Топология компьютерной сети

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.

Топология компьютерной сети – основные виды

Топология компьютерной сети типа Звезда

В центре топологии «Звезда», находится сервер. Все устройства сети (компьютеры) подключены к серверу. Запросы от устройств направляются на сервер, где и обрабатываются. Выход из строя сервера, «убивает» всю сеть. Выход из строя одного устройства, не влияет на работу сети.

Кольцевая топология компьютерной сети

Кольцевая топология компьютерной сети предполагает замкнутое соединение устройств. Выход одного устройства соединяется с входом следующего. Данные двигаются по кругу. Отличается такая топология ненадобностью сервера, но выход одного устройства сети, «убивает» всю сеть.

Шинная топология сети

Шинная топология сети это параллельное подключение устройств сети к общему кабелю. Выход одного устройства из строя не влияет на работу сети, однако обрыв кабеля (шины) «вырубает» всю сеть.

Ячеистая топология

Ячеистая топология характерна для крупных сетей. Данную топологию можно охарактеризовать так, «все соединяются со всеми». То есть, каждая рабочая станция соединятся со всеми устройствами сети.

Смешанная топология сети

Принцип работы смешанной топологии понятен из названия. Характерно такая топология, для очень крупных компаний.

Может сложиться впечатление, что понятие топология сети применима только для локальных сетей. Это, конечно же, не так. И как пример, в общем виде разберем топологию глобальной сети сетей – Интернет.

Кольцевая топология

В сетях с кольцевой топологией компьютеры соединяются друг с другом в кольцевом формате. Каждое устройство в сети будет иметь двух соседей и не больше или не меньше. Кольцевые топологии обычно использовались в прошлом, но вам было бы трудно найти предприятие, все еще использующее их сегодня.

Первый узел подключен к последнему узлу, чтобы связать цикл вместе. Как следствие размещения в этом формате пакеты должны проходить через все узлы на пути к месту назначения..

В рамках этой топологии один узел выбран для настройки сети и мониторинга других устройств. Кольцевые топологии полудуплекс, но также может быть сделан дуплекс. Чтобы сделать кольцевые топологии полнодуплексными, вам потребуется два соединения между сетевыми узлами для формирования Топология двойного кольца.

Топология двойного кольца

Как упомянуто выше, если кольцевые топологии сконфигурированы, чтобы быть двунаправленными, то они упоминаются как топологии с двумя кольцами. Топологии с двумя кольцами обеспечивают каждый узел двумя соединениями, по одному в каждом направлении. Таким образом, данные могут передаваться в по часовой стрелке или против часовой стрелки направление.

преимущества

В кольцевых топологиях риск коллизий пакетов очень низок из-за использования основанных на токене протоколов, которые позволяют только одной станции передавать данные в данный момент времени. Это усугубляется тем, что данные могут перемещаться по узлам на высоких скоростях который может быть расширен при добавлении большего количества узлов.

Топологии с двумя кольцами обеспечили дополнительный уровень защиты, потому что они были более устойчивы к сбоям. Например, если кольцо выходит из строя внутри узла, то другое кольцо может подняться и поддержать его. Кольцевые топологии были также низкая стоимость установки.

Недостатки

Одна из причин, по которой кольцевые топологии были заменены, заключается в том, что они очень уязвимы к сбоям. еAilure одного узла может вывести из строя всю сеть. Это означает, что сети с топологией кольца должны постоянно управляться, чтобы гарантировать, что все узлы находятся в хорошем состоянии. Тем не менее, даже если узлы были в добром здравии вашей сети все еще может быть сбит в автономном режиме из-за отказа линии электропередачи!

Кольцевые топологии также повышенные проблемы масштабируемости. Например, полоса пропускания используется всеми устройствами в сети. К тому же, больше устройств, которые добавляются в сеть чем больше задержка связи сеть переживает. Это означает, что количество устройств, добавленных в топологию сети, необходимо тщательно контролировать, чтобы убедиться, что сетевые ресурсы не были растянуты за их пределы..

Внесение изменений в кольцевую топологию также было сложным, потому что вы необходимо выключить сеть, чтобы внести изменения к существующим узлам или добавить новые узлы. Это далеко не идеально, так как вам нужно учитывать время простоя каждый раз, когда вы хотите внести изменения в топологическую структуру!

Смотрите также: Инструменты для мониторинга пропускной способности

Курс по основам компьютерных сетей на базе оборудования Cisco. Этот курс поможет вам подготовиться к экзаменам CCENT/CCNA, так как за его основу взят курс Cisco ICND1.

• 11.06.2018
• Cisco CCNA (ICND1 и ICND2), Компьютерные сети
• 2 комментария

Привет, посетитель сайта ZametkiNaPolyah.ru! Продолжаем изучать основы работы компьютерных сетей, напомню, что эти записи основаны на программе Cisco ICND1 и помогут вам подготовиться к экзаменам CCENT/CCNA. В прошлой теме мы перечислили основные и самые важные характеристики компьютерной сети, среди них была и топология компьютерной сети. Как раз про топологию и будет данная запись. Мы узнаем, что топология компьютерной сети влияет на другие ее характеристики, а также поймем, что для понимания принципа работы незнакомой сети нам потребуются два вида схем: физические схемы и логические.

