Какие технологии локальных сетей используют топологию дерево

Добавил пользователь Валентин П.
Обновлено: 19.09.2024

Способ, которым устройства соединяются для формирования сети, называется сетевой топологией. Вот некоторые из факторов, влияющих на выбор топологии сети:

Стоимость — стоимость установки является очень важным фактором в общей стоимости установки инфраструктуры. Таким образом, длина кабеля, расстояние между узлами, расположение серверов и т. Д. Должны учитываться при проектировании сети.

Гибкость — топология сети должна быть достаточно гибкой, чтобы можно было реконфигурировать настройки офиса, добавлять новые узлы и перемещать существующие узлы.

Надежность — Сеть должна быть спроектирована таким образом, чтобы она имела минимальное время простоя. Отказ одного узла или сегмента кабелей не должен делать всю сеть бесполезной.

Масштабируемость — топология сети должна быть масштабируемой, то есть она может приспосабливаться к нагрузке новых устройств и узлов без ощутимого снижения производительности.

Простота установки. Сеть должна легко устанавливаться с точки зрения требований к оборудованию, программному обеспечению и техническому персоналу.

Простота обслуживания — поиск и устранение неисправностей и обслуживание сети должны быть простыми.

Топология шины

Сеть передачи данных с топологией шины имеет линейный кабель передачи , обычно коаксиальный , к которому подключено множество сетевых устройств и рабочих станций по всей длине. Сервер находится на одном конце шины. Когда рабочая станция должна отправлять данные, она передает пакеты с адресом назначения в своем заголовке по шине.

Данные перемещаются в обоих направлениях вдоль автобуса. Когда терминал назначения видит данные, он копирует их на локальный диск.

Преимущества топологии шины

Это преимущества использования топологии шины —

Простота установки и обслуживания
Может быть легко продлен
Очень надежный из-за единственной линии передачи

Недостатки топологии шины

Вот некоторые недостатки использования топологии шины —

Поиск и устранение неисправностей затруднен, так как нет единой точки контроля
Один неисправный узел может разрушить всю сеть
Тупые клеммы не могут быть подключены к шине

Кольцевая топология

В кольцевой топологии каждый терминал соединен ровно с двумя узлами , что дает сети круглую форму. Данные перемещаются только в одном заранее определенном направлении.

В мире нет ничего особенного. Никакого волшебства. Только физика.

Чак Паланик

Вопросы к экзамену

Для всех групп технического профиля

Учу детей тому, как надо учиться

Часто сталкиваюсь с тем, что дети не верят в то, что могут учиться и научиться, считают, что учиться очень трудно.

Лекция 02. Топология локальных сетей. Состав и конфигурация сетевой аппаратуры в зависимости от топологии сети.

Топология локальных сетей.

Состав и конфигурация сетевой аппаратуры в зависимости от топологии сети.

1. Понятие топологии сети

Общая схема соединения компьютеров в локальные сети называется топологией сети

Топология - это физическая конфигурация сети в совокупности с ее логическими характеристиками. Топология - это стандартный термин, который используется при описании основной компоновки сети. Если понять, как используются различные топологии, то можно будет определить, какими возможностями обладают различные типы сетей.

Существует два основных типа топологий:

Логическая топология описывает правила взаимодействия сетевых станций при передаче данных.

Физическая топология определяет способ соединения носителей данных.

Топология сети обуславливает ее характеристики.

Выбор той или иной топологии влияет на:

состав необходимого сетевого оборудования
характеристики сетевого оборудования
возможности расширения сети
способ управления сетью

Конфигурация сети может быть или децентрализованной (когда кабель "обегает" каждую станцию в сети), или централизованной (когда каждая станция физически подключается к некоторому центральному устройству, распределяющему фреймы и пакеты между станциями). Примером централизованной конфигурации является звезда с рабочими станциями, располагающимися на концах ее лучей. Децентрализованная конфигурация похожа на цепочку альпинистов, где каждый имеет свое положение в связке, а все вместе соединены одной веревкой. Логические характеристики топологии сети определяют маршрут, проходимый пакетом при передаче по сети.

