Сети физическое расположение компьютеров кабелей и других компонентов сети

Сети физическое расположение компьютеров кабелей и других компонентов сети

Локально-вычислительные сети дают возможность пользователям единой организационной системы осуществлять скоростной обмен данными в реальном масштабе времени. И задача инженеров по построению ЛВС — обеспечить стабильную и хорошо защищенную среду передачи данных для использования общих прикладных программ, баз данных, бухгалтерских систем, унифицированных коммуникаций и т.д.

Грамотное построение компьютерной сети позволяет избежать многих проблем, влекущих разлад в рабочей системе и внеплановые ремонтные работы, поэтому монтаж компьютерной сети лучше доверить экспертам.

Взаимодействие компьютеров

В сети с топологией «шина» компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов. Чтобы понять процесс взаимодействия компьютеров по шине, Вы должны уяснить следующие понятия:

Передача сигнала

Данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, ‘ зашифрованному в этих сигналах. 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, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть. Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

Шина — пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их 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.

Отражение сигнала

Данные, или 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.

Общие принципы построения сетей

Со временем основной целью компьютерных развития сетей (помимо передачи информации) стала цель распределенного использования информационных ресурсов:

1. Периферийных устройств: принтеры, сканеры и т. д.
2. Данных хранящихся в оперативной памяти устройств.
3. Вычислительных мощностей.

Достичь эту цель помогали сетевые интерфейсы. Сетевые интерфейсы это определенная логическая и/или физическая граница между взаимодействующими независимыми объектами.

Сетевые интерфейсы разделяются на:

• Физические интерфейсы (порты).
• Логические интерфейсы (протоколы).

Из определения обычно ничего не ясно. Порт и порт, а что порт?

Начнем с того что порт это цифра. Например 21, 25, 80.

Это число записывается в заголовках протоколов транспортного уровня (об этом ниже). Порт указывает для какой программы предназначен тот или иной пакет (грубо говоря та или иная информация). Например, http-сервер работает через порт 80. Когда вы открываете браузер, вы отправляете запрос на веб-сервер через 80 порт и сервер понимает что это http запрос и вам нужен сервер который передаст вам страницу в формате html (ответ сервера).

Протокол

Протокол, например TCP/IP это адрес узла (компьютера) с указанием порта и передаваемых данных. Например что бы передать информацию по протоколу TCP/IP нужно указать следующие данные:

Адрес отправителя (Source address):
IP: 82.146.49.11
Port: 2049
Адрес получателя (Destination address):
IP: 195.34.32.111
Port: 53
Данные пакета:
…
Благодаря этим данным информация будет передана на нужный узел.

Топология сети

Физическое расположение сети обычно менее важно, чем топология, соединяющая сетевые узлы. Это теоретические основы телекоммуникаций. Локальные компьютерные сети, как и глобальные, требуют непрерывного соединения.

Средства передачи (часто упоминаемые в литературе как физические носители), используемые для соединения устройств для формирования компьютерной сети, включают в себя электрический кабель, оптическое волокно и радиоволны.

Широко распространенное семейство носителей передачи, используемых в технологии локальной сети (LAN), в совокупности называется Ethernet. Стандарты мультимедиа и протокола, которые обеспечивают связь между сетевыми устройствами через них, определяются IEEE 802.3. Ethernet передает данные по медным и оптоволоконным кабелям. Стандарты беспроводной локальной сети используют радиоволны либо инфракрасные сигналы в качестве среды передачи. Учебное пособие «Основы локальных компьютерных сетей» (Сергеев) описывает эти стандарты наиболее детально.

Типы сетей

Локальные сети

Локальная вычислительная сеть (Local Area Network, LAN) — компьютерная сеть, покрывающая обычно относительно небольшую территорию или небольшую группу зданий (дом, офис, фирму, институт). Локальная сеть строится с помощью различных топологий.

