15. Топология локальных вычислительных сетей

Топология ЛВС- это конфигурация соединения элементов вЛВС. Именно то­поло­гия во многом определяет самые важные свойства сети, такие как надежность и производи­тельность.

Kонфигурации локальных сетей обычно делят на два основных класса.

• широковещательные;

• последовательные.

В широковещательныхконфигурациях каждый ПК передает сигналы, которые могут быть восприняты всеми остальными ПК. К таким конфигурациям относятся;

• общая шина;

• дерево (соединение нескольких общих шин с помощью репитеров);

• звезда с пассивным центром.

Преимущества конфигураций этого класса — простота организации сети.

В последовательныхконфигурациях каждый физический подуровень передает ин­формацию только одному ПК. К таким конфигурациям относятся:

• звезда с интеллектуальным центром;

• кольцо;

• иерархическое соединение;

• снежинка.

Основное достоинство — простота программной реализации соединения.

Для предотвращения коллизий в передаче информации чаще всего применяется вре­менной метод разделения, согласно которому каждой подключенной рабочей стан­ций в оп­ределенные моменты времени предоставляется исключительное право на ис­пользование ка­нала передачи информации. Поэтому требования к пропускной способ­ности сети при по­вышенной нагрузке, то есть при вводе новых рабочих станций, сни­жаются.

В различных топологиях реализуются различные принципы передачи информа­ции. В широковещательных этоселекция информации, впоследовательных —маршрутизация информации.

В ЛВСс широкополосной передачей информации рабочие станции получают частоту, на которой они могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые дан­ные модули­руются на соответствующих несущих частотах. Техника широкополосных сообщений позво­ляет одновременно транспортировать в коммуникационной среде до­вольно большой объем информации.

Звездообразная топология представлена в виде звезды с активным центром. Она унаследована из области мэйнфреймов, где головная машина получает и обрабатывает все данные с терминальных устройств как активный узел обработки данных. Вся ин­формация между периферийными рабочими станциями проходит через центральный узел вычисли­тельной сети.

Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью цен­траль­ного узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий, то есть столк­новений, в передаче данных не возникает.

Кабельное соединение топологии относительно простое, поскольку каждая ра­бочая станция связана с центральным узлом, однако затраты на прокладку линий связи высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре то­пологии.

При расширении ЛВСневозможно использовать ранее выполненные кабельные связи: к новой рабочей станции необходимо прокладывать отдельный кабель от цен­траль­ного узла сети.

Звездообразная типология при хорошей производительности центрального узла явля­ется одной из наиболее быстродействующих топологий ЛВС, поскольку передача инфор­мации между рабочими станциями происходит по выделенным линиям, исполь­зуемым только этими рабочими станциями. Частота запросов на передачу информации от одной станции к другой невысока (по сравнению с другими топологиями).

Производительность ЛВС звездообразной топологиив первую очередь опреде­ляется параметрами центрального узла, который выступает в качестве сервера сети. Он может ока­заться узким местом сети. В случае выхода из строя центрального узла нару­шается работа сети в целом.

В ЛВС с центральным узломуправления можно реализовать оптимальный меха­низм защиты от несанкционированного доступа к информации.

В кольцевой топологиисети рабочие станцииЛВСсвязаны между собой по кругу. Последняя рабочая станция связана с первой, то есть коммуникационная связь за­мыкается в кольцо.

Прокладка линий связи между рабочими станциями может оказаться довольно доро­гостоящей, особенно если территориально рабочие станции расположены далеко от основ­ного кольца.

Сообщения в кольце ЛВСциркулируют по кругу. Рабочая станция посылает по оп­ределенному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пере­дача ин­формации оказывается достаточно эффективной, так как сообщения можно от­правлять одно за другим. Так, например, можно сделать кольцевой запрос на все стан­ции. Продолжитель­ность передачи информации увеличивается пропорционально коли­честву рабочих станций, входящих вЛВС.

Главная проблема кольцевой топологии состоит в том, что каждая рабочая стан­ция должна участвовать в передаче информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельной системе локализуются легко.

Расширение сети с кольцевой топологией требует остановки ее работы, так как кольцо должно быть разорвано. Специальных ограничений на размер ЛВСне сущест­вует.

Особой формой кольцевой топологии является логическое кольцо. Физически оно монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помо­щью специальных концентраторов (англ. hub— концентратор). В зависимости от числа ра­бочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют:

1. активные концентраторы;

2. пассивные концентраторы.

Активные концентраторыдополнительно содержат усилитель для подключе­ния от 4 до 16 рабочих станций.

Пассивный концентраторявляется исключительно разветвительным устройст­вом (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в ло­гиче­ской кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Раз­рыв соединения проис­ходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вы­числительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

В ЛВС с шинной топологиейосновная передающая среда (шина) —общая для всех рабочих станций. Функционирование ЛВС не зависит от состояния отдельной ра­бочей станции, то есть рабочие станции в любое время могут быть подключены к шине или отключены от нее без нарушения работы сети в целом.

Однако в простейшей сети Ethernetс шинной топологией в качестве передаю­щей среды используется тонкий Ethernet-кабель с тройниковым соединителем, поэтому расшире­ние такой сети требует разрыва шины, что приводит к нарушению функциони­рования сети. Более дорогостоящие решения предполагают установку пассивных штеп­сельных коробок вместо тройниковых соединителей.

Поскольку расширение ЛВС с шинной топологией можно проводить без преры­вания сетевых процессов и разрыва крммуникационной среды, отвод информации из ЛВС и соот­ветственно Прослушивание информации осуществляются достаточно легко, вследствие чего защищенность такой ЛВС низкая.

Древовидная топология образуется путем различных комбинаций рассмотрен­ных выше топологий ЛВС. Основание дерева (корень) располагается в точке, в которой собираются коммуникационные линии (ветви дерева).

Сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредст­вен­ное применение базовых сетевых структур. Для подключения рабочих станций при­меняют концентраторы.

Существуют две разновидности таких устройств

• пассивные концентраторы — уст­ройства, к которым можно подключить максимум три станции;

• активные концентраторы с возможностью усиления сигнала, которые необ­ходимы для подключения большего количества устройств.