Топология компьютерных сетей. Классификация компьютерных сетей по топологии
Компьютерную сеть можно разделить на две составляющие. Физическая компьютерная сеть – это, прежде всего, оборудование. То есть все требуемые кабели и адаптеры, подсоединенные к компьютерам, концентраторам, коммутаторам, принтерам и так далее. Все то, что должно работать в общей сети.
Второй составляющей компьютерной сети является логическая сеть. Это принцип подключения ряда компьютеров и нужного оборудования в единую систему (так называемая топология компьютерных сетей). Это понятие больше применимо к локальным сетям. Именно выбранная топология подключения ряда компьютеров и будет влиять на требуемое оборудование, надежность работы сети, возможность ее расширения, стоимость работ. Сейчас наиболее широко используются такие виды топологий компьютерных сетей, как «кольцо», «звезда», а также «шина». Последняя, правда, уже практически вышла из употребления.
«Звезда», «кольцо» и «шина» – это базовые топологии компьютерных сетей.
Как происходит общение
Если на машину приходит сообщение, то она проверяет адрес доставки, и если сообщение адресовано ей, то принимает сообщение. Если же сообщение было адресовано другой машине, то отправляет его дальше по шине. То есть сообщение получают все сегменты сети не зависимо от адресата и получателя. И тут встает проблема – как сделать так, чтобы компы не мешали друг другу, а общий канал не забивался бессмысленными сообщениями.
Для этого применяют два способа. В первом – используется несущий сигнал, который распределяет пакеты информации. Второй – это использование управляющего или главного компьютера. В качестве примера могу привести Ethernet (стандарт IEEE 802.3) – там происходит постоянное зондирование среды, и, если она занята или наоборот свободна – используют определённый алгоритм действий для передачи сообщений.
CSMA – это более строгое название технологии, при которой пакеты информации не теряются в шинной среде. Есть два типа:
- CSMA CD – компьютеры передают информацию беспрерывно до тех пор, пока не возникнут какие-то столкновения (два пакета пришли одновременно). Тогда передача по сети полностью прерывается. Можно еще назвать как: «Обнаружение столкновений».
- CSMA CA – проверка на свободность среды. Если она свободна, то идет передача, если нет, то компьютеры «молчат».
Терминатор в топологии шины
Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Так что при разрыве или повреждении кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть. Любой отказ сетевого оборудования в шине очень трудно локализовать, так как все адаптеры включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, не так-то просто.
При прохождении по линии связи сети с топологией «шина» информационные сигналы ослабляются. И никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи. Кроме того, каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования. Для увеличения длины сети с топологией «шина» часто используют несколько сегментов (каждый из которых представляет собой шину). Соединенных между собой с помощью специальных восстановителей сигналов — репитеров, или повторителей.
Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно, так как существуют еще и ограничения, связанные с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.
Топология звезды
Топология «звезда» — это топология, в которой каждый узел в сети подключен к одному центральному коммутатору. Каждое устройство в сети напрямую связано с коммутатором и косвенно связано с любым другим узлом. Связь между этими элементами заключается в том, что центральное сетевое устройство является сервером, а другие устройства рассматриваются как клиенты. Центральный узел отвечает за управление передачей данных по сети и действует как ретранслятор. В топологии «звезда» компьютеры подключаются с помощью коаксиального кабеля, витой пары или оптоволоконного кабеля..
преимущества
Звездные топологии наиболее часто используются, потому что вы может управлять всей сетью из одного местаЦентральный выключатель Как следствие, если узел, который не является центральным узлом, выйдет из строя, то сеть останется работоспособной. Это дает топологиям звезд уровень защиты от сбоев, которые не всегда присутствуют при других настройках топологии. Точно так же ты можно добавлять новые компьютеры без необходимости отключать сеть как вы бы сделали с кольцевой топологией.
С точки зрения физической структуры, для топологии типа звезда требуется меньше кабелей, чем для других типов топологии. Это делает их прост в настройке и управлении в долгосрочной перспективе. Простота общего дизайна значительно облегчает администраторам устранение неполадок при работе с ошибками производительности..
Недостатки
Хотя звездные топологии могут быть относительно безопасны от отказа, если центральный коммутатор выйдет из строя, то вся сеть выйдет из строя. Таким образом, администратору необходимо тщательно контролировать состояние центрального узла, чтобы убедиться, что он не выходит из строя. Производительность сети также привязаны к конфигурации и производительности центрального узла. Топологией Star легко управлять в большинстве случаев, но их установка и использование далеко не дешевы.
Монтаж домашних локальных компьютерных сетей топологии «шина»
Согласно стандартам, монтаж сетей с топологией «шина» может выполняться в соответствии с одной из следующих технологий. Каждая из них имеет свои важные особенности.
Обратите внимание! В обоих случаях регламентировано обязательное использование коаксиального кабеля. Но для 10BASE-2 применяется тонкий вариант, а для 10BASE-5 — толстый кабель.
Монтаж локальных сетей топологии «шина» технологией 10BASE-2 Ethernet
Для одноранговой локальной сети с общей шиной используемые типы кабеля — RG-58 и PK-50. Этот вариант требует при монтаже меньших усилий по сравнению со вторым, но качество работы при этом ниже. Такой способ более выгоден для небольших домашних или офисных сетей. Они менее масштабны, но и стоят гораздо дешевле.
