Проблеми об'єднання декількох комп'ютерів

При об'єднанні в мережу більш ніж двох комп'ютерів виникає цілий комплекс нових проблем.

Топологія фізичних зв'язків

У першу чергу необхідно вибрати спосіб організації фізичних зв'язків, тобто топологію. Під топологією обчислювальної мережі розуміється конфігурація графа, вершинам якого відповідають комп'ютери мережі (іноді й інше устаткування, наприклад, концентратори), а ребрам — фізичні зв'язки між ними. Комп'ютери, підключені до мережі, часто називають станціями або вузлами мережі.

Конфігурація фізичних зв'язків визначається електричними з'єднаннями комп'ютерів між собою й може відрізнятися від конфігурації логічних зв'язків між вузлами мережі. Логічні зв'язки являють собою маршрути передачі даних між вузлами мережі й утворюються шляхом відповідного настроювання комунікаційного устатку­вання.

Вибір топології електричних зв'язків істотно впливає на характеристики мережі. Наприклад, наявність резервних зв'язків підвищує надійність мережі та робить можливим балансування завантаження окремих каналів. Простота приєднання нових вузлів, властива деяким топологиям, робить мережу легко розширюваною. Економічні міркування часто приводять до вибору топологий, для яких характерна мінімальна сумарна довжина ліній зв'язку.

Розглянемо основні топології комп’ютерних мереж.

Повнозв’язна топологія (рис.1.2, а) відповідає мережі, в якій кожний комп'ютер мережі зв'язаний з усіма іншими. Незважаючи на логічну простоту, цей варіант виявляється громіздким і неефективним. Дійсно, кожний комп'ютер у мережі повинен мати велику кількість комунікаційних портів, достатню для зв'язку з кожним з інших комп'ютерів мережі. Для кожної пари комп'ютерів повинна бути виділена окрема електрична лінія зв'язку. Повнозв’язні топології застосовуються рідко, тому що не задовольняють жодній з наведених вище вимог. Частіше цей вид топології застосовують у багатомашинних комплексах або глобальних мережах при невеликій кількості комп'ютерів.

Всі інші варіанти засновані на неповнозв’язних топологиях, коли для обміну даними між двома комп'ютерами може знадобитися проміжна передача даних через інші вузли мережі.

Осередкова (mesh) топологія виходить із повноз’вязної шляхом видалення деяких можливих зв'язків (рис.1.2, б). У мережі з осередковою топологією безпосе­редньо зв'язуються тільки ті комп'ютери, між якими відбувається інтенсивний обмін даними, а для обміну даними між комп'ютерами, не з'єднаними прямими зв'язками, використо­вуються транзитні передачі через проміжні вузли. Осередкова топологія допускає з'єднання великої кількості комп'ютерів і характерна, як правило, для глобальних мереж.

Рис.1.2. Типові топології комп’ютерних мереж

Загальна шина (рис.1.2, в) є дуже розповсюдженою (а донедавна найпоши­ренішою) топологією для локальних мереж. У цьому випадку комп'ютери підклю­чаються до одного коаксіального кабелю за схемою "монтажного АБО". Передана інформація може поширюватися в обидва боки. Застосування загальної шини знижує вартість проводки, уніфікує підключення різних модулів, забезпечує можливість майже миттєвого широкомовного звернення до всіх станцій мережі. Основними перевагами такої схеми є невелика вартість та простота розведення кабелю по приміщеннях. Основними недоліками загальної шини є її низька надійність (будь-який дефект кабелю або якого-небудь із численних роз’ємів повністю паралізує всю мережу, що не рідкістю) та її невисока продуктивність (тому що при такому способі підключення в кожний момент часу тільки один комп'ютер може передавати дані в мережу, тобто пропускна здатність каналу зв'язку завжди ділиться тут між всіма вузлами мережі).

Топологія „зірка” (рис.1.2, г). У цьому випадку кожний комп'ютер підклю­чається окремим кабелем до загального пристрою, наприклад, концентратору, що перебуває в центрі мережі. У функції концентратора входить направлення переданої комп'ютером інформації одному або всім іншим комп'ютерам мережі. Головні переваги цієї топології перед загальною шиною — значно більша надійність (будь-які непри­ємності з кабелем або роз’ємом стосуються лише того комп'ютера, до якого цей кабель приєднаний, і тільки несправність концентратора може вивести з ладу всю мережу) та можливість концентратора відігравати роль інтелектуального фільтра інформації, що надходить від вузлів у мережу, і при необхідності блокувати заборонені адміністратором передачі. Головним недоліком топології типу „зірка” є більш висока вартість мережного устаткування через необхідність придбання концентратора. Крім того, можливості по нарощуванню кількості вузлів у мережі обмежуються кількістю портів концентратора.

Іноді має сенс будувати мережу з використанням декількох концентраторів, ієрархічно з'єднаних між собою зв'язками типу „зірка” (рис.1.2, д). В наш час така топологія, що називається ієрархічною „зіркою” є найпоширенішим типом топології зв'язків як у локальних, так і глобальних мережах.

У мережах з кільцевою конфігурацією (рис.1.2, е) дані передаються по кільцю від одного комп'ютера до іншого, як правило, в одному напрямку. Якщо комп'ютер розпізнає дані як "свої", то він копіює їх собі у внутрішній буфер. У мережі з кільцевою топологією необхідно вживати спеціальних заходів, щоб у випадку виходу з ладу або відключення якої-небудь станції не перервався канал зв'язку між іншими станціями. Кільце являє собою дуже зручну конфігурацію для організації зворотного зв'язку — дані, зробивши повний оберт, повертаються до вузла-джерела. Тому цей вузол може контролювати процес доставки даних адресатові. Часто ця властивість кільця використовується для тестування зв’язності мережі й пошуку вузла, що працює некоректно. Для цього в мережу посилають спеціальні тестові повідомлення.