Но рассказам о схемах компьютерной сети и общей информации о существующих топологиях мы не ограничимся, еще мы поговорим про обозначения интерфейсов оборудования Cisco на схемах и диаграммах, это может оказаться полезным не только для чтения схем, но и при работе с оборудованием Cisco при помощи интерфейса командной строки, ведь интерфейсы оборудования в командной строке обозначаются точно так же, как и на схема. Вторая часть этой публикации будет посвящена типовым топологиям компьютерной сети: звезда, общая шина, кольцо, mesh topology.

Перед началом я хотел бы вам напомнить, что ознакомиться с опубликованными материалами первой части нашего курса можно по ссылке: «Основы взаимодействия в компьютерных сетях».

1.11.1 Введение

Здесь мы разберемся зачем вообще нам нужны схемы компьютерной сети и как они нам помогут в повседневной жизни. Также придет понимание того, чем логическая схема или логическая топология компьютерной сети отличается от физической схемы. Не стоит еще и забывать о том, что, например, физические схемы бывают разными: ситуационный план или схема прокладки линий связи по помещениям показывают, как и где был уложен кабель, схема распределения оптических волокон показывает, как была разварена оптика, есть еще схемы кроссировок и еще куча других схем. По-хорошему, все эти схемы нужно уметь читать.

Еще одним немаловажным пунктом этого разговора являются диаграммы, которые вы можете встретить у Cisco, сдавая экзамен ICND1. С этими диаграммами мы разберемся и поймем принцип нумерации физических портов на оборудование Cisco. В рамках данного курса нам будут интересны в большей степени логические схемы сети, так как именно они позволяют увидеть, как работает наша сеть, физические схемы мы перечислим, но уделять большого внимания им не будем.

Также отметим, что для построения компьютерной сети мы можем выбирать одну из нескольких топологий, более того, топологии на разных участках сети можно использовать разные, но если говорить предметно, то в природе существуют следующие топологии: звезда, кольцо, общая шина, full mesh и его частный случай partial mesh. О них мы поговорим во второй части этой темы и разберемся с их недостатками и преимуществами.

Если вы помните, то в прошлой теме мы говорили про характеристики компьютерной сети, тогда мы для себя отмечали, что топология компьютерной сети — это одна из ее важнейших характеристик, сейчас же мы увидим, что топология сети это не только ее характеристика, но и очень сильный фактор, который влияет на другие важные характеристики, например, на стоимость и надежность или отказоустойчивость сети.

1.11.2 Как читать схемы сетей, построенных на оборудование Cisco

Начнем мы с диаграмм, которые могут встречаться в различных курсах Cisco, а также в вопросах на экзаменах, как на ICND1, так и на более сложных треках. Правильно читать сетевые диаграммы вы научитесь со временем, а сейчас же мы поговорим про обозначения физических портов на схемах и диаграммах Cisco, рисунок ниже это демонстрирует. Кстати, стоит сказать, что на физическом уровне модели OSI также есть адресация, которая заключается в номерах портов различных физических устройств.

Рисунок 1.11.1 Диаграмма компьютерной сети, сделанная в Cisco Packet Tracer

Обратите внимание на нумерацию и названия портов на схеме, эту схему я сделал в Cisco Packet Tracer (здесь вы можете найти информацию о том, как установить Cisco Packet Tracer на Windows, вот тут о том, как поставить Packet Tracer на Ubuntu, а если вы еще не умеете им пользоваться, то вам поможет публикация, где мы знакомимся с интерфейсом Cisco Packet Tracer). Особенность нумерации портов оборудования Cisco заключается в том, что это оборудование модульное, впрочем, как и любое другое оборудования вендеров, производящих промышленные устройства связи. Давайте посмотрим на такой простой пример: fa0/1 – это порт устройства Cisco, этот порт имеет пропускную способность 100 Мбит/с и работает по стандарту Fast Ethernet, об этом говорят два символа fa. Вторая часть 0/1 говорит нам о том, что это первый порт модуля под номером ноль. Например, коммутатор Cisco 2960 по своей сути имеет один нулевой модуль и 24 порта стандарта Fast Ethernet (соответственно, их нумерация начинается с fa0/1 по fa0/24), также в этом модуле находится два порта стандарта Gigabit Ethernet с пропускной способностью 1 Гбит/c (для их обозначения можно использовать записи Gi0/1 и Gig0/2), но на самом деле портов может быть и больше.

Все вышесказанное относилось к портам, работающим по стандарту Ethernet, скорее всего, вы будете работать только с этим стандартом. Еще существуют и последовательные интерфейсы или serial-link, такие интерфейсы у Cisco обычно обозначаются так: S4/0 – эта запись говорит о том, что кабель включен в нулевой порт 4-го модуля; Se0/0 – это второй способ обозначения, кроме первых букв ничего не изменяется.

