3.4. Топология сетей

Объединение сетевых узлов и станций в сеть связи производится с использованием различных топологий. Топологии первичных и вторичных сетей различаются. Первичные сети предоставляют транспорт для вторичных, среди которых можно выделить телефонные сети общего пользования, сети сотовой связи, сети передачи данных и др. В современных сетях нового поколения NGN обеспечивается конвергенция ряда вторичных сетей в единую информационную сеть для передачи мультимедийной информации (см. Лекцию 1). Конвергенция реализуется на базе сетей передачи данных.

Различают физическую и логическую топологии сети. Физическая топология представляет собой наиболее общую структуру сети и отображает схему соединения сетевых элементов кабелями связи. Логическая топология показывает, как по сети передаются определенные единицы информации

Устройства (узлы) первичных сетей, как правило, соединяются в кольцевые структуры (рис.3.6) или в структуру линейной последовательности “точка - точка”. Линейная последовательность объединяемых узлов может рассматриваться как отдельная часть кольцевой структуры. Ввод-вывод сообщений производится во всех или в части узлов.

Рис.3.6. Кольцевая структура сети

Объединение узлов (У1, У2,…) между собой двумя линиями связи образует двойное кольцо, по которому информация передается в противоположных направлениях. Структура «двойное кольцо» характеризуется повышенной отказоустойчивостью. При обрыве линии связи кольцо «сворачивается» (рис.3.7) и продолжает функционировать.

Рис.3.7. «Свернутое» кольцо

Во вторичных сетях наибольшее распространение получили топологии (рис.3.8): шина (bus), звезда (star), расширенная звезда (extendedstar), кольцо (ring), а также полносвязная топология, где все узлы связаны между собой (meshtopology) индивидуальными линиями.

При использовании базовых топологий шина и звезда пользователи вынуждены делить линии связи между собой. Разделяемая (shared) линия или среда передачи данных снижает стоимость сети. Но в каждый момент времени линией может пользоваться только одна пара абонентов.

Топология на основе шины (bus) характеризуется тем, что передачу данных в данный момент времени может вести только один узел. Ожидание своей очереди на передачу данных является недостатком топологии.

При выходе какого-то узла из строя вся остальная сеть будет функционировать без изменений. Другими достоинствами топологии являются экономное расходование кабеля, простота, надежность и легкость расширения сети.

Рис.3.8. Физическая топология сетей

Топология на основе звезды (star) требует применения центрального устройства. Выход из стоя одного узла не повлияет на работоспособность остальной сети. Сеть легко модифицируется путем подключения новых узлов. Из недостатков можно отметить уязвимость центра и увеличенный расход кабеля по сравнению с шинной топологией.

При использовании топологии по типу кольца (ring) сигналы передаются в одном направлении от узла к узлу. При выходе из стоя любого узла, прекращается функционирование всей сети, если не предусмотрен обход вышедшего из строя узла.

Логическая топология сети определяет, как узлы общаются через среду, т.е. как обеспечивается управление доступом к среде. Наиболее известные логические топологии: «точка-точка» (point-to-point), множественного доступа (multi access), широковещательная (broadcast) и маркерная (token passing).

Логическая топология «точка-точка» обеспечивает передачу данных от одного узла до другого, не зависимо от промежуточных устройств между ними. Протокол управления передачей данных при такой топологии может быть очень простым, поскольку другие адресаты отсутствуют. Следовательно, при использовании этой топологии не требуются физические адреса.

Топология множественного доступа характерна для Ethernet-сетей, реализованных на многопортовых повторителях (hub). Доступ к разделяемой общей шине имеют все узлы, но в каждый момент времени передавать данные может только один узел. При этом остальные узлы могут только «слушать».

Использование широковещательной топологии определяет, что каждый узел посылает свои данные всем другим узлам сетевой среды. При этом не известно, какие станции функционируют.

Маркерная логическая топология, также как топология множественного доступа реализует разделение общей среды. Однако, если в топологии multi access Ethernet-сетей доступ к среде случайный (не детерминированный), то в маркерной топологии доступ к среде детерминированный. Электронный маркер (token) последовательно передается каждому узлу, обычно по кольцу. Узел, получивший маркер, может передавать данные в сеть. Если в узле нет данных для передачи, то он передает маркер следующему узлу и процесс повторяется. Топологию token passing используют сети - Token Ring и Fiber Distributed Data Interface (FDDI).

Физическая и логическая топологии сети могут быть одинаковыми или разными. Например, широко известная сетевая технология Ethernet может использовать концентраторы (hub) и кабель “витая пара” (рис.3.9). Физическая топология на рис.3.9 представляет собой звезду, поскольку все компьютеры подключены к центральному устройству – концентратору (hub). Логическая же топология – шина, поскольку внутри концентратора все компьютеры подсоединены к общей магистрали.

Рис.3.9. Топология: физическая – звезда, логическая – шина

На практике широко используется комбинация топологий. Например, (рис.3.10) ядро сети содержит узлы коммутации (УК1,…УК5), объединенные для повышения надежности и отказоустойчивости по полносвязной топологии. В целом топология сети представляет собой расширенную звезду или радиально-узловой способ построения сети, когда оконечные пункты (ОП) подключены к узлам У, которые в свою очередь, соединены с узлами коммутации УК ядра сети.

Рис.3.10. Сеть связи с комбинированной топологией