Вопрос 15. Топология локальных вычислительных сетей

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

Конфигуражи локальных сетей обычно делят на два основных класса:

• широковещательные;

• последовательные.

В широковещательных конфигурациях 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 последовательных конфигурациях 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 станции 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 это селекция информации, в последовательных — маршрутизация информации.

В ЛВС с 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.

2. 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 ЛВС невозможно использовать ранее выполненные кабельные связи: к новой рабочей станции необходимо прокладывать отдельный кабель от центрального узла сети.

Звездообразная топология 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 топологии в 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 узлом управления можно реализовать оптимальный механизм защиты от несанкционированного доступа к информации.

3. В кольцевой топологии сети рабочие станции ЛВС связаны 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 ЛВС циркулируют 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 в ЛВС.

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 ЛВС не 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 станиий и длины кабеля между рабочими станиия-ми применяют:

• активные концентраторы;

• пассивные концентраторы.

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

Пассивный концентратор является исключительно разветвитель-ным устройством (максимум на три рабочие станции).¹ Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей 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.

4. В ЛВС с шинной топологией основная 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 Ethernet с 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 тройнико-вых соединителей.

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

5. Древовидная топология образуется путем различных комбинаций рассмотренных выше топологий ЛВС.² 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.