При выборке топологии нужно учитывать, чтобы она обеспечивала надежную и эффективную работу сети, удобное управление потоками сетевых данных. Желательно также, чтобы сеть по стоимости создания и сопровождения получилась недорогой, но в то же время оставались возможности для ее дальнейшего расширения и, желательно, для перехода к более высокоскоростным технологиям связи. Это непростая задача! Чтобы ее решить, необходимо знать, какие бывают сетевые топологии.

По топологии связей различают:

2. Базовые топологии сети

Существует три базовые топологии, на основе которых строится большинство сетей.

шина (bus)
звезда (star)
кольцо (ring)

"Шиной" называется топология, в которой компьютеры подключены вдоль одного кабеля.

"Звездой" называется топология, в которой компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора.

"Кольцом" называется топология, если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо.

Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.

2.1 Топология сети типа "шина" (bus)

В этой топологии все компьютеры соединяются друг с другом одним кабелем. Каждый компьютер присоединяется к общему кабелю, на концах которого устанавливаются терминаторы. Сигнал проходит по сети через все компьютеры, отражаясь от конечных терминаторов.

Схема топологии сети тип "шина"

Топология "шина" порождается линейной структурой связей между узлами. Аппаратно такая топология может быть реализована, например, путём установки на центральные компьютеры двух сетевых адаптеров. В целях предотвращения отражения сигнала на концах кабеля должны быть установлены терминаторы, поглощающие сигнал.

В сети с топологией "шина" компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов - аппаратных MAC-адресов. Чтобы понять процесс взаимодействия компьютеров по шине, нужно уяснить следующие понятия:

передача сигнала
отражение сигнала
терминатор

1. Передача сигнала

Данные в виде электрических сигналов, передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу. Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть. Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети
частота, с которой компьютеры передают данные
тип работающих сетевых приложений
тип сетевого кабеля
расстояние между компьютерами в сети

Шина - пассивная топология. Это значит, что компьютеры только "слушают" передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

2. Отражение сигнала

Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети - от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить.

Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают заглушки (терминаторы, terminators), поглощающие эти сигналы. Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру или к баррел-коннектору - для увеличения длины кабеля. К любому свободному (неподключенному ни к чему) концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.

Нарушение целостности сети может произойти, если разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети. Сеть "падает". Сами по себе компьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

У такой топологии сети есть достоинства и недостатки.

Достоинств топологии "шина":

небольшое время установки сети
дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств)
простота настройки
выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети

Недостатки топологии "шина":

такие сети трудно расширять (увеличивать число компьютеров в сети и количество сегментов - отдельных отрезков кабеля, их соединяющих).
поскольку шина используется совместно, в каждый момент времени передачу может вести только один из компьютеров.
"шина" является пассивной топологией - компьютеры только "слушают" кабель и не могут восстанавливать затухающие при передаче по сети сигналы.
надежность сети с топологией "шина" невысока. Когда электрический сигнал достигает конца кабеля, он (если не приняты специальные меры) отражается, нарушая работу всего сегмента сети.

Проблемы, характерные для топологии "шина", привели к тому, что эти сети сейчас уже практически не используются.

Топология сети типа "шина" известна как логическая топология Ethernet 10 Мбит/с.

2.2 Базовая топология сети типа "звезда" (star)

При топологии "звезда" все компьютеры подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub). Каждый компьютер подсоединяется к сети при помощи отдельного соединительного кабеля. 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.

Схема топологии сети типа "звезда"

Достоинства типологии "звезда":

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

Недостатки типологии "звезда":

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.

Топология типа "звезда" нашла свое отражение в технологии Fast Ethernet6.

2.3 Базовая топология сети типа "кольцо" (ring)

При топологии "кольцо" компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. 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 (повторителя), усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

Схема сети типа "кольцо"

Маркер – пакет данных, разрешающий компьютеру передавать данные 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 топологии "кольцо":

простота установки
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.

Недостатки топологии "кольцо":

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 FDDI8, Token ring9.

3. Другие возможные сетевые топологии

Реальные компьютерные сети постоянно расширяются и модернизируются. Поэтому почти всегда такая сеть является гибридной, т.е. ее топология представляет собой комбинацию нескольких базовых топологий. Легко представить себе гибридные топологии, являющиеся комбинацией "звезды" и "шины", либо "кольца" и "звезды".

3.1 Топология сети типа "дерево" (tree)

Топологию "дерево" (tree), можно рассматривать как объединение нескольких "звезд". Именно эта топология сегодня является наиболее популярной при построении локальных сетей.

