Топология сети: 6 сетевых топологий, объясненных и сравненных

Топологии сетей: шина, звезда, кольцо

Шина, звезда, кольцо — это методы объединения компьютерного оборудования в единую сеть.

Сетевой топологией является метод отображения конфигурации сети, схематическое представление сети и взаимных связей между оборудованием, которое входит в её состав. Сетевая топология может быть представлена следующими видами:

1. Физическая топология, представляющая фактическое расположение оборудования и взаимные связи между сетевыми узлами.
2. Логическая топология, представляющая сигнальное взаимодействие в области физической топологии.
3. Информационная топология, представляющая описание движения потоков информации внутри сети.
4. Топология регулирования обменов, описывающая принципы переадресации прав на использование сети.

То есть, сам термин топология сети означает методы соединения компьютерного оборудования в единую сеть. Помимо этого, понятие топологии состоит из множества правил, определяющих местоположение компьютеров, методы прокладки кабеля, методы размещения связующего оборудования и ещё много другого. На текущий момент сформированы и опробованы на практике следующие типы базовых топологий:

Топология шины

Топология шины — это тип сети, где каждое устройство подключается к одному кабелю, который проходит от одного конца сети к другому. Этот тип топологии часто называют линейная топология. В топологии шины данные передаются только в одном направлении. Если топология шины имеет две конечные точки, она называется топология линейной шины.

Меньшие сети с топологией этого типа используют коаксиальный кабель или кабель RJ45 для объединения устройств. Однако схема топологии шины устарела, и вы вряд ли встретите компанию, использующую топологию шины сегодня..

преимущества

Топологии шины часто использовались в небольших сетях. Одна из главных причин заключается в том, что они сделай макет простым. Все устройства подключены к одному кабелю, поэтому вам не нужно управлять сложной топологической настройкой..

Расположение также помогло сделать экономическую топологию шины экономически выгодной, потому что они можно запустить с помощью одного кабеля. Если требуется добавить больше устройств, вы можете просто подключить свой кабель к другому кабелю..

Недостатки

Однако использование одного кабеля означает, что топологии шины имеют единую точку отказа. Если кабель выходит из строя, вся сеть будет повреждена. Отказ кабеля стоил бы организациям много времени, пока они пытаются возобновить обслуживание. В дополнение к этому, высокий сетевой трафик снизит производительность сети потому что все данные проходят через один кабель.

Это ограничение делает топологии шины подходящими только для небольших сетей. Основная причина в том, что чем больше у вас узлов, тем ниже будет ваша скорость передачи. Стоит также отметить, что шинные топологии ограничены в том смысле, что они полудуплекс, это означает, что данные не могут быть переданы в двух противоположных направлениях одновременно.

Смотрите также: Мониторинг сети, сервера и приложений для малого и среднего бизнеса

Виды и примеры топологий компьютерных сетей

Первоначально использовали три базовых вида топологий это шина, кольцо и звезда. С развитием технологий прибавились ещё четыре – полносвязная, ячеистая, дерево и смешанная.

p, blockquote 5,0,0,0,0 —>

Топология шина

Пожалуй наиболее простая и старая топология локальных сетей. Простота обусловлена наличием всего одной магистрали (кабеля) к которой соединены все устройства. Сигналы передаваемые одним, могут получать все. При этом отдельный компьютер отфильтровывает и принимает необходимую только ему информацию.

p, blockquote 6,0,0,0,0 —>

p, blockquote 7,0,0,0,0 —>

Достоинства такой схемы:

• простое моделирование;
• дешевизна конструкции, при условии, что все устройства располагаются недалеко друг от друга;
• поломка одного или даже нескольких устройств не влияет на работоспособность остальных элементов сети.

• неполадки на любом участке, а это обрыв шины или поломка сетевого коннектора нарушают работы всей системы;
• сложность ремонтных работ, прежде всего определения места неисправности;
• очень низкая производительность – в каждый момент только одно устройство передаёт данные остальным, увеличение числа приборов ведёт к существенному снижению производительности;
• сложность расширения сети, для этого приходится полностью заменять участки кабеля.

