Топологии локальных сетей.

Топология - это способ физического соединения компьютеров в локальную сеть. Все устройства в локальной сети соединены линиями связи. Расположение линий связи, относительно узлов сети и физическое подключение узлов к сети, называется физической топологией. В зависимости от этого различают сети: шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры.
Сетевая топология может быть:

• физической — описывает реальное расположение и связи между узлами сети; • логической — описывает хождение сигнала в рамках физической топологии; • информационной — описывает направление потоков информации, передаваемых по сети; • управления обменом — это принцип передачи права на пользование сетью.

Для уяснения различий между логической и физической топологиями сети, необходимо рассмотреть два нижних уровня эталонной модели взаимосвязи открытых систем (ISO/OSI): физический (physical layer) и канальный (data-link layer). При этом следует учитывать то, что канальный уровень имеет свои подуровни: управления доступом к среде (MAC - Media Access Control) и управления логическим каналом (LLC - Logical Link Control). Именно на физическом и канальном уровнях определяется топология сети, которая, в соответствии с этими уровнями, может быть физической и логической.

Логическая представляет собой логическую структуру сети. Такая схема определяет, как элементы сети взаимодействуют между собой, как передается информация в сети, и какой путь она при этом преодолевает. Физическая определяет расположение монтажных соединений сети. Она задает схему соединения элементов сети между собой (имеются в виду электрические соединения). Определяет, что произойдет в сети при выходе из строя какого-либо узла.. Существует множество видов топологии, среди которых можно выделить три основных:   • "шина" (bus); • “звезда” (star); • “кольцо” (ring);

Понятие топологии относится прежде всего к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по разному пути. Так же, топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность, возможности расширения сети.

Смешанная топология, — преобладающая в крупных сетях с произвольными связями между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

* Подробная схема построения топологии "звезда" в картинках...

Топология «звезда» базовая топология компьютерной сети, предполагает подключение каждого компьютера отдельным кабелем (обычно, - это витая пара 5 категории) к отдельному порту устройства, называемого концентратором или повторителем (репитер), или хабом (Hub). Данная сетевая топология наиболее удобна при поиске повреждений сетевых элементов: кабеля, сетевых адаптеров или разъемов.   Достоинства:     • Топология локальных сетей "звезда" выгодно отличается от других полным отсутствием конфликтов в ЛВС – это достигается за счет централизованного управления. • Поломка одного из узлов или повреждение кабеля не окажет никакого влияния на сеть в целом. • Наличие только двух абонентов, основного и периферийного, позволяет упростить сетевое оборудование. • Скопление точек подключения в небольшом радиусе упрощает процесс контроля сети, а также позволяет повысить ее безопасность путем ограничения доступа посторонних.   Недостатки:     • Такая локальная сеть в случае отказа центрального сервера полностью становится неработоспособной. • Стоимость "звезды" выше, чем остальных топологий, поскольку кабеля требуется гораздо больше. При добавлении новых устройств «звезда» также удобней по сравнению с топологией общая шина. Также можно принять во внимание, что 100 Мб и 1Гб сети строятся по топологии «Звезда».

 

Топология «кольцо» — это топология, в которой каждый компьютер соединён линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передаёт. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приёмник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов. Каждый компьютер ретранслирует (возобновляет) сигнал, то есть выступает в роли повторителя, потому затухание сигнала во всём кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Чётко выделенного центра в этом случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако достаточно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надёжность сети, потому что выход его из строя сразу же парализует весь обмен.   Достоинства:     • быстрое создание и настройка этой топологии локальных сетей. • легкое масштабирование, требующее, однако, прекращения работы сети на время установки нового узла. • большое количество возможных абонентов. • устойчивость к перегрузкам и отсутствие сетевых конфликтов. • возможность увеличения сети до огромных размеров за счет ретрансляции сигнала между компьютерами.   Недостатки:     • каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации; в случае выхода из строя хотя бы одной из них или обрыва кабеля – работа всей сети останавливается; • подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, поскольку во время установки нового ПК кольцо должно быть разомкнуто; • сложность конфигурирования и настройки; • сложность поиска неисправностей. Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совсем безболезненно, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае топологии «шина», максимальное количество абонентов в кольце может быть достаточно большое (1000 и больше). В качестве носителя в сети используется витая пара или оптоволокно. Сообщения циркулируют по кругу. Рабочая станция может передавать информацию другой рабочей станции, только после того, как получит право на передачу (маркер), поэтому коллизии исключены. Информация передается по кольцу от одной рабочей станции к другой, поэтому при выходе из строя одного компьютера, если не принимать специальных мер выйдет из строя вся сеть. Кольцевая топология обычно является самой стойкой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками переданной по сети информации, потому что в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды).

 

Топология «шина», представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема (Т - коннектор). На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала. В этом способе соединения все рабочие станции подключены к единственной линии – коаксиальному кабелю, а данные от одного абонента отсылаются остальным в режиме полудуплексного обмена. Топологии локальных сетей подобного вида предполагают наличие на каждом конце шины специального терминатора, без которого сигнал искажается. Терминаторы предотвращают отражение сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных.   Достоинства:     • Все компьютеры равноправны. • Возможность легкого масштабирования сети даже во время ее работы. • Выход из строя одного узла не оказывает влияния на остальные. • Расход кабеля существенно уменьшен.   Недостатки:     • Недостаточная надежность сети из-за проблем с разъемами кабеля. • Маленькая производительность, обусловленная разделением канала между всеми абонентами. • Сложность управления и обнаружения неисправностей за счет параллельно включенных адаптеров. • Длина линии связи ограничена, потому эти виды топологии локальной сети применяют только для небольшого количества компьютеров. Именно по топологии “шина” строились локальные сети на коаксиальном кабеле. Шина прокладывалась через все помещения и подходила к каждому компьютеру. Боковой вывод Т-коннектора вставлялся в разъем на сетевой карте. Сейчас такие сети безнадежно устарели и повсюду заменены “звездой” на витой паре, однако оборудование под коаксиальный кабель еще можно увидеть на некоторых предприятиях.