Схема топологии сети типа "дерево"

В древовидной топологии есть корень дерева, от которого произрастают ветви и листья.

Дерево может быть активным или истинным и пассивным. При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном - концентраторы (хабы).

Рисунок 6 - Схема топологии сети типа "активное дерево"

Рисунок 7 - Схема топологии сети типа "пассивное дерево"

3.2 Комбинированные топологии сети

Довольно часто применяются комбинированные топологии, среди них наиболее распространены звездно-шинная и звездно-кольцевая.

В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды.

Схема комбинированной топологии сети типа "star-bus"

К концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты. На самом деле реализуется физическая топология шина, включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. В результате получается звездно-шинное дерево. Таким образом, пользователь может гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети. С точки зрения распространения информации данная топология равноценна классической шине.

В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы, к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи.

Схема комбинированной топологии сети типа "star-ring"

В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов линии связи образуют замкнутый контур (как показано на рисунке 9). Данная топология дает возможность комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети. Если говорить о распространении информации, данная топология равноценна классическому кольцу.

3.3 "Сеточная" топология сети

Наконец, следует упомянуть о сетчатой, или сеточной (mesh) топологии, в которой все либо многие компьютеры и другие устройства соединены друг с другом напрямую (рисунок 10).

Рисунок 10 - Схема сеточной топологии сети

Такая топология исключительно надежна - при обрыве любого канала передача данных не прекращается, поскольку возможно несколько маршрутов доставки информации. Сеточные топологии (чаще всего не полные, а частичные) используются там, где требуется обеспечить максимальную отказоустойчивость сети, например, при объединении нескольких участков сети крупного предприятия или при подключении к Интернету, хотя за это, конечно, приходится платить: существенно увеличивается расход кабеля, усложняется сетевое оборудование и его настройка.

В настоящее время, подавляющее большинство современных сетей используют топологию "звезда" или гибридную топологию, представляющую собой объединение нескольких "звезд" (например, топологию типа "дерево"), и метод доступа к среде передачи CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений).

Фрагмент вычислительной сети

Фрагмент вычислительной сети включает основные типы коммуникационного оборудования, применяемого сегодня для образования локальных сетей и соединения их через глобальные связи друг с другом. Для построения локальных связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем, сетевые адаптеры, концентраторы-повторители, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. Для подключения локальных сетей к глобальным связям используются специальные выходы (WAN порты) мостов и маршрутизаторов, а также аппаратура передачи данных по длинным линиям – модемы (при работе по аналоговым линиям) или же устройства подключения к цифровым каналам (TA – терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.).

Компьютерные сети

Для локальной вычислительной сети (ЛВС) топология считается одной из ее важнейших характеристик. Топология локальных сетей – это максимально формализованное представление структуры. Она существенно облегчает разработчикам и администраторам весь круг задач – от закупки и размещения оборудования, трассировки каналов связи, до обслуживания и поиска неисправностей.

Топологии локальных сетей: определение, значения

В практике используют несколько вариантов топологий. Как классифицируются схемы, определяется назначением и отображаемой информацией.

Физическая

Физическая топология описывает реальную конфигурацию связей между узлами локальной сети и, частично, их размещение. Последнее актуально, когда сетевое оборудование (рабочие станции и серверы, коммутационная аппаратура) расположены территориально обособлено, например, в разных зданиях.

В точках схемы (вершинах графа) изображают узлы сети:

компьютеры – рабочие станции, серверы, мобильные терминалы:
сетевое оборудование – коммутаторы (хабы), маршрутизаторы, точки доступа;
другие устройства с сетевым доступом или управлением – принтеры, факсы, ИБП, АТС и пр.

Логическая

Этот вариант топологии описывает логику прохождения по каналам связи и обработки узлами локальной сети сигналов. Чаще всего не разрабатывается как самостоятельная схема, а накладывается на физическую. В зависимости от используемых протоколов, может составляться несколько схем, например, отдельные для UDP и TCP-IP.

Информационная

Топология отражает организацию информационного взаимодействия в локальной сети. Чаще в вершинах графа размещают не физические устройства, а сетевые приложения. Ребра графа отражают потоки информации между ними.

