Топология сети
Термин топология сети характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других сетевых компонентов. Топология – это стандартный термин. Кроме него для описания физической компоновки сети употребляются следующие:
O физическое расположение,
O компоновка,
O карта,
O схема.
Выбор той или иной топологии влияет на:
O состав необходимого сетевого оборудования,
O возможности сетевого оборудования,
O возможности расширения сети,
O способ управления сетью.
Для соединения компьютеров в большинстве сетей используют кабель. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми ОС и другими компонентами требуют и различных методов реализации сети.
Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может назначить не только тип кабеля, но и способ его прокладки. Топология также определяет способ взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют различные методы взаимодействия, которые оказывают сильное влияние на работу сети.
Базовые топологии
Все сети строятся на основе 4-х базовых топологий: шина, звезда, кольцо, ячеистая.
Сами по себе базовые топологии не сложны, однако на практике часто встречаются довольно сложные их комбинации.
Шина
Эту топологию часто называют линейной шиной. Она наиболее простая из всех топологий и весьма распространенная. В ней используется 1 кабель, называемый магистралью или сегментом,вдоль которого подключены все компьютеры.
В сети с топологией шина компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов. При этом используются следующие понятия:
O передача сигнала,
O отражение сигнала,
O терминатор.
Данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети, но принимает их тот, адрес которого совпадает с адресом получателя, зашифрованном в этих сигналах. Причем в каждый момент времени передачу может вести только один компьютер. Поэтому производительность такой сети зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть.
Кроме количества компьютеров на быстродействие сети влияют:
O тип аппаратного обеспечения сетевых компьютеров,
O частота, с которой компьютеры передают данные,
O тип работающих сетевых приложений,
O тип сетевого кабеля,
O расстояние между компьютерами в сети.
Шина – пассивная топология: компьютеры только слушают передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю (в активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети). Поэтому выход одного или нескольких компьютеров из строя никак не сказывается на работе сети.
Электрические сигналы распространяются по всему кабелю – от одного конца к другому. Отражение. Шумы. Помехи. Поэтому сигналы, достигшие конца кабеля, следует погасить. Для гашения сигналов на концах кабеля устанавливают терминаторы. Концы кабеля должны быть к чему-либо подключены: к терминатору или баррел-коннектору (служит для увеличения длины кабеля). Использовать баррел-коннектор можно не более одного раза. Сигнал ослабевает и искажается. Лучше приобрести более длинный кабель или использовать репитер, который в отличие от баррел-коннектора усиливает сигнал.
При разрыве кабеля, отсутствии терминаторов происходит отражение сигналов и прекращение функционирования сети. Сеть падает.
Звезда
При топологии звезда все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному устройству, называемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным.
Недостатки: дополнительный расход кабеля, установка концентратора.
Если концентратор выйдет из строя, то сеть падает. Выход одного или нескольких компьютеров из строя на работу сети не влияют.
Кольцо
Компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Терминаторы не нужны. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии шина каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому выход из строя хотя бы одного компьютера приводит к падению сети.
Один из способов передачи данных по кольцу называется передачей маркера. Маркер (token) – это специальная последовательность бит, передающаяся по сети. В каждой сети существует только один маркер. Маркер последовательно от одного компьютера к другому передается по кольцу до тех пор, пока его не захватит тот компьютер, который хочет передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, добавляя к нему данные и адрес получателя, и отправляет его дальше по кольцу. Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя. Затем принимающий компьютер посылает передающему сообщение, в котором подтверждает факт приема. Получив подтверждение, передающий компьютер восстанавливает маркер и возвращает его в сеть. Скорость движения маркера сопоставима со скоростью света. В кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 477 376 об/сек.
Ячеистая топология
Сеть с ячеистой топологией обладает высокой избыточностью и надежностью, так как каждый компьютер в такой сети соединен с каждым другим отдельным кабелем. Сигнал от компьютера-отправителя до компьютера-получателя может проходить по разным маршрутам, поэтому разрыв кабеля не сказывается на работоспособности сети. Основной недостаток такой топологии – большие затраты на прокладку кабеля, что компенсируется высокой надежностью и простотой обслуживания. Ячеистая топология применяется в комбинации с другими топологиями при построении больших сетей.
Концентраторы
В настоящее время концентратор стал одним из стандартных компонентов сетей.
В сетях с топологией звезда он служит центральным узлом.
Концентраторы подразделяются на активные и пассивные. Активные регенерируют и передают сигналы так же, как репитеры. Их называют также многопортовыми повторителями. Обычно они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров. Активные концентраторы следует подключать к сети.
К пассивным концентраторам относятся монтажные или коммутирующие панели. Они просто пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные концентраторы не надо подключать к сети.
Гибридные концентраторы допускают подключение кабелей различных типов.
Преимущества использования концентраторов:
1. Разрыв кабеля, подключенного к концентратору, нарушает работу только данного сегмента.
2. Простота изменения или расширения сети (подключение еще одного компьютера или концентратора).
3. Использование различных портов для подключения кабелей разных типов.
4. Централизованный контроль за работой сети и сетевым трафиком (активные концентраторы способны выполнять диагностику).
Комбинированные топологии
Звезда-шина – несколько сетей с топологией звезда объединяются при помощи магистральной линейной шины (к концентратору подключены компьютеры, а сами концентраторы соединены шиной). Выход из строя одного компьютера не сказывается на работе всей сети, а сбой в работе концентратора влечет за собой отсоединение от сети только подключенных к нему компьютеров и концентраторов.
Звезда-кольцо– отличие состоит в том, что концентраторы в звезде-шине соединяются магистральной линейной шиной, а в звезде-кольце концентраторы подсоединены к главному концентратору, внутри которого физически реализовано кольцо.