Именно из-за этих недостатков такие сети морально устарели, не обеспечивают современных требований обмена данными и фактически не применяются. По такой топологии создавались первые локальные сети. Роль шины в таких схемах выполнял коаксиальный кабель. Его прокладывали ко всем компьютерам и возле каждого соединяли т-образным штекером (тройником).

p, blockquote 10,0,0,0,0 —>

Топология кольцо

В «кольце» устройства подключены последовательно по кругу и по эстафете передают информацию. Четко выделенного центра нет и все приборы практически равнозначны. Если сигнал не предназначен компьютеру, он его транслирует следующему и так до конечного потребителя.

p, blockquote 11,0,0,0,0 —>

p, blockquote 12,0,0,0,0 —>

Достоинства соединения кольцом:

• простота компоновки;
• возможность построения длинных сетей;
• не возникает необходимости в дополнительных устройствах;
• устойчивая работа с хорошей скоростью даже при интенсивной передаче данных.

Но кольцевое соединение имеет и ряд недостатков:

• каждый компьютер должен быть в рабочем состоянии и участвовать в трансляции, при обрыве кабеля или поломки одного устройства – сеть не работает;
• на время подсоединения нового прибора схема полностью размыкается, поэтому требуется полное отключение сети;
• сложное моделирование и настройка соединений;
• сложный поиск неисправностей и их устранение.

Основное применение кольца получили при создании соединений для удаленных друг от друга компьютеров, установленных в противоположных концах и на разных этажах зданий. Работают такие сети по специально разработанному стандарту Token Ring (802.5). Для надёжности и повышения объёмов обмена информацией монтируют вторую линию. Она используется либо как аварийная, либо по ней передаются данные в противоположном направлении.

p, blockquote 15,0,0,0,0 —>

Топология звезда

Самая распространённая и технологичная система создания сетей. Командует всем сервер, контроллер или коммутатор. Все компьютеры как лучи подсоединены к нему. Общение между ними происходит только через центральное устройство. Топология сети в которой все компьютеры присоединены к центральному узлу стала основой для построения современных офисных локальных сетей.

p, blockquote 16,0,0,0,0 —>

p, blockquote 17,0,0,0,0 —>

В качестве узла используются активные или пассивные коммутаторы. Пассивный, это просто коробка соединения проводов не требующая питания. Активный коммутатор соединяет схему проводной или беспроводной технологией и требует подключения к питанию. Он может усиливать и распределять сигналы. Топология сети звезда обрела популярность благодаря множеству достоинств:

• высокая скорость и большой объём обмена данными;
• повреждение передающего кабеля или поломка одного элемента (кроме центрального) не снижает работоспособность сети;
• широкие возможности для расширения, достаточно смонтировать новый кабель или настроить доступ на коммутаторе;
• простая диагностика и ремонт;
• легкий монтаж и сопровождение.

Как и большинство сетей, соединение звезда имеет ряд недостатков, все они связаны с необходимостью использования центрального коммутатора:

• дополнительные затраты;
• он же — слабое звено, поломка приводит к неработоспособности всего оборудования;
• число подключаемых устройств и объём передаваемой информации зависит от его характеристик.

Несмотря на недостатки звезда широко используется при создании сетей на больших и маленьких предприятиях. А соединяя между собой коммутаторы получают комбинированные топологии.

p, blockquote 20,0,0,0,0 —>

Полносвязная или сеточная топология

В полносвязной системе все устройства соединены между собой отдельным кабелями, образующими сетку. Это очень надёжная схема коммуникации. Но целесообразна только при малом количестве соединяемых приборов, работающих с максимальной загрузкой. С ростом количества оборудования резко возрастает число прокладываемых коммуникаций. Поэтому широкого распространения не получила, в отличие от своей производной – частичной сетки.

p, blockquote 21,0,0,0,0 —>

p, blockquote 22,0,0,0,0 —>

Ячеистая топология

Частичная сетка или ячеистая топология напрямую связывает только обменивающиеся самыми большими объёмами данных и самые активные компьютеры. Остальные общаются посредством узловых коммутаторов. Сетка соединяющая ячейки, выбирает маршруты для доставки данных, обходя загруженные и разорванные участки.

p, blockquote 23,0,0,0,0 —>

p, blockquote 24,0,0,0,0 —>

Преимущества частичной сети:

• надежность, при отказе отдельных каналов коммутации будет найден альтернативный путь передачи данных;
• высокое быстродействие, так как основной поток данных передается по прямым линиям.

