6 Топология сетейx
реклама
Сетевая топология Материал из Википедии — свободной энциклопедии (Перенаправлено с Топология сети) A — линия; B — решетка; C — звезда; D — кольцо; E — шина; F — дерево. Сетевая тополо́гия (от греч. τόπος, - место) — способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств. Сетевая топология может быть физической — описывает реальное расположение и связи между узлами сети. логической — описывает хождение сигнала в рамках физической топологии. информационной — описывает направление потоков информации, передаваемых по сети. управления обменом — это принцип передачи права на пользование сетью. Существует множество способов соединения сетевых устройств, из них можно выделить восемь базовых топологий: Шина Кольцо Двойное кольцо Звезда Ячеистая топология Решётка Дерево Fat Tree Остальные способы являются комбинациями базовых. В общем случае такие топологии называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные названия, например «Дерево». Шина (топология компьютерной сети) [править] Материал из Википедии — свободной энциклопедии Топология типа общая ши́на, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала. [править]Работа в сети Топология общая шина предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети. Отправляемое рабочей станцией сообщение распространяется на все компьютеры сети. Каждая машина проверяет — кому адресовано сообщение и если ей, то обрабатывает его. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Для того, чтобы исключить одновременную посылку данных, применяется либо «несущий» сигнал, либо один из компьютеров является главным и «даёт слово» „МАРКЕР“ остальным станциям. Шина самой своей структурой допускает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать информацию только по очереди, потому что линия связи единственная. В противном случае переданная информация будет искажаться в результате наложения (конфликта, коллизии). Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно). В топологии «шина» отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, которая увеличивает ее надежность (ведь при отказе любого центра перестает функционировать вся управляемая этим центром система). Добавление новых абонентов в шину достаточно простое и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины нужно минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другой топологией. Правда, нужно учесть, что к каждому компьютеру (кроме двух крайних) подходит два кабеля, что не всегда удобно. Шине не страшны отказы отдельных компьютеров, потому что все другие компьютеры сети могут нормально продолжать обмен. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети. Может показаться, что шине не страшен и обрыв кабеля, поскольку в этом случае остаются две полностью работоспособных шины. Однако из-за особенности распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных устройств — Терминаторов. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Таким образом 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. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособность сети в целом. Поиск неисправности в сети затруднен. Любой отказ сетевого оборудования в шине очень трудно локализовать, потому что все адаптеры включены параллельно, и понять, который из них вышел из строя, не так-то просто. При построении больших сетей возникает проблема ограничения на длину связи между узлами, в таком случае сеть разбивают на сегменты. Сегменты соединяются различными устройствами — повторителями, концентраторами или хабами. Например, технология Ethernet позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров. [править]Сравнение с другими топологиями [править]Достоинства Небольшое время установки сети; Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств); Простота настройки; Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети. [править]Недостатки Неполадки в сети, такие как обрыв кабеля и выход из строя терминатора, полностью блокируют работу всей сети; Сложная локализация неисправностей; С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети. Шинная топология представляет собой топологию, в которой все устройства локальной сети подключаются к линейной сетевой среде передачи данных. Такую линейную среду часто называют каналом, шиной или трассой. Каждое устройство, например, рабочая станция или сервер, независимо подключается к общему шинному кабелю с помощью специального разъема. Шинный кабель должен иметь на конце согласующий резистор, или терминатор, который поглощает электрический сигнал, не давая ему отражаться и двигаться в обратном направлении по шине. [править]Преимущества и недостатки шинной топологии Типичная шинная топология имеет простую структуру кабельной системы с короткими отрезками