Возможно наложение схемы на физическую топологию, но такой вариант применяется крайне редко. Это обусловлено вероятными кардинальными различиями топологий. Примером служит домашняя беспроводная сеть:

точка доступа (Wi-Fi роутер) на физическом уровне является центральным узлом, ЛВС имеет признаки иерархической организации.
все терминалы абсолютно равноправны, соответственно, сеть можно считать одноранговой.

В большинстве случаев, когда говорят о топологии ЛВС, имеют в виду именно ее физическую организацию. Логическую и информационную схемы разрабатывают, в основном, для сложных компьютерных сетей предприятий или провайдеров телекоммуникационных услуг.

Виды и примеры топологий компьютерных сетей

Локальные сети строят, используя различные виды топологии. Каждому присущи собственные достоинства и недостатки.

Поэтому выбор топологии должен производиться по результатам тщательного анализа основных факторов, среди которых:

Связь между узлами. В это понятие входит не только реализация физических соединений (тип кабеля, стандарт беспроводной связи и т.д.), но и обмен данными, например, дуплексный или полудуплексный. Частным случаем выступают производительность и скорость передачи данных.
Простота построения сети. Здесь учитывают прокладку кабельных линий, размещение точек доступа и повторителей для беспроводных сетей, возможности добавления узлов.
Масштабируемость. Определяет, насколько сложной становится процедура расширения локальной сети при необходимости добавления новых рабочих станций или их групп, сетевого оборудования.
Максимальная длина связей. Этот фактор связан с затуханием сигнала в среде передачи и может стать причиной существенного усложнения конфигурации сети на значительной площади.
Наличие точек критической уязвимости и области их воздействия. Под такими точками понимают узлы или связи, нарушение работоспособности которых приводит к проблемам в работе всей сети или ее сегментов.
Надежность и устойчивость. Характеризуют возможность локальной сети оставаться в работе и выполнять задачи при проблемах на узлах и связях топологии.
Дополнительные требования. К ним относятся любые другие условия, необходимые при использовании локальной сети определенной топологии, например, связанные с распространением сигналов.

К базовым топологиям относят 3 вида:

шина (bus);
звезда (star);
кольцо (ring).

Топология шина

При использовании такой топологии в локальной сети организуется общий физический канал (шина) – один или несколько проводов, к которым параллельно подключаются сетевые адаптеры узлов. Распространенный в недалеком прошлом пример применения решения – сеть с коаксиальным кабелем и T-коннекторами для подключения.

В структуре отсутствует центральный узел, который обеспечивает обмен между абонентами. Каждое из подключенных устройств принимает предназначенные ему пакеты и передает данные в общий канал.

В связи с этим требуется организация полудуплексного обмена – двустороннего, но с соблюдением очередности между абонентами. Решает проблему и использование других алгоритмов мультиплексирования. В противном случае, когда два и более узла осуществляют одновременную передачу пакетов по шине, высока вероятность сбоев (т.н. коллизий). Это также ограничивает реальную скорость обмена, особенно при подключении значительного числа устройств.

Еще одна особенность такой реализации – необходимость заглушек (терминаторов) на свободных концах шины. Она обусловлена физическими свойствами проводников, которые образуют т.н. линию с распределенными параметрами. В таких линиях наблюдается эффект отражения сигнала на неподключенном конце. Его проявление в канале передачи данных спровоцирует коллизии. Требование распространяется на любые проводные линии.

Подключение нескольких Wi-Fi устройств к роутеру (точке доступа) по одному (из 11) каналов диапазона также можно рассматривать как шину с мультиплексированием.

К достоинствам шинной топологии относят:

простоту организации сети, в том числе, прокладки общей шины и подключения новых абонентов;
устойчивость к отказам отдельных узлов локальной сети.

Недостатков у общей шины (особенно, в проводном варианте) больше:

Топология кольцо

В такой топологии каждый из узлов локальной сети оказывается связан только с двумя соседними. Соединение выполняется парой приемник-передатчик. Передача информации осуществляется только в одном направлении. При этом любой абонент полностью транслирует полученные пакеты, если они предназначены другому узлу.