Недостатки ячеистой технологии:

• стоимость монтажа и поддержания достаточно высока, т.к. несмотря на частичность сетки всё равно требуется большое количество коммутационных линий;
• трудность построения и коммутирования сети при большом количестве соединяемых устройств.

Из-за дороговизны и сложности построения применяется в основном для построения глобальных сетей.

p, blockquote 27,0,0,0,0 —>

Топология дерево

Эта топология является комбинацией нескольких звёзд. Архитектура построения предусматривает прямое соединение пассивных или активных коммутаторов.

p, blockquote 28,0,0,1,0 —>

p, blockquote 29,0,0,0,0 —>

Такой тип топологии чаще всего используют при монтаже локальных сетей с небольшим количеством приборов, в основном при создании корпоративных коммутаторов. Совмещает довольно низкую стоимость и очень хорошее быстродействие. Особенно при комбинировании различных линий передач — сочетании медных и волоконных кабельных систем, и применении управляемых коммутаторов.

p, blockquote 30,0,0,0,0 —>

Смешанная топология

Чистое применение какой-то одной топологии редкое явление. Очень часто с целью экономии на коммутационных линиях применяют смешанные схемы. Самыми распространенными из которых являются:

1. Звёздно — кольцевая.
2. Звёздно — шинная.

В первом случае компьютеры объединены в звёзды посредством коммутаторов, а они уже закольцованы. По сути все без исключения компьютеры заключены в круг. Такое соединение умножает достоинства обеих сетей, так как коммутаторы собирают в одну точку все подключенные устройства. Они могут просто передавать или усиливать сигнал. Если рассмотреть систему технологии распространения данных, то такая топология подобна обычному кольцу.

p, blockquote 32,0,0,0,0 —>

В звёздно — шинной сети комбинируется топология шин и звёзд. К центральному устройству соединяют единичные компьютеры и сегменты шин. При такой топологической схеме можно использовать несколько центральных устройств, из которых собирают магистральную шину. В конечном результате собирается звёздно — шинная схема. Пользователи могут одновременно использовать звёздную и шинную топологии, и легко дополнять компьютеры.

p, blockquote 33,0,0,0,0 —>

Смешанные соединяют в себе все плюсы и минусы составляющих их видов топологий локальных сетей.

p, blockquote 34,0,0,0,0 —>

Монтаж домашних локальных компьютерных сетей топологии «шина»

Руководствуясь нормативными документами, монтаж локальных компьютерных сетей с топологией типа «шина» производится по технологии передачи данных 10BASE-5 Ethernet и 10BASE-2 Ethernet, что регламентирует сетевое соединение коаксиальным кабелем. При этом 10BASE-5 Ethernet в качестве проводника использует толстый коаксиальный кабель, 10BASE-2 Ethernet – тонкий, который считается менее устаревшим, хоть и имеет чуть худшие параметры передачи данных.

Существует множество других технологий кроме Ethernet, на основе которых можно организовать локальную сеть топологии «шина», но рассматривать мы их не будем, так как они не распространены. Давайте же рассмотрим основные параметры обоих видов сетей и затем рассмотрим подробно схемы, а также особенности монтажа каждой из них.

Сеть на основе 10BASE-5 Ethernet (толстого кабеля RG-11 и RG-8) производится на основе дорогостоящего коаксиального кабеля и специальных сетевых компонентов. Она имеет такие параметры:

• максимальная длина сегмента (кабеля без репитера) – 500 м;
• максимальное кол-во сегментов (отрезков с репитерами) – 5 шт.;
• максимальная длина сети со всеми пятью сегментами – 2,5 км;
• максимально количество подключений к каждому сегменту – 100 шт.;
• минимальное расстояние кабеля между двумя подключениями – 2,5м.
• максимальная пропускная пакетная скорость – 10 Мбит/сек.

Сегмент кабеля, к которому подключается компьютер, называется по-другому шиной и без специального своего рода усилителя – репитера он не может иметь длину более 500 м. При этом возможных 100 подключений к каждому сегменту (кроме пятого — крайнего) вмещают в себе не только подключения к компьютеру или другому периферийному устройству, но и в счет идет сам репитер.