кабелей. Поэтому по сравнению с другими топологиями стоимость ее реализации невелика. Однако низкая стоимость реализации компенсируется высокой стоимостью управления. Фактически, самым большим недостатком шинной топологии является то, что диагностика ошибок и изолирование сетевых проблем могут быть довольно сложными, поскольку здесь имеются несколько точек концентрации. Так как среда передачи данных не проходит через узлы, подключенные к сети, потеря работоспособности одного из устройств никак не сказывается на других устройствах. Хотя использование всего лишь одного кабеля может рассматриваться как достоинство шинной топологии, однако оно компенсируется тем фактом, что кабель, используемый в этом типе топологии, может стать критической точкой отказа. Другими словами, если шина обрывается, то ни одно из подключенных к ней устройств не сможет передавать сигналы. [править]Примеры Примерами использования топологии общая шина является сеть 10BASE5 (соединение ПК толстым коаксиальным кабелем) и 10BASE2 (соединение ПК тонким коаксиальным кабелем). Сегмент компьютерной сети, использующейкоаксиальный кабель в качестве носителя и подключенных к этому кабелю рабочих станций. В этом случае шиной будет являться отрезок коаксиального кабеля, к которому подключены компьютеры. 10BASE2 [править] Материал из Википедии — свободной энциклопедии Это версия страницы ожидает проверки. Последняя подтверждённая версия страницы датируется 26 августа 2009. Текущая версия может несколько отличаться от подтверждённой. BNC T-коннектор 10BASE2 (также известный как тонкий ethernet) — вариант Ethernet, использующий в качестве среды передачи данных тонкий коаксиальный кабель типа RG-58(в противоположность кабелю10BASE5), оканчивающийся BNC коннекторами. Каждый сегмент кабеля подключён к рабочей станции (компьютеру) при помощи BNC T-коннектора. На физическом конце сети Т-коннектор, присоединённый к рабочей станции также требует установки терминатора на 50 Ом. [править]Сравнение с 10BASE-T При монтаже сети 10BASE2 необходимо уделить особое внимание прочности соединения кабелей с Тконнекторами, и правильной установке нужных терминаторов. Некачественные контакты и короткие замыкания сложно диагностируемы, даже при помощи дорогих специальных устройств. Неполадки в любом сегменте приводят к полной нефункциональности сети целиком. По этой причине сети типа 10BASE2 было сложно поддерживать и чаще всего они заменялись сетями типа 10BASE-T, которые также представляли отличные возможности для апгрейда до типа 100BASE-TX. При этом у сети типа 10BASE2 множество преимуществ над 10BASE-T. В частности, для нее не нужен коммутатор, поэтому стоимость оборудования будет намного ниже, а для подключения нового устройства к сети достаточно подключиться к кабелю ближайшего компьютера. Эти характеристики делают сеть на основе 10BASE2 идеальной для маленькой сети из двух-трех компьютеров, например дома, но не для сети большого предприятия, где этот стандарт будет очень неэффективен. Сейчас возможность создания сети 10BASE2 сильно затруднена по причине того, что сетевые карты с поддержкой этого интерфейса практически не выпускаются, тем более его нет на интегрированных в материнскую плату сетевых картах. [править]Происхождение названия Название 10BASE2 происходит от некоторых физических свойств передающей среды. Число 10 означает максимальную скорость передачи данных в 10 Мбит/с. Слово BASE является сокращением от baseband (принцип передачи данных без модуляции), а двойка является первой цифрой числа 200 — округлённой максимальной длины сегмента сети (точное значение — 185 метров). 10BASE5 [править] Материал из Википедии — свободной энциклопедии Это версия страницы, ожидающая проверки. Последняя подтверждённая версия датируется 30 марта 2010. Приёмопередатчик 10BASE-5, «вампирчик» 10BASE-5 (также известен как толстый Ethernet) — оригинальный (первый) «полный вариант» спецификации кабельной системы Ethernet, использовал специальный коаксиальный кабель типаRG- 8X. Это жёсткий кабель, диаметром примерно 9 мм, с волновым сопротивлением 50 Ом, с жёсткой центральной жилой, пористым изолирующим заполнителем, защитным плетёным экраном и защитной оболочкой. Внешняя оболочка как правило имела жёлто-оранжевую окраску из этилен пропилена (для огнестойкости) из-за чего часто использовался термин «Жёлтый Ethernet» или, иногда в шутку, «жёлтый замёрзший садовый шланг» (англ. frozen yellow garden hose). Название 10BASE-5 происходит от некоторых физических свойств передающей среды. Число 10 означает максимальную скорость передачи данных в 10 Мбит/с. Слово BASE является сокращением от англ. «baseband», означающего передачу сигналов без модуляции, а пятёрка является первой цифрой числа 500 — максимальной длины сегмента сети. 10BASE-5 