На схемах и диаграммах Cisco еще можно встретить обозначения типа Eth3/2 – это говорит о том, что порт работает по стандарту Ethernet с пропускной способностью 10 Мбит/c, возможно, вы встретите Te или TenGigabit (полоса пропускания такого интерфейса составляет 10 Гбит/c), про скорости выше пока говорить не будем.

Иногда вы можете встреть что-то типа такого: Gi1/2/3, такое обозначение бывает в двух случаях: либо вы работаете с коммутаторами, которые объединены в стек, тогда: 1 – это номер коммутатора в стеке, 2 – номер модуля в этом коммутаторе, 3 – номер порта в модуле; либо это модуль внутри модуля. С модулями Cisco придется работать часто, особенно, это касается каких-то умных устройств, например, маршрутизаторов (портовую емкость которого можно расширять при помощи модулей) или L3 коммутаторов.

Также иногда вы можете встретить порты с непонятной на первый взгляд нумерацией, но это не означает, что логики нумерации у устройства нет, она на самом деле есть, просто нужно обратиться к официальной документации Cisco. Если делать этого не хочется, то можно просто смириться и работать как с обычными портами.

И напоследок поговорим про виртуальные интерфейсы, которых физически нет, но в «мозгах» устройства эти интерфейсы есть, и мы их можем создавать. Во-первых, есть Loopback-интерфейсы, эти интерфейсы чисто виртуальные и они не закреплены ни за какой физической сущностью коммутатора, работают они по принципу IP-адреса 127.0.0.1, то есть они всегда есть, по ним всегда можно получить доступ к устройству, устройство может обращаться к самому себе при помощи этого интерфейса. Обозначаются они так: Loopback1, Loopback2 или Lo1, Lo2.

Также нам могут встретиться суб-интерфейсы, например, fa1/1.123. Такие интерфейсы закрепляются за физическим портом устройства Cisco, номер такого интерфейса указывается после точки, в данном случае – это 123 суб-интерфейс. Для тех, кто знает вланы: номер суб-интерфейса может не совпадать с номером влана, но для удобства обычно делают так, чтобы совпадал.
Сразу стоит отметить: это не все интерфейсы, с которыми вы можете встретиться, их гораздо больше, возможно, в дальнейшем мы познакомимся с ними, если будет такая потребность, на данный момент полученной информации нам должно хватить.

1.11.3 Физическая топология сети и ее схемы

Здесь и далее мы будем считать, что в природе существует два вида топологий: физическая топология сети и логическая топология сети. Первая топология или физическая схема сети показывает, как эта сеть выглядит в реальном мире: где, как и какие кабели уложены, где, как и какое оборудование установлено, как оно запитано, какая длина у какого кабельного пролета, какой кабель в какой порт включен, как разварена оптика, как расшита кросс-панель и так далее. Давайте перечислим несколько разных физических схем (а про физический уровень модели OSI 7 можно почитать тут). Демонстрировать примеры я не буду, но, если вам будет интересно, то при помощи Гугла вы без труда найдете примеры таких схем.

Начнем с простой схемы прокладки медных линий по помещениям, на такой схеме должна быть вся необходимая информация для монтажника, при помощи которой он сможет определить: как и где прокладывать линию по помещениям, а также какие материалы ему потребуются для осуществления монтажа, включая стяжки и маркировочные бирки.

Следующая схема – это схема расшивки витой пары на кроссе, при помощи такой схемы можно определить, как коммутироваться или другими словами соединять оборудование: какой порт кросса или патч-панели куда ведет, будет совсем здорово, если каждая линия и каждый порт кросса будет промаркирован бирками.

Еще один пример физической схемы – это ситуационный план, на котором показана схема прокладки ВОЛС (оптических линий связи), обычно такие схемы рисуют инженеры проектировщики провайдеров, они нужны для согласования условий с собственниками территорий, по которым будет проложен кабель, для оценки затрат на подключение того или иного объекта к сети провайдера, а также для легализации линий связи в контролирующих организациях, естественно, все физические схемы должны быть отрисованы в соответствие со стандартами и правилами, которых в РФ очень много, более того: проектируемые линии и оборудование связи должно быть в дальнейшем смонтирована так, чтобы не нарушать этих правил (санпины, снипы, госты). Мы, конечно же, с этим всем добром разбираться не будем.

Стоит добавить, что после прокладки оптической линии связи к схемам прилагаются еще и рефлектограммы – это график, по которому можно определить уровень сигнала, на всем протяжении линии, а также длину оптической линии связи, делается этот график при помощи прибора, который называется рефлектометр.

Еще вы можете встретиться со схемами разварки оптического кабеля или схемами распределения оптических волокон: оптический кабель мало проложить, его еще нужно правильно разварить, чтобы затем по этим волокнам кабеля сигнал попадал в нужную точку, а не абы куда, для этого и нужны схемы распределения оптических волокон.

Последняя физическая схема компьютерной сети, о которой мы упомянем, называется схема организации связи или структурная схема, при помощи такой схемы монтажник или полевой инженер сможет включить проектируемое оборудование, а сетевой инженер настроить нужный порт на этом оборудование. То есть, если первые схемы интересовали в большей степени полевых сотрудников, то схема организации связи нужна в равной мере как удаленным, так и полевым инженерам.