Термин «топология» характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Рассмотрим виды топологий:

Топология «Общая шина»

Топологию «Общая шина» часто называют «линейной шиной» (linerbus). Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети. Пример топологии:

Топология «Кольцо»

При кольцеобразной топологии каждая рабочая станция соединяется с двумя ближайшими соседями. Такая взаимосвязь образует локальную сеть в виде петли или кольца. Данные передаются по кругу в одном направлении, а каждая станция играет роль повторителя, который принимает и отвечает на адресованные ему пакеты и передает другие пакеты следующей рабочей станции «вниз». В оригинальной кольцеобразной сети все объекты подключались друг к другу. Пример топологии:

Преимущество такой топологии было предсказуемое время реагирования сети. Чем больше устройств находилось в кольце, тем дольше сеть реагировала на запросы. Наиболее существенный ее недостаток заключается в том, что при выходе из строя хотя бы одного устройства отказывалась функционировать вся сеть.

Топология «Звезда»

При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, имеющему концентратор. Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованы.

Но есть и недостаток: так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети. Пример топологии:

Коммутатор — устройство для соединения нескольких узлов или сегментов вычислительной сети.

Кабели для локальной сети

• Витая пара;
• Коаксиальный кабель;
• Оптическое волокно (оптоволоконный кабель);
• Беспроводные сети.

Витая пара

Кабель «витая пара» (TP, Twisted Pair) состоит из пары скрученных медных проводов. Кабель бывает двух видов:

• экранированная витая пара (STP, Shielded Twisted Pair);
• неэкранированная витая пара (UTP, Unshielded Twisted Pair).

Кабель типа «неэкранированная витая пара» наиболее популярен благодаря низкой стоимости, гибкости и простоте инсталляции. Кабели «витая пара» бывают разной категории (3, 4 или 5). Чем выше категория, тем большую скорость передачи поддерживает кабель.

Недостаток – уязвимость к электрическим помехам и «шумам» в линии. Устройство витой пары:

Коаксиальный кабель

Коаксиальный кабель, кабель, состоящий из проводника, проходящего по центру, окруженного слоем изоляции и трубчатым покрытием. В большинстве телевизионных приемников антенны подключают посредством коаксиальных кабелей.

Для систем дальней связи используют многожильные коаксиальные кабеля, состоящие из множества отдельных кабелей. Их используют для передачи высокочастотных сигналов. Устройство коаксиального кабеля:

Оптоволоконный кабель

Данные передаются с помощью световых импульсов, проходящих по оптическому волокну. Оптоволоконный кабель поддерживает скорость передачи данных (в виде пакетов) 10, 100 или 1000 Мбит/с.

Кабель гораздо дороже и сложнее в установке, чем витая пара. Применяется в центральных магистральных сетях, поскольку обеспечивает полную защиту и позволяет передавать информацию на очень большие расстояния. Устройство оптоволоконного кабеля:

Беспроводные сети

Беспроводные компьютерные сети — это технология, позволяющая создавать вычислительные сети, полностью соответствующие стандартам для обычных проводных сетей (например, Ethernet), без использования кабельной проводки. В качестве носителя информации в таких сетях выступают радиоволны СВЧ-диапазона.

• инфракрасные сети (не более 30 м);
• сети с узкополосной радиосвязью;
• сеть с расширенным спектром;
• мобильная связь с помощью сотовой телефонии.

Как передаются данных от одного компьютера к другому?

К программному обеспечению компьютерных сетей относятся прежде всего сетевые операционные системы (ОС).

Сетевая ОС — это ОС со встроенными сетевыми средствами (протоколами, уровнями). Сетевая ОС должна быть многопользовательской — то есть с разделением ресурсов компьютера в соответствии с учетной записью пользователя.

Каждый компьютер в сети в значительной степени автономен, поэтому под сетевой операционной системой в широком смысле понимают совокупность операционных систем отдельных компьютеров, взаимодействующих с целью обмена сообщениями и разделения ресурсов по единым правилам — протоколам. Сетевой протокол в компьютерных сетях — основанный на стандартах набор правил, определяющий принципы взаимодействия компьютеров в сети. Протокол также задает общие правила взаимодействия различных программ, сетевых узлов или систем и создает таким образом единое пространство передачи.