рассчитан так, что можно делать дополнительные подключения без отключения остальной сети и разрыва кабеля. Это достигается использованием т. н. «трезубцев» или «вампирчиков» (англ. en:vampire tap) — устройства, которое с довольно большим усилием «прокусывало» кабель, при этом центральный шип контактировал с центральной жилой коаксиального кабеля, а два боковых шипа входили в контакт с экраном основного кабеля. Как правило «трезубец» совмещался в одном устройстве с приёмопередатчиком (см. рисунок). От приёмопередатчика к узлу сети (большая ЭВМ, персональный компьютер, принтер и т. п.) подходил кабель Attachment Unit Interface (AUI). Этот интерфейс использует 15-ти контактный двухрядный разъём D-subminiature, но с дополнительными клипсами, вместо обычно применяемых винтов, для удержания разъёма и удобства монтажа. Практическое максимальное число узлов, которые могут быть соединены с 10BASE-5 сегментом, ограничено 100. Приёмопередатчики устанавливаются только с интервалом в 2,5 метра. Это расстояние грубо соответствует длине волны сигнала. Подходящие места установки приёмопередатчиков отмечаются на кабеле с чёрными метками. Кабель должен прокладываться единым цельным сегментом, T-связей не допускается. На концах кабеля должны устанавливаться терминаторы 50 Ом. Кольцо (топология компьютерной сети) [править] Материал из Википедии — свободной энциклопедии Это версия страницы, ожидающая проверки. Последняя подтверждённая версия датируется 5 ноября 2010. Кольцо́ — это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов. Работа в сети кольца заключается в том, что каждый компьютер ретранслирует (возобновляет) сигнал, то есть выступает в роли репитера, потому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Четко выделенного центра в этом случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако достаточно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надежность сети, потому что выход его из строя сразу же парализует весь обмен. Компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Одни из них обязательно получают информацию от компьютера, который ведет передачу в этот момент, раньше, а другие – позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на «кольцо». В этих методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захвата сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру. Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совсем безболезненно, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае топологии «шина», максимальное количество абонентов в кольце может быть достаточно большое (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно является самой стойкой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками переданной по сети информации, потому что в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды). В кольце, в отличие от других топологий (звезда, шина), не используется конкурентный метод посылки данных, компьютер в сети получает данные от стоящего предыдущим в списке адресатов и перенаправляет их далее, если они адресованы не ему. Список адресатов генерируется компьютером, являющимся генератором маркера. Сетевой модуль генерирует маркерный сигнал (обычно порядка 210 байт во избежание затухания) и передает его следующей системе (иногда по возрастанию MACадреса). Следующая система, приняв сигнал, не анализирует его, а просто передает дальше. Это так называемый нулевой цикл. Последующий алгоритм работы таков — пакет данных GRE, передаваемый отправителем адресату начинает следовать по пути, проложенному маркером. Пакет передаётся до тех пор, пока не доберётся до получателя. [править]Сравнение с другими топологиями [править]Достоинства Простота установки; Практически полное отсутствие дополнительного оборудования; Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий. [править]Недостатки Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети; Сложность конфигурирования и настройки; Сложность поиска неисправностей. Необходимость иметь две сетевые платы, на каждой рабочей станции. [править]Применение Наиболее широкое применение получила в волоконно-оптических сетях. Используется в стандартах FDDI, Token ring. FDDI [править] Материал из Википедии — свободной энциклопедии Это версия страницы, ожидающая проверки. Последняя подтверждённая версия датируется 16 февраля 2010. FDDI (англ. Fiber Distributed Data Interface — Волоконно-оптический интерфейс передачи данных) — стандарт передачи данных в локальной сети, протянутой на расстоянии до 200 километров. Стандарт основан на протоколе Token Ring. Кроме большой территории, сеть FDDI способна поддерживать несколько тысяч пользователей. В качестве среды передачи данных в FDDI рекомендуется использовать волоконно-оптический кабель, однако можно использовать и медный кабель, в