5.3. Звездообразная топология
Звездообразная топология (star topology), или просто «звезда», является старейшим способом передачи сигналов, имеющим свое начало в коммутационных телефонных станциях. Несмотря на возраст, достоинства при использовании в сетях делают звездообразную топологию удачным выбором для современных сетей. Физически звездообразная топология состоит из множества узлов, подключенных к центральному концентратору. Каким образом рабочие станции и сервер подключены к концентратору, показано на Рис. 9. Концентратор (hub) — это центральное устройство, объединяющее в сеть отдельные кабельные сегменты или отдельные локальные сети. Некоторые концентраторы также называются элементами доступа (access unit) Отдельные сегменты передающего кабеля расходятся от концентратора как звезда.
Рис. 9. Звездообразная топология
В настоящее время начальные затраты на реализацию звездообразной топологии ниже, чем для традиционной шинной топологии и сравнимы с рая ходами на создание кольца. Это объясняется понижением цен на сетевое оборудование и кабель, вызванным широким распространением этой архитектуры. Как и кольцо, звездообразная топология проще в управлении, чем традиционная шинная сеть (отказавшие узлы обнаруживаются очень быстро). Если узел или кабель неисправны, сетевое оборудование легко может изолировать их от сети и работоспособность других узлов не нарушится. Звезду легче расширить, подключив дополнительные узлы или сети. Также она наилучшим образом может быть модернизируема для работы на больших скоростях. Звезда — это наиболее распространенная топология и поэтому для нее существует широкий выбор оборудования.
Недостатком звезды является то, что концентратор является единственной точкой отказа: при выходе его из строя все подключенные узлы теряют возможность передачи данных (если отсутствуют дополнительные меры обеспечения избыточности). Другим недостатком является то, что для звезды требуется больше кабеля, чем для шины; однако кабели и разъемы для звездообразной топологии в настоящее время дешевле, чем для шинной.
5.4. Реализация шинной топологии в виде физической звезды
В современных сетях логическая организация сети с применением шинной топологии совмещается с физической реализацией в виде звезды. При такой архитектуре каждый луч звезды функционирует как отдельный сегмент логической шины, имеющий только один или два подключенных компьютера. Такой сегмент шины по-прежнему имеет два конца, однако преимуществом является отсутствие терминаторов. В данном случае один конец сегмента заканчивается на концентраторе, а другой — на сетевом устройстве.
Другим достоинством комбинированной архитектуры является то, что для расширения сети в разных направлениях можно соединить несколько концентраторов при условии выполнения спецификаций IEEE на длину кабелей, количество концентраторов и подключенных устройств. Соединение между концентраторами представляет собой магистраль, которая чаще всего обеспечивает высокоскоростную передачу данных между ними. Магистраль (backbone) — это быстродействующая среда передачи информации, соединяющая сети и центральные сетевые устройства в масштабах этажа, всего здания или нескольких удаленных площадок.
Для упрощения процесса обнаружения неисправностей концентраторы имеют специальные встроенные средства. Также имеются возможности расширения для реализации высокоскоростных сетей. Поскольку описываемая архитектура широко распространена, то для шинных сетей, реализованных в виде физической звезды, имеется большой выбор оборудования.
Звездообразная топология
Звездообразная топология (star topology), или просто «звезда», является старейшим способом передачи сигналов, имеющим свое начало в коммутационных телефонных станциях. Несмотря на возраст, достоинства при использовании в сетях делают звездообразную топологию удачным выбором для современных сетей. Физически звездообразная топология состоит из множества узлов, подключенных к центральному концентратору. Каким образом рабочие станции и сервер подключены к концентратору, показано на рис. 2.10. Концентратор (hub) – это центральное устройство, объединяющее в сеть отдельные кабельные сегменты или отдельные локальные сети. Некоторые концентраторы также называются элементами доступа (access unit) Отдельные сегменты передающего кабеля расходятся от концентратора как звезда (выполните практическое задание 2-6 и создайте диаграмму звездообразной топологии).
В настоящее время начальные затраты на реализацию звездообразной топологии ниже, чем для традиционной шинной топологии и сравнимы с рая ходами на создание кольца. Это объясняется понижением цен на сетевое оборудование и кабель, вызванным широким распространением этой архитектуры. Как и кольцо, звездообразная топология проще в управлении, чем традиционная шинная сеть (отказавшие узлы обнаруживаются очень быстро). Если узел или кабель неисправны, сетевое оборудование легко может изолировать их от сети и работоспособность других узлов не нарушится. Звезду легче расширить, подключив дополнительные узлы или сети. Также она наилучшим образом может быть модернизируема для работы на больших скоростях. Звезда – это наиболее распространенная топология и поэтому для нее существует широкий выбор оборудования.
Недостатком звезды является то, что концентратор является единственной точкой отказа: при выходе его из строя все подключенные узлы теряют возможность передачи данных (если отсутствуют дополнительные меры обеспечения избыточности). Другим недостатком является то, что для звезды требуется больше кабеля, чем для шины; однако кабели и разъемы для звездообразной топологии в настоящее время дешевле, чем для шинной.
Реализация шинной топологии в виде физической звезды
В современных сетях логическая организация сети с применением шинной топологии совмещается с физической реализацией в виде звезды. При такой архитектуре каждый луч звезды функционирует как отдельный сегмент логической шины, имеющий только один или два подключенных компьютера. Такой сегмент шины по-прежнему имеет два конца, однако преимуществом является отсутствие терминаторов. В данном случае один конец сегмента заканчивается на концентраторе, а другой – на сетевом устройстве.