Да, чуть было не забыл, часть сетевого оборудования является активным, а это означает, что для его работы необходимо электричество, поэтому в различных проектах и документациях вы можете обнаружить схему подачи питания на оборудование связи.

1.11.4 Логическая топология сети и ее схемы

При помощи логической топологии или логической схемы сети сетевой инженер может понять принцип работы компьютерной сети, определить куда пойдет тот или иной запрос и кто, с кем и как общается. Если схемы физической топологии нужно было рисовать вручную, использую какой-нибудь AutoCAD или Visio, то для схем логической топологии сети можно применять два подхода: рисовать руками, используя AutoCAD, Visio или более специализированный софт или автоматизировать этот процесс при помощи различных скриптов и систем мониторинга, которые будут опрашивать ваши устройства и на основе этого опроса составлять карту вашей сети.

У каждого из этих подходов есть свои плюсы и минусы. Очевидный минус первого подхода: долго и нудно. Очевидный минус второго подхода: возможно, не так точно, как при первом, а также на схемах, составленных автоматически, может быть много лишней и ненужной для вас информации, которая будет просто засорять рабочее пространство или же наоборот – этой информации может быть недостаточно, чтобы сходу оценить обстановку. При использовании автоматизированных средств также стоит учитывать, что ваша компьютерная сеть может быть составлена из оборудования различных производителей, а приложение, которое вы используете для автоматической отрисовки, может «не уметь» работать с оборудованием того или иного производителя из коробки, поэтому придется его учить, делая тонкую настройку или создавая собственные скрипты.

Давайте посмотрим несколько примеров схем логической топологии сети. Начнем мы просто со схемы топологии компьютерной сети, которая показана на рисунке ниже, на этой схеме нет никакой лишней информации. Она просто отображает топологию устройств, отвечающих за передачу данных (коммутаторов, маршрутизаторов и, возможно, серверов, обеспечивающих работу сети, таких как: DNS и DHCP), по ней можно понять, как и какими портами соединены сетевые устройства: коммутаторы и маршрутизаторы, такую схему обычно можно увидеть в системе мониторинга провайдера или крупного предприятия. Глядя на эту схему также можно сделать вывод о некоторых технологиях, используемых для построения такой сети, например, если коммутаторы соединены кольцом, то в сети работает протокол STP или его более поздние версии. На этой схеме вы не увидите конечных абонентов (клиентов), так как для нее это лишняя информация, здесь важно видеть, что происходит с сетевым оборудование, отвечающим за передачу трафика, а конечный абонент, если у него что-то случилось, вам обязательно пожалуется, тут можно не переживать.

Рисунок 1.11.2 Топология сети передачи данных

Обычно системы мониторинга подсвечивают зеленым нормально функционирующие устройства, желтым цветом подсвечиваются устройства, с которыми начинает происходить что-то нехорошее, а красным цветом подсвечиваются вышедшее из строя устройства, хотя в зависимости от приложения, которое используется для мониторинга, цвета могут меняться. Есть и более подробные схемы логической топологии сети, давайте попробуем нарисовать одну такую схему в Cisco Packet Tracer и посмотрим, что из этой схемы можно для себя вынести.

Рисунок 1.11.3 Логическая топология компьютерной сети

На этом рисунке подписаны все устройства, а также указаны их IP-адреса, давайте посмотрим каким путем будут следовать данные, которые отправляет ПК1 на различные узлы нашей сети. Итак, допустим мы отправляем данные с ПК1 на ПК2, трасса, по которой пойдут Ethernet-кадры отмечена на рисунке красным цветом, сперва данные уйдут на коммутатор, а затем он их направит в сторону узла ПК2, обратите внимание: я намеренно написал Ethernet кадр, ведь узлы ПК1 и ПК2 находятся в одной подсети или иначе говоря в одной канальной среде, для общения им достаточно мак-адресов, а коммутатор – это то устройство канального уровня, которое прекрасно умеет работать с мак-адресами.

Но, к сожалению, трасса сильно увеличивается, если нам нужно послать данные из узла ПК1 на узел ПК3, так как они находятся в разных подсетях, в этом случае для доступа к узлу ПК3 нам потребуются услуги маршрутизатора и IP-адреса, ведь коммутатор совершенно ничего не знает про IP-адреса и как с ними работать. Путь, по которому будут идти IP-пакеты между узлами ПК1 и ПК3 на рисунке обозначен зеленым цветом: сначала данные попадают на «Коммутатор 1», затем он их передает на «Коммутатор 2», далее данные попадают на «Роутер 1», затем они возвращаются на «Коммутатор 2», он их пересылает на «Коммутатор 1», а тот в свою очередь отправляет их на ПК3, когда мы поговорим про принципы работы роутеров, вы поймете почему и как это происходит.

Трасса между ПК1 и ПК6 выделена оранжевой линией, думаю, ее уже можно не пояснять. Но стоит сказать, что путь, который будут проделывать сообщения из точки А в точку Б в большей степени зависят от логики, то есть от того, как настроены ваши устройства. Вы можете настроить свою сеть таким образом, что узлы 192.168.1.2 и 192.168.1.3 будут иметь доступ в Интернет, но не будут иметь возможности «достучаться» до других узлов сети, находящейся в вашем управлении, ну это как пример.