таком случае используется сокращение CDDI (Copper Distributed Data Interface). В качестве топологии используется схема двойного кольца, при этом данные в кольцах циркулируют в разных направлениях. Одно кольцо считается основным, по нему передаётся информация в обычном состоянии; второе — вспомогательным, по нему данные передаются в случае обрыва на первом кольце. Для контроля за состоянием кольца используется сетевой маркер, как и в технологии Token Ring. Поскольку такое дублирование повышает надёжность системы, данный стандарт с успехом применяется в магистральных каналах связи. [править]История Стандарт был разработан в середине 80-х годов Национальным Американским Институтом Стандартов (ANSI) и получил номер ANSI X3T9.5. Звезда (топология компьютерной сети) [править] Материал из Википедии — свободной энциклопедии Звезда́ — базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно сетевой концентратор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило "дерево"). Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом ложится очень большая нагрузка, потому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, потому что управление полностью централизовано. [править]Работа в сети Рабочая станция, с которой необходимо передать данные, отсылает их на концентратор, а тот определяет адресата и отдаёт ему информацию. В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных. Этот недостаток отсутствует на сетевом устройстве более высокого уровня - коммутаторе, который, в отличие от концентратора, подающего пакет на все порты, подает лишь на определенный порт - получателю. Одновременно может быть передано несколько пакетов. Сколько зависит от коммутатора [править]Активная звезда В центре сети содержится компьютер, который выступает в роли сервера. [править]Пассивная звезда В центре сети с данной топологией содержится не компьютер, а концентратор, или коммутатор, что выполняет ту же функцию, что и повторитель. Он возобновляет сигналы, которые поступают, и пересылает их в другие линии связи. [править]Сравнение с другими типами сетей [править]Достоинства выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом; хорошая масштабируемость сети; лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети; высокая производительность сети (при условии правильного проектирования); гибкие возможности администрирования. [править]Недостатки выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом; для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий; конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе. [править]Применение Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель витая пара. UTP категория 3 или 5. Сетевой коммутатор [править] Материал из Википедии — свободной энциклопедии Это версия страницы, ожидающая проверки. Последняя подтверждённая версия датируется 20 ноября 2010. 24-портовый сетевой коммутатор Сетевой коммутатор или свитч (жарг. от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или несколькихсегмента сети. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. Коммутатор работает на канальном (2) уровне модели OSI, и потому в общем случае может только объединять узлы одной сети по их MAC-адресам. Коммутаторы были разработаны с использованием мостовых технологий и часто рассматриваются как многопортовые мосты. Для соединения нескольких сетей на основе сетевого уровня служат маршрутизаторы. [править]Принцип работы коммутатора Коммутатор хранит в памяти таблицу коммутации (хранящуюся в ассоциативной памяти), в которой указывается соответствие MAC-адреса узла порту коммутатора. При включении коммутатора эта таблица пуста, и он работает в режиме обучения. В этом режиме поступающие на какой-либо порт данные передаются на все остальные порты коммутатора. При этом коммутатор анализирует кадры (фреймы) и, определив MAC-адрес хоста-отправителя, заносит его в таблицу. Впоследствии, если на один из портов коммутатора поступит кадр, предназначенный для хоста, MAC-адрес которого уже есть в таблице, то этот кадр будет передан только через порт, указанный в таблице. Если MAC-адрес хостаполучателя не ассоциирован с каким-либо портом коммутатора, то кадр будет отправлен на все порты. Со временем коммутатор строит полную таблицу для всех своих портов, и в результате трафик локализуется. Стоит отметить малую латентность (задержку) и высокую скорость пересылки на каждом порте интерфейса. [править]Режимы коммутации Существует три способа коммутации. Каждый из них — это комбинация таких параметров, как время ожидания и надёжность передачи. 1. С промежуточным хранением (Store and Forward). Коммутатор читает всю информацию в кадре, проверяет его на отсутствие ошибок, выбирает порт коммутации и после этого посылает в него кадр. 2. Сквозной (cut-through). Коммутатор считывает в кадре только адрес назначения и после выполняет коммутацию. Этот режим уменьшает задержки при передаче, но в нём нет метода обнаружения ошибок. 