Звездообразная топология.
В топологии типа «звезда» все кабели идут к компьютерам от центрального узла, где они подключаются к концентратору (hub).
Звездообразная топология применяется в сосредоточенных сетях, в которых конечные точки достижимы из центрального узла. Она хорошо подойдет в тех случаях, когда предполагается расширение сети и требуется высокая надежность.
Каждый компьютер в сети с топологией типа «звезда» взаимодействует с центральным концентратором, который передает сообщение всем компьютерам (в звездообразной сети с широковещательной рассылкой или только компьютеру-адресату в коммутируемой звездообразной сети).
Активный концентратор регенерирует электрический сигнал и посылает его всем подключенным компьютерам. Такой тип концентратора часто называют многопортовым повторителем (multiport repeater). Для работы активных концентраторов и коммутаторов требуется питание от сети. Пассивные концентраторы, например коммутационная кабельная панель или коммутационный блок, действуют как точка соединения, не усиливая и не регенерируя сигнал. Электропитания такие устройства не требуют.
Для реализации сети с топологией типа «звезда» можно применять несколько типов кабелей. Гибридный концентратор позволяет использовать в одной звездообразной сети разные типы кабелей.
Расширять звездообразную сеть можно путем подключения вместо одного из компьютеров еще одного концентратора и подсоединения к нему дополнительных машин. Так создается гибридная звездообразная сеть.
Преимущества звездообразной топологии:
- такая сеть допускает простую модификацию и добавление компьютеров, не нарушая остальной ее части. Достаточно проложить новый кабель от компьютера к центральному узлу и подключить его к концентратору. Если возможности центрального концентратора будут исчерпаны, следует заменить его устройством с большим числом портов;
- центральный концентратор звездообразной сети удобно использовать для диагностики. Интеллектуальные концентраторы (устройства с микропроцессорами, добавленными для повторения сетевых сигналов) обеспечивают также мониторинг и управление сетью;
- отказ одного компьютера не обязательно приводит к останову всей сети. Концентратор способен выявлять отказы и изолировать такую машину или сетевой кабель, что позволяет остальной сети продолжать работу;
- в одной сети допускается применение нескольких типов кабелей (если их позволяет использовать концентратор).
- при отказе центрального концентратора становится неработоспособной вся сеть;
- многие сети с топологией типа «звезда» требуют применения на центральном узле устройства для ретрансляции широковещательных сообщений или коммутации сетевого графика;
- все компьютеры должны соединяться с центральной точкой, это увеличивает расход кабеля, и, следовательно, такие сети обходятся дороже, чем сети с иной топологией.
Сети с топологией в виде звезды и иерархической звезды
Звезда – одна из распространенных топологий локальных Ethernet-сетей. В этом разделе описываются два типа топологий: звезда и иерархическая звезда.
Если проводить параллели с объектами материального мира, то звездообразная топология имеет сходство со спицами колеса. Она состоит из центральной точки соединения, которая является устройством, таким как концентратор, коммутатор или маршрутизатор, где собираются все кабельные сегменты. Каждое устройство в сети присоединены к центральному своим собственным кабелем.
Рис. 7.4. Звездообразная топология
Физическая топология в виде звезды требует больше капитальных вложений, чем шинная, но преимущества звездообразной топологии более выгодны, чем дополнительная стоимость внедрения. Так как каждое устройство подсоединено к центральному устройству собственным проводом, то при проблемах с кабелем только одно устройство потеряет доступ к сети, а остальные сети продолжат работу. Это преимущество очень важно и это оправдывает разработку новых сетей с топологией в виде звезды.
Рис. 7.5. Топология «иерархическая звезда»
Когда звездообразная сеть расширяется, включая дополнительные сетевые устройства, которые подсоединены к основному сетевому устройству, эту топологию можно представить в виде иерархической звезды.
Проблемы с такой топологией возникают тогда, когда центральная точка повреждается, в этом случае большой блок может быть изолирован.
Кольцевая топология
Как предполагает название, в топологии кольцо все устройства в сети соединены в форме кольца или круга.
Рис. 7.6. Кольцевая топология
По сравнению с шинной топологией, кольцо не имеет ни начала, ни конца, которые требовали бы терминатора. Данные передаются по пути, который очень сильно отличен от логической шинной топологии. В первой реализации маркер (token) перемещался по кольцу, останавливаясь у каждого устройства. Если устройство хочет передать данные, то оно добавляет данные и адрес назначения к маркеру. Маркер продолжает двигаться по кольцу, пока не достигнет пункта назначения, который заберет данные из маркера. Преимущество использования этого метода заключается в том, что в пакете с данными нет коллизий. Существует два типа кольцевой топологии: одиночное кольцо и двойное кольцо.
В сети с одним кольцом все устройства используют один общий кабель, и данные передаются только в одном направлении. Каждое устройство ждет своей очереди, для того чтобы отправить данные через сеть. Одно кольцо, однако, чувствительно к одиночным повреждениям, прекращающим функционирование сети.
Рис. 7.7. Топология сети с двойным кольцом
В топологии сети с двойным кольцом два кольца позволяют отправлять данные в двух направлениях. Эта схема позволяет увеличить надежность (отказоустойчивость), это означает, что при повреждении одного кольца данные могут быть переданы по другому.
Полно связанная и частично связанная топологии
Другой тип топологии, схожий со звездообразной, называется ячеистой топологией.
Рис. 7.8. Полно связанная топология
В полно связанной топологии все устройства соединены друг с другом для надежности и устойчивости к отказам. Реализация этой топологии очень дорога и сложна. Этот метод наиболее защищен от повреждений, потому что повреждение любой лини не будет влиять на доступность.
Рис. 7.9. Частично связанная топология
В частично связанной топологии одно устройство связано с несколькими другими, но не со всеми. Это метод позволяет снизить стоимость по сравнению с полно связанным, но при этом позволяет разработчику связывать наиболее критические узлы для обеспечения большей надежности.
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.