Здесь предусмотрены следующие ограничения:
- Имеет главный кабель, который может быть разбит на несколько сегментов (не более пяти), соединенных репитерами. Длина каждого из них не может превышать 185 метров.
- Общая длина главного кабеля, включающая в себя все сегменты, не должна превышать 925 метров.
- К каждому из отрезков коаксиального кабеля допустимо не более 30 подключений.
Важно! Определено минимальное расстояние между проводами, подсоединяющими соседние компьютеры к шине. Оно составляет 0,5 метра.
Монтаж локальных сетей топологии «шина» технологией 10BASE-5 Ethernet
Этот вариант создания сети более дорогой, но у него имеется больше возможностей. Он допускает создание более масштабного соединения, отличается высокими надежностью и качеством работы.
У рассматриваемой технологии меньшие ограничения по сравнению с предыдущим вариантом.
Здесь должны быть соблюдены следующие правила:
- Количество сегментов может быть не больше пяти.
- Допустимая длина сегмента составляет 500 метров.
- Общая длина кабеля может доходить до 2,5 километра.
- Теперь возросло предельное количество устройств для подключения к каждому сегменту — теперь оно достигает ста устройств.
- Ближайшие компьютеры не могут подключаться к основному кабелю на расстоянии, меньшем 2,5 метра.
Важно! Для обоих рассматриваемых технологий максимальная пропускная способность составляет 10 Мбит в секунду.
Еще одним достоинством варианта 10BASE-5 Ethernet является более высокая механическая прочность.
Что понимается под топологией локальной сети
Программирование и построение компьютерных сетей выросли из математики и поэтому унаследовали математические расчеты и схематику построения устройств и связей. А самим термином топология сети охарактеризовали расположение и схему связей между устройствами. Устройствами выступают компьютеры, концентраторы, роутеры, серверы, принтеры и прочая вспомогательная электроника. Кроме расположения устройств, топология обуславливает компоновку кабелей, варианты размещения коммутирующего оборудования, систему обмена сигналами и прочие запросы потребителей компьютерных технологий.
p, blockquote 3,0,0,0,0 —>
Соединение в сети вызвано необходимостью объединения ресурсов компьютеров, экономией на периферийных устройствах, и как следствие решением комплексных задач. Исходя из конкретных предполагаемых задач и выстраивается топология компьютерной сети. Существуют семь основных видов соединений.
p, blockquote 4,0,0,0,0 —>
Сетевой коммутатор и маршрутизатор (роутер)
Для согласования работы сетевых устройств используется специальное сетевое оборудование — коммутаторы и маршрутизаторы. Исходя из рассмотренного выше, важно понять простую истину — коммутаторы работают с MAC-адресами, а маршрутизаторы (или роутеры) с IP-адресами.
Коммутатор содержит таблицу MAC-адресов устройств локальной сети непосредственно подключенных к его портам. Изначально таблица пуста и начинает заполняться при старте работы коммутатора, происходит сопоставление MAC-адресов устройств и портов, к которым они подключены. Это необходимо для того, чтобы коммутатор напрямую пересылал информационные пакеты тем участникам локальной сени, которым они предназначены, а не опрашивал все устройства ЛВС.
Маршрутизатор также имеет таблицу, в которую заносит IP-адреса устройств на основе анализа локальной сети. Роутер может самостоятельно раздавать IP-адреса устройствам ЛВС благодаря протоколу динамического конфигурирования узла сети (DHCP). Таблица маршрутизации позволяет роутеру вычислять наикратчайшие маршруты для отправки информационных пакетов между различными узлами ЛВС. Данные узлы (компьютеры) могут находиться в любом сегменте многоуровневой сети невзирая на архитектуру той или иной подсети. К примеру, маршрутизатор связывает локальную сеть с глобальной (интернет) через сеть провайдера.
В чем недостатки?
На сегодняшний день «звезда» является наиболее распространенной технологией для современных проводных или же беспроводных сетей. В качестве примера звездообразной топологии можно представить сеть, использующую кабель типа «витая пара», а также коммутатор, который представляет собой центральное устройство. Именно такие сети часто сегодня можно встретить в преимущественном большинстве компаний.
Топология сети позволяет определить не только физическое расположение компьютеров, но, что еще более важно, обеспечивает характер связи между ними, а также различные особенности распространения сигналов через сеть. Именно характером связи можно определить то, насколько отказоустойчивой является сеть, а также узнать требуемую сложность сетевой аппаратуры и наиболее актуальный метод управления обменом и множество других параметров. Если в литературе рассматривается топология локальных сетей «шина» или же другие технологии, то может предусматриваться четыре абсолютно разных понятия, которые относятся к разным типам сетевой архитектуры:
- Физическая – схема расположения компьютеров, а также прокладки объединяющих их кабелей. В таком ключе пассивная «звезда» не имеет никаких отличий от активной, в связи с чем технология чаще всего называется просто «звезда».
- Логическая – структура связей, а также то, каким образом сигналы распространяются по сети. Данное определение топологии, наверное, можно назвать наиболее правильным.
- Управления обменом – принцип, а также последовательность передачи права на расторжение сетевой связи между определенными компьютерами.
- Информационная – направление информационных потоков, которые передаются через сеть.
К примеру, сеть, имеющая физическую и логическую топологию формата «шина», может в качестве управления использовать эстафетную технологию передачи права захвата сети, а также обеспечить одновременную передачу всех данных через определенный выделенный компьютер. И в таком содержании представлять собой технологию «звезда».