Протоколы устанавливаются в дипломатии во время общения дипломатов и других официальных лиц для того, чтобы избежать недоразумений. Есть определенные правила этикета, хотя они имеют различия в разных странах мира, правила (протоколы) проведение олимпийских игр, правила переезда перекрестка на автомобильных дорогах и тому подобное.

Выбор протоколов зависит от типа сети. Процесс передачи данных от одного компьютера к другому состоит из нескольких этапов (уровней). Этот процесс включает следующие операции: получение данных от программы пользователя, их сжатие, шифрование, формирование пакетов, на которые разбивается сообщение, установления сеанса связи между компьютером, передающим данные, и тем, что их принимает, транспортировки данных по каналам аппаратуры связи, выбор наиболее эффективного маршрута передачи данных и на последнем этапе — формирование выходного документа из пакетов данных. На каждом этапе используются отдельные протоколы, их совокупность представляет собой набор протоколов.

Протоколы передачи данных — это специальные программы, определяющие правила, по которым кодируются и передаются данные в сети и обеспечивают взаимодействие сети и пользователя. Набором протоколов Интернета является TCP / IP (от англ. Transmission Control Protocol / Internet Protocol).

Протоколы также помогают не допускать ошибок при передаче и получении данных.

В сети Интернет используют такие протоколы доступа к сетевым службам передачи данных:

• НТТР (от англ. Hyper Text Transfer Protocol) — протокол передачи гипертекста;
• FTP (от англ. File Transfer Protocol) — протокол передачи файлов со специального файлового сервера на компьютер пользователя;
• РОР (от англ. Post Office Protocol) — стандартный протокол почтового соединения. Серверы РОР обрабатывают входную электронную почту, а протокол РОР предназначен для обработки запросов на получение почты от клиентских почтовых программ;
• SMTP (от англ. Simple Mail Transfer Protocol) — протокол, который задает набор правил для передачи электронной почты;
• TELNET (от англ. Terminal Network) — протокол удаленного доступа;
• DNS (от англ. Domain Name System) — преобразование доменных имен в IP-адреса;
• TCP (от англ. Transmission Control Protocol) — управление передачей и целостностью пакетов данных;
• DTN (от англ. Delay-Tolerant Networking) — протокол, нечувствительный к большим задержкам сигнала, предназначен для обеспечения сверхдальней космической связи;
• PPP (от англ. Point-to-Point Protocol) — протокол для установления прямой защищенной связи между двумя узлами сети, причём он может обеспечить аутентификацию соединения, шифрование и сжатие данных.

Протокол НТТР используется при пересылке веб-страниц с одного компьютера на другой.

FTP дает возможность абоненту обмениваться двоичными и текстовыми файлами с любым компьютером сети. Установив связь с удаленным компьютером, пользователь может скопировать файл с удаленного компьютера на свой или скопировать файл со своего компьютера на удаленный.

Сервер SMTP возвращает или подтверждение о приеме почтового сообщения, или сообщение об ошибке, или запрашивает дополнительные данные.

Протокол TELNET дает возможность абоненту работать на любом компьютере сети Интернет как на своем собственном, то есть запускать программы, менять режим работы и тому подобное. На практике возможности лимитируются уровнем доступа, заданным администратором удаленной машины.

Содержание

Полносвязная [ править | править код ]

Сеть, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Однако этот вариант громоздкий и неэффективный, потому что каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров.

Неполносвязная [ править | править код ]

Неполносвязных топологий существует несколько. В них, в отличие от полносвязных, может применяться передача данных не напрямую между компьютерами, а через дополнительные узлы.

Шина [ править | править код ]

Топология данного типа представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.

Преимущества сетей шинной топологии:

• расход кабеля существенно уменьшен;
• отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;
• сеть легко настраивать и конфигурировать;
• сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.