Отдельными преимуществами такой сети является высокая устойчивость к помехам и ее механическая прочность.

Сеть на основе 10BASE-2 Ethernet (кабеля RG-58 и РК-50) берет за основу проводник более современного тонкого кабеля, а также содержит меньше компонентов сети. Монтаж локальной сети по данной технологии протекает проще, но и характеристики у нее несколько ниже:

• максимальная длина сегмента (кабеля без репитера) – 185 м;
• максимальное кол-во сегментов (отрезков с репитерами) – 5 шт.;
• максимальная длина сети со всеми пятью сегментами – 925 м;
• максимально количество подключений к каждому сегменту – 30 шт.;
• минимальное расстояние кабеля между двумя подключениями – 0,5 м;
• максимальная пропускная пакетная скорость – 10 Мбит/сек.

Как можно видеть по характеристикам, монтаж локальных компьютерных сетей для домашнего и мелкого офисного пользования по данной технологии даже выгоднее по причине меньшего минимального расстояния и стоимости при абсолютно приемлемых характеристиках. Точно также, как и в 10BASE-5 Ethernet, здесь сигнал передается на другой сегмент с помощью репитера. При этом для подключения компьютера совершенно не нужно какого-либо девайса, кроме сетевой платы с коаксиальным разъемом.

Монтаж локальных сетей топологии «шина» технологией 10BASE-2 Ethernet

Для монтажа применяется специальные BNC – коннекторы (штекеры, разъемы). Они могут быть нескольких разновидностей, если смотреть по типу фиксации к кабелю: паянные, опрессовочного типа и резьбовые.

Самые надежные считаются опрессовочные, но их монтаж производится с применением специального опрессовочного ключа и определенных навыков, так что для того, чтобы произвести монтаж локальной сети своими руками, лучше выбрать штекеры с резьбовым типом крепления (BNC-F).

Такие штекеры просто напросто накручиваются на внешнюю изоляцию кабеля. При этом стоит учесть, что BNC-TER (терминаторы) могут предназначаться для кабелей с сопротивлением 50 и 75 Ом, нужно обязательно выбирать 50-и Ом’ные, как и кабель.

Монтаж локально вычислительной сети технологией 10BASE-2 Ethernet предполагает применение таких элементов, из которых она собирается:

• кабель RG-58 или РК-50 (тонкий/«thick Ethernet»);
• BNC/BNC-F – коннекторы;
• BNC-T– коннекторы;
• BNC-TER (терминаторы) с заземлением и без;
• BNC-I – (проходной) коннектор;
• сетевая плата 10BASE-2 Ethernet;
• вспомогательные монтажные элементы.

Кабель RG-58 или РК-50 особенно сильно боится помех, так что не стоит его проводить вблизи с источниками, которые их могут спровоцировать (бытовая техника, например).

Взглянув на схему монтажа, можно заметить особенность – этот кабель пролегает в продольном направлении, формируя «шину» и делать от этой шины какие-либо ответвления категорически запрещено по нормам стандарта 10BASE-2 Ethernet.

При монтаже кабеля производится оценка длины от одного подключения до другого, кабель раскраивают и такими отрезками прокладывают открытым или закрытым способом, оставляя свободной ту часть кабеля, к которой происходит подключение BNC-T– коннектора.

BNC/BNC-F – коннекторы (разъемами) являются элементами, которыми происходит окаймовка кабеля. Ими же происходит его подключение к остальным коннекторам — BNC-T, BNC-I, а также к сетевой карте.

Соединение с остальными элементами является байонетным, то есть, путем прокручивания разъемов «папа-мама»в определенном направлении они защелкиваются и фиксируются; при прокручивании в противоположном состоянии – они вновь разъединяются.

Монтаж BNC – коннекторов на концы отрезков кабелей – это второй этап, когда монтаж локальной сети происходит. При этом качеству соединения коннектора с кабелем нужно уделять особое внимание, как показала практика – это и есть самое слабое место в 10BASE-2 Ethernet сети.