Еще нужно отметить, что ни одна схема не сможет точно передать принцип работы компьютерной сети полностью, для полной картины вам все равно придется заходить на коммутаторы и маршрутизаторы и смотреть, как они настроены, либо снабжать свои схемы объемными и подробными комментариями, в которых будут содержаться, особенности и правила настройки того или иного оборудования в той или иной ситуации. Вообще, процесс создания L3 схем довольно кропотливое, но полезное занятии. О том, как рисовать логические схемы компьютерной сети хорошо рассказано вот здесь, просто перейдите по ссылке, повторять эту публикацию у себя я не вижу смысла.

1.11.5 Топология включения узлов сети: общая шина, звезда, full mesh (каждый на каждого) или полносвязная топология и partial mesh

Завершая разговор о физической и логической топологии компьютерных сетей стоит поговорить о типовых схемах включения устройств сети, итак у нас есть четыре топологии сети, которые в равной мере можно отнести как к физической, так и к логической:

1. Общая шина – такую топологию компьютерной сети вы, скорее всего, уже не встретите в реальном мире, поскольку вы уже нигде не найдете компьютерных сетей, построенных на хабах и коаксиальном Ethernet кабеле. Особенность такой топологии заключается в том, что все без исключения узлы сети подключены к одному проводу, если длина провода слишком велика, то ставится ретранслятор, который усиливает сигнал. Про особенности хабов и схемы с общей шиной мы поговорим в отдельной теме.
2. Топология звезда – эта топология появилась вместе с коммутаторами, ее особенность заключается в том, что есть центральное устройство, от которого включаются все остальные устройства, это и правда похоже на звезду. Обычно сети небольших и средних компаний построены по этой топологии.
3. Топология кольцо – это одна из самых надежных схем построения Ethernet сетей, надежнее может быть только компьютерная сеть, построенная по топологии full mesh, но в Ethernet сетях на канальном уровне эта топология используется очень редко из-за своей дороговизны и проблем с эксплуатацией такой сети, в соединительных линиях сети full mesh можно просто запутаться и никогда не распутаться. Вообще, Ethernet сети, построенные по топологии кольцо, не будут работать без дополнительного протокола, который называется STP. Дело все в том, что Ethernet очень чувствителен к петлям, а протокол STP позволяет защититься от петель. Другими словами: в Ethernet сетях нельзя использовать топологию кольцо без STP. Если не верите, то можете проверить: соедините медным патч-кордом два LAN-порта домашнего роутер (в лучшем случае порт на коммутаторе провайдера, от которого вы включены, заблокируется и вам придется звонить в тех. поддержку с просьбой его разблокировать, ну а в худшем случае вы можете устроить небольшой шторм на сети провайдера, и тогда тех. поддержка наберет вас сама, когда обнаружит источник шторма, чтобы рассказать, что она о вас думает).
4. Mesh Topology – этот тип топологии компьютерной сети делится на два вида: full mesh и partial mesh, если переводить дословно, то полная сеть и частичная сеть. Хотя правильнее относительно full mesh говорить каждый на каждого, а русский аналог для partial mesh звучит примерно так: неполносвязная топология, так как иногда full mesh называют полносвязной топологией.

Давайте теперь перейдем к более детальному рассмотрению вопроса.

Топология общая шина

Давайте посмотрим, как на схемах будут выглядеть описанные топологии, начнем мы с топологии общая шина, она показана на Рисунке 1.11.4.

Рисунок 1.11.4 Данная компьютерная сеть имеет топологию общая шина

Тут все очевидно: логика работы сети, скорее всего, будет совпадать с физикой, когда мы поговорим про эту топологию более детально, вы поймете почему это так. Особенность общей шины заключается в том, что есть один общий кабель, по которому общаются все устройства сети, эта особенность несет с собой очень большие проблемы, с которыми очень трудно бороться, поэтому вы уже не встретите сети с топологией общая шина. Также стоит добавить, что ни одна из описанных топологий, не несет в себе ограничений на виды сетевого взаимодействия, за исключением топологии с общей шиной.

Дело все в том, что топология с общей шиной не поддерживает режим работы full duplex или полнодуплексный режим, здесь нам будет доступен только half duplex или полудуплексный режим работы, а этого недостаточно для передачи трафика типа H2H, то есть в сети с топологией общая шина не будут работать приложения аудио или видео связи, поскольку для их работы нужно, чтобы обе стороны могли одновременно и получать и отправлять данные, но в режиме half duplex этого сделать невозможно, здесь только одна сторона может отправлять, а другая сторона в этот момент времени должна слушать.

Топология звезда

Следующей в нашем списке идет топология сети звезда, пример этой топологии показан на Рисунке 1.11.5.

Рисунок 1.11.5 Данная компьютерная сеть имеет топологию звезда

Мы уже говорили, что топология звезда стала возможна благодаря появлению коммутаторов, вообще, с появлением коммутаторов сетевые инженеры избавились от многих проблем, которые были присущи сетям, построенным на хабах с топологией общая шина. Пожалуй, минусом такой топологии является ее слабая защищенность от обрывов линий и отключения электропитания.

Тут стоит сказать, что на рисунке можно выделить не одну, а целых три звезды: в основание первой лежит «Коммутатор 1», вторая звезда вырастает из «Коммутатора 2», а третья звезда образуется из «Коммутатора 6», таких звезд можно нагородить очень много, но тогда у вас будет уже скорее «паровозик».

Теперь представьте, что будет, если в нашей сети порвется физическая линия между первым и вторым коммутатором, правильно, шестой коммутатор тоже не будет работать. А если вы провайдер и у вас такая схема, при этом «Коммутатор 2» стоит в одном бизнес-центре, а «Коммутатор 6» в другом, и тут неожиданно происходит авария по электропитанию в здании, где расположен «Коммутатор 2». Клиенты, которые находятся в том же здании, естественно, вам не будут жаловаться, у них ведь тоже нет света, а вот клиенты, которые включены от «Коммутатора 6» вас не поймут, ведь у них свет есть, а услуги нет. Наверное, вам придется в срочном порядке отправляться на «Коммутатор 2» и запитывать его от дизельного генератора или же устанавливать ИБП на узле, где расположен «Коммутатор 2». Думаю, с недостатками такой схемы все понятно.

Топология кольцо и плоское кольцо

От физических обрывов линий и от отключений электропитания вас спасет топология кольцо. Сначала давайте поговорим о классической топологии кольцо (есть еще плоское кольцо). Обратите внимание на Рисунок 1.11.6, здесь показана схема прокладки кабеля, представим, что мы небольшой провайдер и подключаем жилые дома, для этого мы по чердакам протягиваем оптику, физическая схема прокладки кабеля в этом случае может выглядеть примерно так, как показано на рисунке.

Рисунок 1.11.6 Примерно так может выглядеть с точки зрения физики сеть, построенная по топологии кольцо

Будем считать, что точками с подписями на карте показаны места установки провайдерских узлов доступа на технических этажах и чердаках зданий, а соединительные линии показывают, как проложена оптика. Обратите внимание: сверху есть подпись «к нулевому узлу» – это показано, как идет оптика к узлу агрегации, позже в этой части мы поговорим про трехуровневую архитектуру компьютерной сети и тогда вы узнаете, что есть уровень доступа, от которого включаются конечные пользователи, а есть уровень агрегации и ядро сети, на каждом из уровней может быть реализована своя собственная топология, понятно, что сейчас мы смотрим на уровень доступа. Давайте посмотрим, как такая сеть будет выглядеть с точки зрения логики, это показано на Рисунке 1.11.7.

Рисунок 1.11.7 Так выглядит с логической точки зрения топология кольцо

Теперь давайте представим: что будет, если порвется линия между первым и вторым узлом, да, собственно, ничего страшного, наше кольцо распадется на две ветки, правда одна ветка будет состоять только из первого узла, а другая ветка будет включать в себя узлы с первого по шестой, но зато все будет работать, будет лишь незначительный перерыв, связанный с перестроением протокола STP или его более молодых аналогов.

Вообще, из-за того, что в Ethernet не должно быть петель, пришлось разработать протокол STP, который блокирует один из линков в кольце и таким образом, даже если нет никаких обрывов, с точки зрения логики никакого кольца нет, есть две ветки. На Рисунке 1.11.7 STP настроен плохо, так как произошло деление на неравные ветки, одна включает в себя только Узел 6, а другая все остальные узлы, заблокированный порт отмечен оранжевым кружочком, то есть данные между узлом 6 и 5 не передаются, кадры с пятого узла идут на четвертый и так до узла агрегации, давайте посмотрим, как перестроится наше кольцо, если порвать линк между 2 и 3 узлом.

Рисунок 1.11.8 Что происходит, когда в кольце рвется кабель

Через какое-то время наше кольцо перестроится и оранжевый линк станет зеленым, но у нас по-прежнему будет две ветки, а наши абоненты будут получать услугу. Давайте теперь посмотрим, что произойдет, если на четвертом узле отключат питание, тут стоит отметить, что многие вендоры выпускают коммутаторы без тумблеров питания, поэтому как только вы включите коммутатор в сеть, он сразу включится, Cisco в этом плане не исключение, поэтому я просто удалю из схемы четвертый узел.

Рисунок 1.11.9 Что происходит, когда в кольце рвется кабель

И снова спустя небольшой промежуток времени оранжевый линк станет зеленым, и у нас будут две ветки, а все абоненты, кроме тех, что работают от четвертого узла, смогут пользоваться нашими услугами. При этом у провайдеров чаще всего узлы доступа бывают недоступны из-за отключения питания во всем здании или подъезде, реже выбивает автомат, который находится в провайдерском шкафу, и еще реже бывают ситуации, когда коммутатор по тем или иным причинам выходит из строя. Если случаются две последние аварии, то вы об этом узнаете, когда вам начнут поступать звонки от абонентов, включенных с четвертого узла.

Итак, самое страшное, что может случиться в топологии кольцо – это авария на узле агрегации, ведь если этот узел станет недоступен, то упадут и узлы доступа, которые мы пронумеровали. Но стоит отметить, что в качестве узлов агрегации выбираются более надежные и производительные модели коммутаторов. А если говорить про провайдеров, то они стараются защитить узлы агрегации по питанию, устанавливать узлы агрегации в помещениях, к которым можно получить доступ круглосуточно, чтобы в случае чего приехать на узел и запитать его от генератора.

Стоит отметить, что более-менее адекватные провайдеры коммутаторы доступа включают кольцом от коммутаторов агрегации, при этом в узел агрегации может быть включено несколько колец (показано на Рисунке 1.11.10), а узлы агрегации включаются от узла концентрации или ядра сети так, чтобы образовать топологию звезда, но если у провайдера есть свободные деньги и ресурсы, то узлы агрегации кольцуются между собой, хотя это не всегда возможно реализовать в условиях города, чаще всего проблемы административного, а не технического характера.

Рисунок 1.11.10 Несколько колец доступа, включенных от узла агрегации

Преимущества топологии кольцо по сравнению со звездой очевидны, а ее недостатком является стоимость, вам потребуется заплатить больше денег монтажникам за прокладку лишних сотен метров кабеля, а прокладывать оптический кабель не так уж и дешево. Опять же, если мы говорим про провайдеров, то здесь еще могут возникнуть дополнительные ежемесячные траты или операционные расходы, которые провайдеры выплачивают собственнику зданий и конструкций, по которым проложен кабель, просто за то, что этот кабель лежит и к нему, в случае чего, можно будет получить доступ.

Теперь давайте рассмотрим частный случай топологии кольцо, который называется плоское кольцо, может, у этой топологии есть и другие названия, но, к сожалению, я их не знаю. Особенность плоского кольца заключается в том, что физически проложенный кабель не образует никакого кольца, а вот с точки зрения логики кольцо получается. Такое кольцо можно реализовать при помощи оптического кабеля, главное правильно разварить волокна. Дело все в том, что внутри оптического кабеля несколько волокон, по которым можно передавать данные, а для организации кольца нам нужно задействовать два волокна (ведь у нас в кольце две ветки). Сейчас мы не будем лезть в схему разварки волокон, хотя если вам будет интересно, можете написать мне комментарии в блоге, и я постараюсь сделать дополнительную публикацию, в которой полностью опишу эту схему с демонстрацией примеров и всех необходимых схем. Сейчас давайте обратим внимание на Рисунок 1.11.11, на нем показано, как проложен физически кабель и где установлены узлы.

Рисунок 1.11.11 На нашем импровизированном ситуационном плане никакого кольца нет

Обратите внимание, на нашем импровизированном ситуационном плане кольца не видно, это просто цепочка из узлов, включенных друг за другом, но если бы у нас было время на разбирательства в схемах распределения волокон, стало бы понятно, что с точки зрения прохождения сигнала по волокнам кабеля, кольцо есть. Давайте сейчас посмотрим на топологию нашей сети.

Рисунок 1.11.12 С точки зрения логической топологии у нас есть полноценное кольцо

А вот с точки зрения логики подключения устройств кольцо есть. Поэтому-то я в самом начале и написал, что зачастую, чтобы понять принцип работы сети, вам потребуется несколько схем, особенно это актуально в тех случаях, когда вы работает с сетями, построенными на оптических линиях связи. Глядя на Рисунок 1.11.12 нельзя точно сказать: есть ли физически кольцо на самом деле или нет, это можно будет понять только когда порвется кабель, или если у вас есть под рукой нужные схемы.
А что будет, если в плоском кольце рвется кабель, давайте посмотрим, допустим, кабель порвался между третьим и четвертым узлом, тогда узлы с четвертого по шестой станут недоступны. Выглядеть это будет примерно так, как показано на Рисунке 1.11.13.

Рисунок 1.11.13 Что будет, если в плоском кольце порвется кабель

В схеме с полноценным кольцом обрыв кабеля в одном месте не грозил бы нашим абонентам полной потерей сервиса на длительное время, в плоском кольце обрыв кабеля – это уже более печальное событие, на которое придется реагировать гораздо быстрее. Зато плоское кольцо позволяет защититься от выхода из строя одного из узлов. Представим, что в нашем плоском кольце отключили питание на третьем узле, тогда у нас будет схема, которая показана на Рисунке 1.11.14.

Рисунок 1.11.14 Что будет, если один из узлов в плоском кольце отключится по питанию

Как видим, ничего страшного не случилось, наше плоское кольцо защитило абонентов с четвертого, шестого и пятого узлов от проблем с электроэнергией на третьем узле, все абоненты, кроме тех, которые включены с третьего узла, получают услугу.

Таким образом плоское кольцо совершенно не защитит наших пользователей от проблем с обрывом кабеля, зато оно спасает абонентов от проблем с электропитанием на одном из промежуточных узлов, а с точки зрения стоимости прокладки кабеля плоское кольцо обойдется дешевле.

