети;
– при подключении большого количества компьютеров не происходит снижения производительности;
– безопасность информации обеспечивается на высоком уровне, так как компьютеры не получают чужих данных.
Недостатки звездообразной топологии:
– большой расход соединительного кабеля;
– поломка центрального узла приводит к неработоспособности всей сети;
– наращивание сети сопряжено с большими финансовыми затратами.
В топологии типа «кольцо» отсутствуют концевые точки соединения, т.е. сеть получается замкнутой в неразрывное кольцо.
В сети, построенной по кольцевой топологии, данные передаются в одном направлении от одного компьютера «кольца» к другому. Компьютер не передает информацию, пока не получит специальный маркер.
Достоинства кольцевой топологии:
– при подключении большого количества компьютеров происходит лишь незначительное снижение производительности.
Недостатки кольцевой топологии:
– нарушение соединения в одном месте приводит к прекращению работы всей локальной сети;
– безопасность информации обеспечивается не на очень высоком уровне: данные, посланные одним компьютером сети другому, могут быть легко перехвачены любым из компьютеров сети, которому они не предназначены, что может нарушить конфиденциальность передаваемой информации.
Топология «шина» использует для передачи данных один общий канал связи (чаще всего выполненный на основе коаксиального кабеля), к которому подключаются все компьютеры локальной сети.
Работа в сети с топологией «шина» осуществляется следующим образом. Когда один из компьютеров локальной сети с шинной топологией отправляет данные, они передаются по кабелю в обоих направлениях и принимаются всеми без исключения компьютерами, но использует их только тот из них, кому они были предназначены. Данные в сети с топологией «шина» могут следовать в любом направлении одновременно. На противоположных концах шины устанавливаются специальные заглушки – терминаторы.
Достоинства шинной топологии:
– легкость наращивания сети;
– не очень высокая стоимость оборудования.
Недостатки шинной топологии:
– нарушение соединения в одном месте приводит к неработоспособности всей локальной сети;
– при подключении большого количества компьютеров к одной шине происходит резкое снижение производительности;
– безопасность информации обеспечивается не на высоком уровне
Рассмотрев топологии локальных сетей я выбрала топологию-звезда. Из-за достоинств этой топологии. Рассмотрим данную топологию подробней. Звезда – это наиболее распространенная в России и Европе топология. Звезда имеет центральный блок – концентратор (hub) или коммутатор (switch). Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте сети RelCom. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.
Структура топологии ЛВС в виде «звезды»
Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.
При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети.
Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.
Центральный узел управления – сервер реализует оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра. Но есть и недостаток: если центральный компонент выйдет из строя – остановится вся сеть. А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором (коммутатором)), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры по сети этот сбой не повлияет.
Топология локальных сетей
Под топологией(компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения ихлиниями связи. Важно отметить, что понятиетопологииотносится, прежде всего, клокальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.
Топологияопределяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управленияобменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбиратьтопологиюпользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основныхтопологий, их достоинствах и недостатках надо.
Существует три, базовые топологиисети:
- Шина(bus) — все компьютеры параллельно подключаются к однойлинии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис. 1.5).
Рис. 1.5.Сетевая топология шина
- Звезда(star) — к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельнуюлинию связи(рис. 1.6). Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального — одному или нескольким периферийным.
Рис. 1.6.Сетевая топология звезда
- Кольцо(ring) — компьютеры последовательно объединены в кольцо. Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера (рис. 1.7).
Рис. 1.7.Сетевая топология кольцо На практике нередко используют и другие топологиилокальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовыетопологии. Прежде чем перейти к анализу особенностей базовых сетевых топологий, необходимо выделить некоторые важнейшие факторы, влияющие на физическую работоспособность сети и непосредственно связанные с понятиемтопология.
- Исправность компьютеров (абонентов), подключенных к сети. В некоторых случаях поломка абонента может заблокировать работу всей сети. Иногда неисправность абонента не влияет на работу сети в целом, не мешает остальным абонентам обмениваться информацией.
- Исправность сетевого оборудования, то есть технических средств, непосредственно подключенных к сети (адаптеры, трансиверы, разъемы и т.д.). Выход из строя сетевого оборудования одного из абонентов может сказаться на всей сети, но может нарушить обмен только с одним абонентом.
- Целостность кабеля сети. При обрыве кабеля сети (например, из-за механических воздействий) может нарушиться обмен информацией во всей сети или в одной из ее частей. Для электрических кабелей столь же критично короткое замыкание в кабеле.
- Ограничение длины кабеля, связанное с затуханием распространяющегося по нему сигнала. Как известно, в любой среде при распространении сигнал ослабляется (затухает). И чем большее расстояние проходит сигнал, тем больше он затухает (рис. 1.8). Необходимо следить, чтобы длина кабеля сети не была больше предельной длины Lпр, при превышении которой затухание становится уже неприемлемым (принимающий абонент не распознает ослабевший сигнал).
Рис. 1.8.Затухание сигнала при распространении по сети