Практически снимаются ограничения на длину соединений, поскольку каждая локальная пара приемник-передатчик выступает усилителем сигнала. Они продолжают действовать, только если расстояния между соседними точками сравнимы с показателями затухания для среды передачи.
Нет эффекта отражения сигнала в проводных линиях, поскольку неподключенных концов не остается.
Разделение доступа для предотвращения коллизий осуществляют передачей маркера пакета, сигнализирующего о свободном канале. После его получения, компьютер, которому необходимо передать данные изменяет маркер, и отправляет пакеты. После получения квитанции (подтверждения) от приемника – снова отправляет маркер по кольцу.

В результате кольцевая топология позволяет добиться в локальной сети высокой производительности. Такую структуру легко реализовать, проста она и в настройке.

Топология звезда

Особенность такой топологии – наличие в локальной сети центрального узла, К нему независимыми линиями связи подключены все абоненты. Обмен данными между любыми участниками ведется только через центральный узел. Пример реализации – Ethernet сеть с центральным коммутатором (хабом) и подключением клиентского оборудования витой парой.

Центральный узел локальной сети может быть:

Пассивным (хаб, неуправляемый коммутатор). В этом случае пакет от передающего абонента транслируется всем остальным, Обрабатывает его только рабочая станция, адрес которой содержится в заголовке пакета. Решение дешевое, но при большом количестве узлов сети приводит к высокой загрузке каналов связи.
Активным. Функции центрального узла выполняет компьютер (сервер), управляемый или интеллектуальный коммутатор, маршрутизатор. Их отличие – дополнительные функции, например, хранение в ассоциативной памяти конфигурации локальной сети (пар адрес-порт) или таблиц маршрутизации, управление приоритетами с протоколом QoS и др. Это позволяет превратить широковещательный трафик в избирательный, сократить загрузку каналов, построить защиту от DDoS-атак (намеренных или случайных).

Топология звезда для локальной сети имеет преимущества по:

Управляемости и простоте администрирования – на центральном узле ЛВС эти задачи решать удобнее.
Масштабируемости. При добавлении новых устройств достаточно подключения отрезка кабеля в свободный порт хаба. Аналогично присоединяют и целые сегменты сети или подсети.
Устойчивости к выходу из строя отдельных рабочих станций или других устройств клиентов, обрыву отдельных сегментов (лучей звезды). В обоих случаях неисправность на функционирование остальных машин и каналов связи не влияет.

Среди недостатков звездной конфигурации отмечают:

Удорожание, по сравнению с другими базовыми. Оно связано с установкой центрального оборудования и прокладку отдельных линий связи от него к каждой точке подключения.
Появление критической точки уязвимости. Им становится центральный узел, выход из строя которого парализует локальную сеть или ее сегмент полностью.

Ячеистая (древовидная)

Развитием топологии звезда стала древовидная. Такая локальная сеть выглядит как иерархическая комбинация сегментов, каждый из которых построен по звездной топологии. Центральные узлы таких сегментов соединяются между собой:

с одним родительским, более высокого уровня в иерархии;
с любым количеством (по числу доступных портов) дочерних, более низкого уровня.

Основной структурный компонент локальной сети – ячейка, группа узлов, соединенных между собой.
Каждый из узлов входит более чем в одну ячейку.
Часть или все элементы ячейки выступают ретрансляторами пакетов для связанных с ними.

В результате формируется структура, когда для каждого узла локальной сети одновременно существует несколько путей передачи информации адресату. Система получает максимальную устойчивость – выход из строя одного узла не сказывается на работоспособности сети в целом.

Смешанная топология

Смешанной или гибридной называют топологию локальной сети, в которой для сегментов или подсетей и их объединения используют несколько базовых.

Такие комбинации, например звездно-шинная или звездно-кольцевая реализовывают оптимальную структуру для конкретных задач. Однако недостатки присущие им остаются в силе и для комбинированной.

Централизованная и децентрализованная система

Сегодня в компьютерных сетях приоритетом стала централизованная организация. В этом случае основные функции системы – маршрутизация, администрирование, выделение адресов реализованы на центральном устройстве (рабочей станции, сервере, маршрутизаторе, коммутаторе). Этим достигается эффективное управление ресурсами, надежность и отказоустойчивость.

Один из путей ее устранения – переход к децентрализованной организации. В этом случае часть функций центрального делегируется другим узлам локальной сети. Большинство из них равноправны. При этом получают либо те же права и функционал, что и делегирующий, либо статус резервных с дублированием данных.