Другим достоинством комбинированной архитектуры является то, что для расширения сети в разных направлениях можно соединить несколько концентраторов при условии выполнения спецификаций IEEE на длину кабелей, количество концентраторов и подключенных устройств. Соединение между концентраторами представляет собой магистраль, которая чаще всего обеспечивает высокоскоростную передачу данных между ними. Магистраль (backbone) – это быстродействующая среда передачи информации, соединяющая сети и центральные сетевые устройства в масштабах этажа, всего здания или нескольких удаленных площадок.
Для упрощения процесса обнаружения неисправностей концентраторы имеют специальные встроенные средства. Также имеются возможности расширения для реализации высокоскоростных сетей. Поскольку описываемая архитектура широко распространена, то для шинных сетей, реализованных в виде физической звезды, имеется большой выбор оборудования.
Звездообразная топология
В некоторых случаях все устройства подключаются к одному распределительному блоку (концентратору). В результате получается топология, которая называется звездообразной (рис. 11). В настоящее время она наиболее распространена. Стандарт 10BASE-T Ethernet также предусматривает поддержку звездообразной топологии. В сети 10BASE-T обычно применяется неэкранированный кабель UTP категории 3 или 5, но для организации Fast Ethernet и более быстрых сетей требуется исключительно кабель UTP категории 5.
Ðèñ. 11. В звездообразной топологии сетевые компьютеры и устройства подсоединяются к одному или нескольким концентраторам/узловым передатчикам
Поскольку с каждым компьютером используется отдельный кабель, проблемы сетевого подключения одной системы никак не отразятся на остальных компьютерах. Шинная топология требует меньше кабеля, чем звездообразная, однако ее сложнее диагностировать и исправлять возможные неполадки. В настоящее время звездообразная топология Fast Ethernet является самым популярным типом локальной сети; для конфигурирования сети можно воспользоваться специальными сетевыми наборами, в которых большинство сетевых параметров настроено заранее. Звездообразная топология также используется в стандартах 10BASE-T Ethernet è 1000BASE-TX Gigabit Ethernet. Â 10BASE-T можно использовать UTP-кабель категории 3 или 5, в то время как для Fast Ethernet è Gigabit Ethernet необходим UTP-кабель категории 5.
Концентраторы/коммутаторы для Ethernet
Итак, можно констатировать, что современная Ethernet для рабочих групп базируется на кабеле UTP с рабочими станциями, расположенными в виде звезды, центром которой является концентратор или коммутатор. Все концентраторы Ethernet имеют такие элементы:
- несколько разъемов RJ-45 для кабеля UTP;
- индикаторы диагностики и активности;
- источник питания.
Как работают концентраторы
В Ethernet компьютер посылает концентратору запрос на сетевую информацию или запрос программам. Концентратор пересылает этот запрос всем компьютерам, подключенным к нему. Когда компьютер, которому адресовано сообщение, получает его, он посылает запрашиваемую информацию обратно концентратору, который снова пересылает ее всем компьютерам, несмотря на то что только один компьютер будет ее обрабатывать. Таким образом, концентратор работает как радиоретранслятор, который посылает сигнал всем приемникам, однако только соответственно настроенные приемопередатчики могут отсылать или передавать информацию.
Сравнение концентраторов и коммутаторов
Коммутаторы, как и концентраторы, используются для соединения компьютеров сети Ethernet, созданной на базе кабеля UTP, друг с другом. Концентраторы, в свою очередь, транслируют передаваемые данные всем компьютерам, подключенным к локальной сети. Коммутаторы используют функцию, называемую запоминанием адреса, которая определяет пункт назначения каждого пакета данных и отправляет его непосредственно тому компьютеру, для которого он предназначен. Таким образом, коммутатор можно сравнить с телефонной станцией, которая напрямую соединяет инициатора звонка с абонентом. Поскольку коммутаторы устанавливают прямое соединение между передающим и принимающим компьютерами, они обеспечивают полную ширину полосы пропускания для каждого порта. В то же время концентраторам приходится делить полосу пропускания сети на все ее активные системы. Это означает, что ширина полосы пропускания, в зависимости от загруженности сети, может увеличиваться или уменьшаться. Представьте, например, рабочую группу из четырех компьютеров, использующую сетевые адаптеры 10/100 и концентратор Ethernet. Общая ширина полосы пропускания сети равна 100 Мбит/с. В том случае, если две системы в рабочем состоянии, эффективная ширина полосы пропускания будет равна 50 Мбит/с (100 Мбит/с, разделенные на 2). Если работают все четыре системы, эффективная ширина полосы пропускания уменьшается до 25 Мбит/с (100 Мбит/с, разделенные на 4). Таким образом, увеличение числа активных пользователей приводит к уменьшению пропускной способности сети. Коммутатор, используемый вместо концентратора, не транслирует данные всем компьютерам сети, поэтому эффективная ширина полосы пропускания для каждой системы остается равной 100 Мбит/с. Большинство устройств 10/100 и Fast Ethernet или коммутаторов 10/100 также поддерживают дуплексный режим работы (одновременные передача и прием данных), позволяющий удвоить фактическую ширину полосы пропускания до 200 Мбит/с. Очевидно, что использование коммутатора позволяет значительно повысить производительность сети, не меняя при этом ее компонентов.