BNC-T– коннекторы являются по сути тройниками, а также частью шины. Они служат для перехода сигнала от одного участка шины к другому при наличии ответвления к разъему сетевой карты компьютера либо иного девайса. При этом важно соблюдать правила подключения к сетевой плате: подключение производится непосредственно ответвлением коннектора к гнезду сетевой платы 10BASE-2 Ethernet.

Дело в том, что подключать его к компьютеру через кабель является грубейшей ошибкой. Еще один нюанс при монтаже BNC-T– коннекторов – они должны быть свободны, кабель не под натяжкой и не создавать усилия, которое бы могло со временем расшатать гнездо платы.

BNC-TER (терминаторы) – это также элементы шины, которые завершают сегмент с обоих краев, другими словами – «заглушки». Они монтируются на крайние BNC-T – коннекторы и служат для защиты окончания кабеля и правильного отражения сигнала. Без этих элементов сеть работать не будет.

Важно учесть, что имеются BNC – терминаторы с заземлением и без него и монтаж локально вычислительной сети должен происходить с применением их обоих. Как показано на схеме, если сеть имеет два и более сегмента, соединенные ресиверами, то BNC-T– коннекторы, которым осуществляется подключение к нему, должны иметь BNC- терминаторы с заземлением. Ежели в сети один сегмент шины, один из крайних T– коннекторов, к которым подключен компьютер или периферийное устройство, должен быть также иметь BNC- терминатор с заземлением.

BNC-I – коннектор, он же именуемый как barrel – коннектор, применяется для того, чтобы произвести сращивание двух отрезков кабеля. Лучше, конечно, избегать подобного, но всякое бывает, порой кабель заканчивается посередине между местами подключения, причем длина кабеля велика, чтобы просто выкинуть его. Для этого необходим данный коннектор.

К BNC-I – конвектору подключение кабеля производится BNC штекер с обеих сторон. Важным является место, на котором он располагается, ведь это металлическая болванка, наиболее восприимчивая к излучениям и электрическому току.

Сетевая плата 10BASE-2 Ethernet представляет собой адаптер, к которому подключается BNC-T– коннектор. Она вставляется в PCI – слот компьютера, но имеются также карты, которые предназначены для монтажа в слот ISA. Он (ISA) — наиболее старый и медленный стандарт, который давно не применяется в архитектуре материнских плат современных компьютеров, последние платы с наличием слота ISA – платы под Intel Pentium 3.

Платы, с которыми происходит монтаж локальных компьютерных сетей, разработаны для стандарта 10BASE-2 Ethernet, поддерживают скорость передачи данных до 10 Мбит/сек, но могут иметь дополнительный разъем для подключения кабеля витой пары со скоростью 100 Мбит/сек. Что касается монтажа платы, то она должна быть прикреплена к корпусу блока специально предусмотренным шурупом.

Вспомогательные монтажные элементы – это, например, металлический трос и кронштейны к нему — используется для того, чтобы протянуть кабель по воздуху. Для того, чтобы пустить кабель под углом 90 градусов – применяют специальные угловые BNC – коннекторы, к которым подключают кабель с двух сторон при помощи вышеописанных штекеров.

Защитные гофры и короба, в которых проводят кабеля – тоже отнесем к вспомогательным элементам сети. Также не стоит забывать о крепежных скобах, кронштейнах и дюбелях для монтажа голого кабеля, гофрированного кабеля или коробов для кабеля. Имеет также место по необходимости короба для сетевого оборудования – ресивера.

Монтаж локальных сетей топологии «шина» технологией 10BASE-5 Ethernet

Данная технология применяет в качестве проводника сигналов толстые коаксиальные кабеля – RG-11 и RG-8, и остальные элементы сети будет важно подбирать под выбранный кабель. Дело в том, что монтаж локальной сети на кабеле RG-11 должен происходить с коннекторами и терминаторами, рассчитанными на сопротивление 75 Ом – это же сопротивление имеет сам кабель. В случае использования RG-8 элементы должны быть рассчитаны на сопротивление 50 Ом соответственно данному кабелю.

Что касается самих коннекторов, то преимущественно используются резьбовые типы крепления к кабелю. Кроме того, данная технология имеет куда меньшее количество таких соединений, и далее все рассмотрим «что куда почему и как».