Недостатки сетей шинной топологии:

• разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети;
• ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;
• недостаточная надежность сети из-за проблем с разъемами кабеля;
• низкая производительность, обусловлена разделением канала между всеми абонентами.

Звезда [ править | править код ]

В сети, построенной по топологии типа «звезда», каждая рабочая станция подсоединяется кабелем (витой парой) к концентратору, или хабу (англ. hub ). Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом.

Данные от передающей станции сети передаются через хаб по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается. Так как передача сигналов в топологии физическая звезда является широковещательной, то есть сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой 10Base-T Ethernet.

Преимущества сетей топологии звезда:

• легко подключить новый ПК;
• имеется возможность централизованного управления;
• сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.

Недостатки сетей топологии звезда:

• отказ хаба влияет на работу всей сети;
• большой расход кабеля.

Расширенная звезда [ править | править код ]

Распределённая звезда [ править | править код ]

Кольцо (Ring) [ править | править код ]

В сети с топологией типа «кольцо» все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо, по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.

Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети — логическое кольцо. Данную сеть очень легко создавать и настраивать.

К основному недостатку сетей топологии кольцо относится то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети.

Как правило, в чистом виде топология «кольцо» не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.

Ячеистая топология [ править | править код ]

Получается из полносвязной топологии путём удаления некоторых связей. Допускает соединения большого количества компьютеров и характерна для крупных сетей.

Также существует большое количество дополнительных способов соединения:

Дополнительные способы являются комбинациями базовых. В общем случае такие топологии называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные названия, например, «дерево».

Смешанная топология [ править | править код ]

Смешанная топология — сетевая 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.

Централизация [ править | править код ]

Топология типа «звезда» снижает вероятность сбоя сети, подключая все периферийные узлы (компьютеры и т. д.) к центральному узлу. Когда физическая звездная топология применяется к логически шинной сети, такой как Ethernet, центральный узел (обычно хаб) ретранслирует все передачи, полученные от любого периферийного узла на все периферийные узлы в сети, в том числе иногда и в сторону инициирующего узла. Таким образом, все периферийные узлы могут взаимодействовать со всеми остальными посредством передачи и приема только от центрального узла. Отказ линии передачи, связывающей любой периферийный узел с центральным узлом приведёт к тому, что данный периферийный узел будет изолирован от всех остальных, а остальные периферийные узлы затронуты не будут. Однако, недостаток заключается в том, что отказ центрального узла приведет к отказу всех периферийных узлов.

Для снижения объема сетевого трафика, приходящего в широковещательном режиме, были разработаны более продвинутые центральные узлы, которые способны отслеживать уникальность узлов, подключенных к сети. Эти сетевые коммутаторы изучают макет сети, «слушая» каждый порт во время нормальной передачи данных, рассматривая пакеты данных и записывая в внутреннюю справочную таблицу идентификатор каждого подключенного узла и порт, к которому он подключен. Эта поисковая таблица, хранящаяся в специализированной CAM-памяти, позволяет перенаправлять будущие передачи только в порт их назначения.

Децентрализация [ править | править код ]

В сетевой топологии существуют по крайней мере два узла с двумя или больше путями между ними, чтобы обеспечить дополнительные пути, которые будут использоваться в случае, если один из путей выйдет из строя. Эта децентрализация часто используется, чтобы компенсировать недостаток выхода из строя одного пункта, используя единственное устройство в качестве центрального узла (например, в звезде и сетях дерева). Специальный вид сети, ограничивающий число путей между двумя узлами, называется гиперкубом. Число разветвлений в сетях делает их более трудными к разработке и реализации, однако они являются очень удобными. В 2012 IEEE издал протокол IEEE 802-1aq (мостовое соединение по кратчайшему пути), чтобы облегчить задачи конфигурации и обеспечить активность всех путей, что увеличивает полосу пропускания и избыточность между всеми устройствами. В некоторой степени это подобно линейной или кольцевой топологиям, используемых для соединения систем во многих направлениях.

