3.2.Сетевые топологии

Среди топологических схем наиболее популярными являются:

шинная (магистральная, общая шина);

звезда;

кольцо;

многосвязная.

К первым трем типам топологии относятся 99% всех локальных сетей.

Общая шина (BUS). В топологии "шина" используется один кабель (в основном, тонкий коаксиальный), именуемый магистралью или сегментом, к которому с помощью специальных коннекторов подсоединены все устройства сети (рис.2).

Рис. 2. Шинная топология.

Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В сети с топологией "шина'' компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, указанному в кадре. 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, тем медленнее сеть. Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя, поскольку 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 участвуют в их перемещении 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.

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 специальные устройства -терминаторы (terminators), поглощающие эти сигналы.

Кольцо (Ring). Пример кольцевой топологии приведён на рис.3.

Рис.3. Кольцевая топология

При топологии "кольцо'' компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Выход одного компьютера подключается к входу другого, каждый узел должен иметь два сетевых интерфейса. 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, функционирование сети может нарушиться. В реальной ситуации этого не случается, поскольку подсоединение узла к кольцу выполняется специальным образом.

Для создания кольцевой топологии в основном используется волоконно-оптический кабель (сеть FDDI), но допустимо использование витой пары (Token Ring). Эта топология удобна для оптоволоконных каналов, где сигнал может передаваться только в одном направлении (но при наличии двух колец, как в FDDI, возможна и двунаправленная передача).

Звезда (Star) – см. рис.4. Это самая старая сетевая топология. При топологии "звезда'' все компьютеры с помощью отдельных сегментов кабеля подключаются к одному центральному узлу.

В качестве центрального узла выступает пассивное с точки зрения обработки данных, устройство - концентратор (hub) или коммутатор. "Звезда" отличается тем,

Рис.4. Топология "звезда"

что не предоставляет возможности двум компьютерам в сети обмениваться данными иначе, чем с помощью посредника - центрального узла.

В сетях с топологией "звезда" подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованы. Так как все компьютеры подключены к центральному узлу отдельными кабелями, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный узел выйдет из строя, нарушится работа всей сети, однако в данном случае несколько компьютеров в сети могут вести передачу данных одновременно, в то время как шинная топология и топология маркерного кольца в каждый момент времени выделяют только один компьютер, которому позволено передавать данные.

Если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет. Для создания звездообразной топологии, в основном, используется кабель "витая пара". В "звезде" центром является концентратор или коммутатор, а лучами - сегменты, на концах которых находятся рабочие станции (по одной на каждый сегмент). В современной сети "звезда" может являться элементом иерархической структуры. Отличается относительно высокой стоимостью кабельной системы. Позволяет сосредоточить в одном месте все проблемы по передаче данных, по адресации. Является основой для построения структурированных кабельных систем.

Полносвязная топология. Полносвязные топологии соответствуют сети, в которой каждый узел связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, это громоздкий вариант и неэффективный. Каждый компьютер такой сети должен содержать огромное количество портов, для связи со всеми остальными компьютерами сети. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельная линия связи. При этом достигается максимальная производительность, надежность, скорость передачи. Полносвязные топологии в локальных сетях не применяются. Чаще всего этот вид топологии встречается в многомашинных комплексах. Схематично полносвязная топология представлена на рис.5.

Рис.5. Полносвязная топология.

Все другие топологии неполносвязные. Это означает, что для обмена данными между двумя конечными узлами могут потребоваться промежуточные узлы.

Ячеистая или сотовая топология. Получается из полносвязной путём удаления некоторых линий связи. Ячеистая топология допускает соединения большого количества компьютеров и характерна для крупных сетей. Применяется в глобальной сети Internet.

Используется и немалое количество других топологий, которые являются комбинациями уже названных.

Смешанная топология. Большинство более или менее крупных сетей имеют смешанную топологию, в которой можно выделить отдельные фрагменты типовых топологий (рис. 6, 7).

Рис. 6. Сеть смешанной топологии ("звезда" - "звезда")

Появление смешанных топологий обусловлено, как правило, необходимостью наращивать и модернизировать сеть. Часто суммарные затраты на постепенную модернизацию оказываются существенно большими, а результаты меньшими, чем при затратах на глобальную замену морально устаревших сетей.

Рис. 7. Сеть смешанной топологии ("звезда" – "шина").

Сети смешанной топологии обладают достоинствами и недостатками, характерными для составляющих их топологий.