3. Бесфрагментный (fragment-free) или гибридный. Этот режим является модификацией сквозного режима. Передача осуществляется после фильтрации фрагментов коллизий (кадр размером 64 байта обрабатываются по технологии store-and-forward, остальные по технологии cut-through). Латентность, связанная с «принятием коммутатором решения», добавляется к времени, которое требуется кадру для входа на порт коммутатора и выхода с него и вместе с ним определяет общую задержку коммутатора. [править]Симметричная и асимметричная коммутация Свойство симметрии при коммутации позволяет дать характеристику коммутатора с точки зрения ширины полосы пропускания для каждого его порта. Симметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с одинаковой шириной полосы пропускания, например, когда все порты имеют ширину пропускания 10 Мб/с или 100 Мб/с. Асимметричный коммутатор обеспечивает коммутируемые соединения между портами с различной шириной полосы пропускания, например, в случаях комбинации портов с шириной полосы пропускания 10 Мб/с и 100 Мб/с или 100 Мб/с и 1000 Мб/с. Асимметричная коммутация используется в случае наличия больших сетевых потоков типа клиентсервер, когда многочисленные пользователи обмениваются информацией с сервером одновременно, что требует большей ширины пропускания для того порта коммутатора, к которому подсоединен сервер, с целью предотвращения переполнения на этом порте. Для того, чтобы направить поток данных с порта 100 Мб/с на порт 10 Мб/с без опасности переполнения на последнем, асимметричный коммутатор должен иметь буфер памяти. Асимметричный коммутатор также необходим для обеспечения большей ширины полосы пропускания каналов между коммутаторами, осуществляемых через вертикальные кросс-соединения или каналов между сегментами магистрали. [править]Буфер памяти Для временного хранения пакетов и последующей их отправки по нужному адресу коммутатор может использовать буферизацию. Буферизация может быть также использована в том случае, когда порт пункта назначения занят. Буфером называется область памяти, в которой коммутатор хранит передаваемые данные. Буфер памяти может использовать два метода хранения и отправки пакетов — буферизация по портам и буферизация с общей памятью. При буферизации по портам, пакеты хранятся в очередях (queue), которые связаны с отдельными входными портами. Пакет передается на выходной порт только тогда, когда все пакеты, находившиеся впереди него в очереди, были успешно переданы. При этом возможна ситуация, когда один пакет задерживает всю очередь из-за занятости порта его пункта назначения. Эта задержка может происходить даже в том случае, когда остальные пакеты могут быть переданы на открытые порты их пунктов назначения. При буферизации в общей памяти, все пакеты хранятся в общем буфере памяти, который используется всеми портами коммутатора. Количество памяти, отводимой порту, определяется требуемым ему количеством. Такой метод называется динамическим распределением буферной памяти. После этого пакеты, находившиеся в буфере динамически распределяются по выходным портам. Это позволяет получить пакет на одном порте и отправить его с другого порта, не устанавливая его в очередь. Коммутатор поддерживает карту портов, в которые требуется отправить пакеты. Очистка этой карты происходит только после того, как пакет успешно отправлен. Поскольку память буфера является общей, размер пакета ограничивается всем размером буфера, а не долей предназначенной для конкретного порта. Это означает, что крупные пакеты, могут быть переданы с меньшими потерями, что особенно важно при асимметричной коммутации, то есть когда порт с шириной полосы пропускания 100 Мб/с должен отправлять пакеты на порт 10 Мб/с. [править]Возможности и разновидности коммутаторов 100-мегабитный управляемый коммутатор LS-100-8 Коммутаторы подразделяются на управляемые и неуправляемые (наиболее простые). Более сложные коммутаторы позволяют управлять коммутацией на сетевом (третьем) уровне модели OSI. Обычно их именуют соответственно, например Layer 3 Switch или просто, сокращенно L3. Управление коммутатором может осуществляться посредством протокола Webинтерфейса, SNMP,RMON (протокол, разработанный Cisco) и т. п. Многие управляемые коммутаторы позволяют выполнять дополнительные функции: VLAN, QoS, агрегирование, зеркалирование. Сложные коммутаторы можно объединять в одно логическое устройство — стек, с целью увеличения числа портов (например, можно объединить 4 коммутатора с 24 портами и получить логический коммутатор с (4*24-6=90) портами, либо с 96-ю портами (если для стекирования используются специальные порты)).