Существуют пять основных топологий (рис. 14):

Рис. 14 Типы топологий

Общая шина

Общая шина это тип сетевой топологии, в которой рабочие станции расположены вдоль одного участка кабеля, называемого сегментом.

Рис. 15 Топология Общая шина

Топология Общая шина (рис. 15) предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети.

В случае топологии:

Общая шина кабель используется всеми станциями по очереди. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Все сообщения, посылаемые отдельными компьютерами, принимаются и прослушиваются всеми остальными компьютерами, подключенными к сети. Рабочая станция отбирает адресованные ей сообщения, пользуясь адресной информацией. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособность сети в целом. Поиск неисправности в сети затруднен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети.

Примерами использования топологии общая шина является сеть 10Base–5 (соединение ПК толстым коаксиальным кабелем) и 10Base–2 (соединение ПК тонким коаксиальным кабелем).

Кольцо

Рис. 16 Топология Кольцо

Кольцо – это топология ЛВС, в которой каждая станция соединена с двумя другими станциями, образуя кольцо (рис.13). Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кольцу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК, т.е. данные, передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу, в ином случае они дальше не передаются.

Очень просто делается запрос на все станции одновременно. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них, вся сеть парализуется. Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, т.к. во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Топология Кольцо имеет хорошо предсказуемое время отклика, определяемое числом рабочих станций.

Звезда

Звезда – это топология ЛВС (рис.17), в которой все рабочие станции присоединены к центральному узлу (например, к концентратору), который устанавливает, поддерживает и разрывает связи между рабочими станциями.

Преимуществом такой топологии является возможность простого исключения неисправного узла. Однако, если неисправен центральный узел, вся сеть выходит из строя.

В этом случае каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией Звезда, при этом получаются разветвленные конфигурации сети. В каждой точке ветвления необходимо использовать специальные соединители (распределители, повторители или устройства доступа).

Рис. 17 Топология Звезда

Примером звездообразной топологии является топология Ethernet с кабелем типа Витая пара 10BASE-T, центром Звезды обычно является Hub.

Звездообразная топология обеспечивает защиту от разрыва кабеля. Если кабель рабочей станции будет поврежден, это не приведет к выходу из строя всего сегмента сети. Она позволяет также легко диагностировать проблемы подключения, так как каждая рабочая станция имеет свой собственный кабельный сегмент, подключенный к концентратору. Для диагностики достаточно найти разрыв кабеля, который ведет к неработающей станции. Остальная часть сети продолжает нормально работать.

Однако звездообразная топология имеет и недостатки. Во-первых, она требует много кабеля. Во-вторых, кабельные концентраторы при большом количестве кабеля трудно обслуживать. Однако в большинстве случаев в такой топологии используется недорогой кабель типа витая пара. В некоторых случаях можно даже использовать существующие телефонные кабели. Кроме того, для диагностики и тестирования выгодно собирать все кабельные концы в одном месте.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Лучшие изречения: Да какие ж вы математики, если запаролиться нормально не можете. 8448 — | 7339 — или читать все.

78.85.5.224 © studopedia.ru Не является автором материалов, которые размещены. Но предоставляет возможность бесплатного использования. Есть нарушение авторского права? Напишите нам | Обратная связь.

Отключите adBlock!
и обновите страницу (F5)
очень нужно

Типы топологии сетей локальных сетей. Кому-то этот вопрос может показаться не интересным и скучным, но для общего развития, хотя бы вкратце – не помешает. Может, даже где-то вы сможете блеснуть своими познаниями локальной сети, и на вас начнут смотреть с уважением. А может, ваша жизнь повернет так, что вам даже придется столкнуться с этим вопросом вплотную.

У меня именно так и произошло – чего я больше всего боялась, с тем мне и пришлось работать. И оказалось, что все мои страхи были только от не знания, а сейчас мне даже очень нравиться заниматься локальными сетями, и самой обжимать кабеля. Я буду писать коротко и ясно, чтобы не утомить вас подробностями, которые действительно могут вам и не пригодиться.