Это дает вместо одного варианта решения сетевой задачи (например, обмена между абонентами) несколько равнозначных. Надежность и отказоустойчивость системы кратно возрастает.

Пример децентрализованной организации –упомянутые mesh (ячеистые) локальные сети. Аналогия в глобальном пространстве интернет – блокчейн-сети, способные сохранить полный функционал даже при единственном рабочем криптовалютном кошельке.

Полносвязная или сеточная топология

Когда узел в локальной сети объединен прямыми связями не с одним, а с несколькими, говорят о сеточной топологии. Такой подход используется при построении ячеистых (mesh) сетей. Удобна она для организации децентрализованных систем.

При отсутствии в ней некоторых связей она становится неполносвязной.

Таким образом, топология – представление локальной сети, отображающее ее физическую, логическую или информационную модель. При построении ЛВС используют базовые топологии – шина, кольцо, звезда или их комбинации и модификации. При этом учитывают характерные свойства, преимущества и недостатки структур.

На этой странице мы поговорим на такие темы, как : Коммуникационное оборудование, Топология сети и Компьютерная сеть и про все что с этим связано.
К Коммуникационному оборудованию относятся всевозможные аппаратные средства, необходимые для объединения узлов компьютерной сети, ее расширения и выполнения других функций. В компьютерных сетях с небольшим числом абонентов, где структура ограничивается базовой топологией сети, коммуникационное оборудование может отсутствовать.

Топология сети

Топология сети, это компоновка, структура, физическое расположение всех узлов компьютерной сети (рабочих станций, серверов, коммуникационного оборудования) и способ соединения их линий связи. Топологию сети делят на :

Физическая — описывает реальное расположение и связи между узлами сети.
Логическая — управление обменом в сети, регулирование трафика, метод доступа.
Информационную — описывает направление потоков информации, передаваемых по сети.

Топология типа шина, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.

При построении больших компьютерных сетей возникает проблема ограничения на длину связи между узлами, в таком случае сеть разбивают на сегменты. Сегменты соединяются различными устройствами — повторителями, концентраторами или хабами. Например, технология Ethernet позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров.

Типичная шинная топология имеет простую структуру кабельной системы с короткими отрезками кабелей. Поэтому по сравнению с другими топологиями стоимость ее реализации невелика. Однако низкая стоимость реализации компенсируется высокой стоимостью управления. Фактически, самым большим недостатком шинной топологии является то, что диагностика ошибок и изолирование сетевых проблем могут быть довольно сложными, поскольку здесь имеются несколько точек концентрации. Так как среда передачи данных не проходит через узлы, подключенные к сети, потеря работоспособности одного из устройств никак не сказывается на других устройствах. Хотя использование всего лишь одного кабеля может рассматриваться как достоинство шинной топологии, однако оно компенсируется тем фактом, что кабель, используемый в этом типе топологии, может стать критической точкой отказа. Другими словами, если шина обрывается, то ни одно из подключенных к ней устройств не сможет передавать сигналы.

Топология типа кольцо, базовая топология компьютерной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутую сеть.

В кольце, в отличие от других топологий (звезда, шина), не используется конкурентный метод посылки данных, компьютер в сети получает данные от стоящего предыдущим в списке адресатов и перенаправляет их далее, если они адресованы не ему. Список адресатов генерируется компьютером, являющимся генератором маркера. Сетевой модуль генерирует маркерный сигнал (обычно порядка 2-10 байт во избежание затухания) и передает его следующей системе (иногда по возрастанию MAC-адреса). Следующая система, приняв сигнал, не анализирует его, а просто передает дальше. Это так называемый нулевой цикл.

Последующий алгоритм работы таков — пакет данных GRE, передаваемый отправителем адресату начинает следовать по пути, проложенному маркером. Пакет передаётся до тех пор, пока не доберётся до получателя.

Простота установки.
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.

Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети.
Сложность конфигурирования и настройки.
Сложность поиска неисправностей.

Рабочая станция, с которой нужно послать данные, отсылает их на концентратор, а тот определяет адресата и отдаёт 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. Этот недостаток отсутствует на сетевом устройстве более высокого уровня — коммутаторе, который, в отличие от концентратора, подающего пакет на все порты, подает лишь на определенный порт получателю. Одновременно может быть передано несколько пакетов. Сколько зависит от коммутатора.

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.
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.

Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором.

Читайте также: