Топология компьютерных сетей. Классификация компьютерных сетей по топологии

Лекционный материал по теме «Компьютерные сети: топология сетей»

Обращаем Ваше внимание, что в соответствии с Федеральным законом N 273-ФЗ «Об образовании в Российской Федерации» в организациях, осуществляющих образовательную деятельность, организовывается обучение и воспитание обучающихся с ОВЗ как совместно с другими обучающимися, так и в отдельных классах или группах.

«ХАССП — вся правда. Как не отравить школьника за завтраком или обедом?»

Свидетельство и скидка на обучение каждому участнику

«Звезда»

Топология компьютерных сетей «звезда» – структура, центром которой служит коммутирующее устройство. Все компьютеры подсоединены к нему отдельными линиями.

Коммутирующим устройством может быть концентратор, то есть HUB, или коммутатор. Такую топологию еще именуют «пассивной звездой». Если коммутирующим устройством выступает другой компьютер или сервер, то топология может называться «активной звездой». Именно на коммутирующее устройство поступает сигнал от каждого компьютера, обрабатывается и отправляется к другим подключенным компьютерам.

У данной топологии есть ряд достоинств. Несомненным преимуществом является то, что компьютеры не зависят друг от друга. При поломке одного из них сама сеть остается в рабочем состоянии. Также к такой сети легко можно подключить и новый компьютер. При подключении нового оборудования остальные элементы сети продолжат работать в обычном режиме. В таком виде топологии сети легко находить неисправности. Пожалуй, одно из главных достоинств «звезды» – это ее высокая производительность.

Однако при всех достоинствах имеются у такого типа компьютерных сетей и недостатки. Если выйдет из строя центральное коммутирующее устройство, то перестанет работать и вся сеть. В ней есть ограничения по подключаемым рабочим станциям. Их не может быть больше имеющегося количества портов на коммутирующем устройстве. И последний недостаток сети – ее стоимость. Требуется достаточно большое количество кабеля, чтобы подключить каждый компьютер.

Топология Интернет

Начнем разбор топологии Интернет с «низшего» звена – компьютера пользователя.

Компьютер пользователя, через модем или напрямую, связывается с местным интернет – провайдером. Точка соединения компьютера пользователя с сервером провайдера, называют точкой присутствия или POP – Point of Presence.

В свою очередь, провайдер владеет своей местной сетью, состоящую из линий связи и маршрутизаторов. Пакеты данных получаемые провайдером передаются либо на хост провайдера, либо оператору сетевой магистрали.

В свою очередь, операторы магистралей владеют своими международными магистральными сетями (высокоскоростными). Эти сети связывают между собой местных провайдеров.

Хостинговые компании и крупные Интернет корпорации устраивают свои серверные фермы (дата центры), которые напрямую подключены к магистралям.

Эти центры обрабатывают десятки тысяч запросов к веб-страницам в секунду. Как правило, дата-центры устраиваются в арендуемых помещениях магистральных операторов, где и располагаются магистральные маршрутизаторы.

Все магистрали между собой связаны. Точки соединения называют точками входа в сеть или Network Access Point – NAP. Это допускает перекидывать передаваемый пакет информации с магистрали на магистраль.

Особенности построения ЛВС

В качестве сервера можно использовать обычный компьютер, с обычной операционной системой, например, MS Windows 7 обычной версии (Home Edition, несмотря на то, что она называется домашней, можно использовать на предприятии), но только в том случае, если у вас в офисе информацию с него запрашивают не более пяти рабочих станций. Если у вас их больше, то нужно установить версию Professional или специализированную операционную систему для сервера.
Перед тем как выбрать сетевой коммутатор, обязательно определитесь сколько у вас будет рабочих станций, МФУ и не забывайте, что для сервера тоже нужно отдельное гнездо в коммутаторе. В идеале стоит не полениться, на листе нарисовать схему и посчитать, сколько гнёзд должно быть в коммутаторе. Обязательно убедитесь, что в сетевом коммутаторе есть специальное гнездо для подключения интернета.
При выборе МФУ или принтера убедитесь в том, что у него есть сетевое гнездо 8P8C (часто ошибочно называют Rj 45) и возможность печати или сканирования по сети.
Если вы решили поставить сервер, то обязательно проконсультируйтесь со специалистом, чтобы он грамотно просчитал и соотнёс все ресурсы:

Размер жёсткого диска и его вид;
Оперативную память;
Скорость процессора;
Скорость передачи данных сетевой платы;
Скорость передачи данных коммутатора к серверу и к остальным гнездам;
Скорость передачи данных на рабочих станциях;
Объемы запрашиваемых данных.
Всё это необходимо проверить, чтобы не вышло так, что ваша сеть будет способна передавать огромные объемы информации в секунду, а сервер не сможет обрабатывать всю эту информацию, или наоборот.

Топология дерева

Как следует из названия, древовидная топология — это сетевая структура, имеющая форму дерева с множеством ветвей. Топологии деревьев иметь корневой узел который связан с другой иерархией узлов. иерархия родитель-потомок где существует только одна взаимная связь между двумя связанными узлами. Как правило, топология дерева должна иметь три уровня иерархии для классификации таким образом. Эта форма топологии используется в глобальных сетях выдержать много разложенных устройств.

преимущества

Основная причина, почему древовидные топологии используется для расширения топологии шины и звезды. В этом иерархическом формате легко добавить больше узлов в сеть, когда ваша организация увеличивается в размерах. Этот формат также хорошо подходит для поиска ошибок и устранения неполадок потому что вы можете систематически проверять проблемы с производительностью по всему дереву.

Недостатки

Наиболее существенным недостатком топологии дерева является корневой узел. В случае сбоя корневого узла все его поддеревья становятся разделенными. Все еще будет частичное соединение в сети среди других устройств, таких как родительский узел неисправного.

Поддерживать сеть тоже не просто, потому что чем больше узлов вы добавляете, тем сложнее становится управлять сеть. Другим недостатком древовидной топологии является количество необходимых кабелей. Кабели необходимы для подключения каждого устройства по всей иерархии, что делает макет более сложным по сравнению с более простой топологией.

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 —>

Топология «шина»

Топология шина, именуемая также топологией общая шина или магистраль, подразумевает применение единого кабеля, к которому подключена каждая рабочая станция, как показано на рисунке ниже.

Рисунок 1. Топология «шина». Автор24 — интернет-биржа студенческих работ

Готовые работы на аналогичную тему

Единый общий кабель может использоваться каждой станцией по очереди. Каждое сообщение, посылаемое какой-либо рабочей станцией, может приниматься и прослушиваться всеми другими рабочими станциями, которые подключены к этой сети. Из данного потока сообщений все рабочие станция отбирают адресованные только им сообщения. К преимуществам топологии «шина» следует отнести следующие аспекты:

1. Сравнительно простая настройка.
2. Относительно простой монтаж и небольшая стоимость, особенно когда все рабочие станции расположены сравнительно недалеко друг от друга.
3. Неисправность на одной или нескольких рабочих станциях никак не влияет на работоспособность всей сети.

Недостатками топологии «шина» считаются следующие обстоятельства:

1. Неисправности в самой шине (в любом её месте), такие как, например, обрыв кабеля, выход из строя сетевых коннекторов, ведут к полному отказу сети.
2. Достаточно сложный процесс поиска неисправностей.
3. Низкий уровень производительности, поскольку в любой момент времени только один компьютер способен транслировать данные в сеть, с возрастанием количества рабочих станций производительность сети снижается.
4. Наличие плохой масштабируемости, так как чтобы добавить новую рабочую станцию нужно менять участки имеющейся шины.

Как раз по топологии «шина» были построены локальные сети на коаксиальном кабеле. В этом варианте в качестве шины использовались отрезки коаксиального кабеля, соединяемые Т-коннекторами. Шину требовалось проложить через все помещения, и она должна была подходить к каждому компьютеру. Боковой отвод Т-коннектора нужно было вставить в разъем на сетевой карте. Сегодня такой тип топологии сети безнадежно устарел и его почти везде заменили топологией «звезда», использующей витую пару. Тем не менее оборудование под коаксиальный кабель еще можно встретить в некоторых организациях.

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.