Итак, для того, чтобы построить сеть на технологии 10BASE-5 Ethernet, необходимы такие компоненты:

• кабель RG-11 или RG-8 (толстый «Ethernet»);
• кабель трансиверный с DIX-разъемами на обоих концах;
• BNC/BNC-F – коннекторы;
• трансивер 10BASE-5 Ethernet;
• BNC-TER (терминаторы) с заземлением и без;
• BNC-I – (проходной) коннектор;
• сетевая плата 10BASE-5 Ethernet;
• вспомогательные монтажные элементы.

Кабель RG-11 или RG-8, в зависимости от того, какой тип подключения имеет трансивер, может быть проложенным цельной «шиной», либо быть разрезан в тех местах, где должны будут располагаться трансиверы.

Важно учесть, что его нельзя перегибать, в местах изгиба должен быть плавный радиус, либо же быть применены специальные угловые BNC элементы.

Хоть кабель высокопрочный и помехоустойчивый, его лучше прокладывать в местах подальше от помех и таким образом, чтобы он был неподвижным.

Можно применять для его защиты гофротрубы, но лучше всего использовать пластиковые короба или же воспользоваться соответственного назначения каналами в пластиковом плинтусе.

Кабель трансиверный представляет собой гибкий многожильный кабель, диаметр которого равен около 1 см. Внутри него содержится четыре экранированные витые пары, которые задействованы в 15-и контактном разъеме DIX (тип «вилка»).

В случае если монтаж локальной вычислительной сети происходит по технологии 10BASE-5 Ethernet, этот кабель необходим для передачи данных от «шины» (коаксиального кабеля) через трансивер к сетевой карте компьютера.

При этом различают «стандартный» кабель, длина которого может достигать 50 м и 150 м и «офисный» кабель, который может иметь длину не более 12,5 м.

BNC/BNC-F – коннекторы, которыми окаймовывают обрезки кабеля, необходимы в большом количестве в том случае, если предполагается разъемное подключение к трансиверу.

Еще они применяются в случае, если нужно соединить два отрезка кабеля BNC-I (проходным) коннектором.

При монтаже экранную оплетку заворачивают на наружную изоляцию и по ней уже накручивают коннектор. Опрессовочные коннекторы примерно по такому же принципу подключают.

Трансивер 10BASE-5 Ethernet является ничем иным, как отдельной частью сетевого адаптера. В нем происходят некоторые операции по обработке полученных данных (например, отслеживание коллизий – столкновения пакетов, идущих от и в компьютер) и прием-передача информации с кабеля на кабель. Как было сказано выше, он (трансивер) подключается к предназначенной для этого сетевой плате при помощи трансиверного кабеля с DIX-разъемами.

От вида подключения трансивера к коаксиальному кабелю (шине) зависит то, насколько монтаж локальных компьютерных сетей будет трудоемким. Дело в том, что существует два типа подключения: AMP, так называемый «вампир» и обыкновенный, разъемный тип подключения. «Вампир» не требует разрезания кабеля, его укладывают в специальный канал в корпус трансивера и затем закрывают его крышкой, в результате чего происходит защемление и прокол изоляции кабеля игольчатыми контактами.

BNC-TER (терминаторы) с заземлением и без как и в предыдущем стандарте, применяются как заглушки, только в данном случае их подключение происходит не к Т-коннектору, а к обрезку кабеля, идущего из крайнего трансивера, возможно через BNC-I – (проходной) коннектор.

BNC-TER с заземлением также необходим на обрезке кабеля одного из крайних трансиверов шины, либо трансивера, который соединяет репитер со вторым сегментом шины.

Сетевая плата 10BASE-5 Ethernet предназначена для передачи данных со скоростью в 10 Мбит/сек и может быть комбинированной, то есть, вмещать не только 15-и контактный DIX-разъем для трансивера, но и разъемы для тонкого коаксиального кабеля и даже для витой пары.

Это оборудование на сегодняшний день очень сильно устарело, так что и трансиверы и сетевые адаптеры раздобыть очень непросто, разве что на барахолке б/у. Кроме того, большинство сетевых плат с DIX (он же AUI) разъемами предназначены для монтажа в слоты ISA, E-ISA а для PCI таких карт очень мало.