Топология mesh (full mesh и partial mesh)

Перейдем к топологии mesh, как мы уже говорили, здесь у нас есть два вида включения: full mesh или каждый на каждого и partial mesh или частичный mesh. Эта топология нам сейчас не так интересна, так как на канальном уровне в Ethernet сетях вы ее скорее всего не встретите, а про BGP и в частности про внутренние BGP связи в рамках курса Cisco ICND1 разговора нет. Сейчас я лишь продемонстрирую эти топологии, а в дальнейшем, когда мы будем говорить о сетях, отличных от Ethernet, мы попробуем реализовать топологии full mesh и partial mesh.

Для начала давайте посмотрим на сеть с топологией full mesh, то есть каждый на каждого, схема показана на Рисунке 1.11.15.

Рисунок 1.11.15 Компьютерная сеть с топологией full mesh (полносвязная топология)

Здесь мы видим четыре устройства, к каждому устройству подведено по три линии, ведь именно столько соседей у каждого конкретного устройства в сети из четырех узлов, построенной по топологии full mesh, иногда вместо full mesh вы можете услышать полносвязная топология, а вместо partial mesh неполносвязная топология. Итак, заключаем, в топологии каждый на каждого или полносвязной топологии каждый узел должен быть обязательно соединен со всеми другими узлами физической линией (опять же, кроме внутренних BGP связей, где должна быть логическая связь, но необязательно физическая), если будет иначе, то это уже не full mesh, а partial mesh, топология partial mesh из пяти узлов показана на Рисунке 1.11.16.

Рисунок 1.11.16 Топология partial mesh или неполносвязная топология

Как видим, соединений достаточно много, но это не full mesh с точки зрения физики, если бы это был full mesh, то к каждому устройству в сети из пяти узлов, нам бы пришлось подводить по четыре физических линии. Основным плюсом топологии full mesh является ее надежность, но у этой топологии есть два серьезных недостатка (и я даже не могу сказать какой из них хуже). Первый недостаток сетей с полносвязной топологией заключается в высокой стоимости, при этом, если говорить о сетях Ethernet, может получиться так, что часть линий не используются большую часть времени и нужны они лишь на всякий пожарный случай, когда где-то что-то порвется. А еще компьютерные сети с топологией каждый на каждого очень проблематично эксплуатировать, это на нашей схеме было четыре узла по три линии к каждому из узлов, реальные сети гораздо-гораздо больше, и вы со временем просто запутаетесь в огромном множестве проводов.

1.11.6 Выводы

Какие выводы мы можем сделать? Во-первых, нужно учиться читать схемы и диаграммы компьютерных сетей, чтобы понимать, как и что работает. Во-вторых, для понимания того, как работает ваша сеть необходимо и достаточно иметь под рукой два вида схем: схемы физической топологии и схемы логической топологии сети. Естественно, в идеале эти схемы должны быть, особенно, если мы говорим про сети отличные от домашних или какого-то малого офиса. Ведь чем лучше будет ваша сеть задокументирована, тем быстрее вы будете решать различные задачи: будь то задачи по расширению и модернизации или задачи по устранению аварий на сети.
А еще мы с вами выделили четыре топологии, которые вы можете использовать при проектирование своих компьютерных сетей, и разобрались с их особенностями, достоинствами и недостатками, напомню, что это:

• топология звезда, где есть центральный узел, от которого подключаются все остальные узлы;
• топология кольцо, которое защищает нашу сеть от обрывов и проблем с электроэнергией, но для ее реализации потребуется немного больше денег, чем для звезды, у этой топологии есть частный случай, который мы назвали плоское кольцо;
• mesh topology, эта топология делится на два вида: partial mesh или неполносвязная топология и full mesh (полносвязная топология) или каждый на каждого, сети с топологией full mesh обладают повышенной надежностью, но их трудно эксплуатировать и дорого реализовывать;
• и наконец сети с топологией общая шина, о которых лучше забыть.

Итак, при построении компьютерной сети вы можете выбирать: какую топологию использовать, учитывая все плюсы и минусы, а также задачи, которые перед вами стоят. Например, для построения небольшой офисной сети идеально подойдет топология звезда: достаточно поставить коммутатор, от которого будут включаться пользователи, а вот провайдеру для подключения конечных абонентов лучше выбрать на уровне доступа топологию кольцо, так как эта топология может защитить абонентов от обрыва или отключения электропитания.

Еще записи о создании сайтов и их продвижении, базах данных, IT-технология и сетевых протоколах

Возможно, эти записи вам покажутся интересными

Привет, посетитель сайта ZametkiNaPolyah.ru! Решил создать новый раздел в рубрике Компьютерные сети, этот раздел будет…

Привет, посетитель сайта ZametkiNaPolyah.ru! Здесь мы начнем изучать основы работы компьютерных сетей, записи в рубрике…

Привет, посетитель сайта ZametkiNaPolyah.ru! Продолжаем изучать основы работы компьютерных сетей, напомню, что эти записи основаны…

Выберете удобный для себя способ, чтобы оставить комментарий