с центральным устройством

Лекция 4.1
Сетевые топологии
Сетевые топологии
Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого
соответствуют конечные узлы сети (например, компьютеры) и
коммуникационное оборудование (например, маршрутизаторы), а ребрам
— электрические и информационные связи между ними.
Выбор топологии сети влияет на состав необходимого оборудования, методы
управления сетью и поиска неисправностей, возможность расширения сети в
будущем. От выбора топологии связей также зависят многие характеристики
сети. Например, наличие между узлами нескольких путей повышает
надежность сети и делает возможной балансировку загрузки отдельных
каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым
топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения
часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная
суммарная длина линий связи.
Среди множества возможных конфигураций различают полносвязные и
неполносвязные.
Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер
непосредственно связан со всеми остальными. Несмотря на логическую
простоту, этот вариант громоздкий и неэффективный. Каждый компьютер в
сети должен иметь большое количество коммуникационных портов,
достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров. Для каждой
пары компьютеров должна быть выделена отдельная физическая линия связи
или даже две, если невозможно использование этой линии для двусторонней
передачи.
Полносвязные топологии в крупных сетях применяются редко, так как
для связи N узлов требуется N(N-1)/2 физических дуплексных линий
связи, т.е. имеет место квадратичная зависимость. Чаще этот вид
топологии используется в многомашинных комплексах или в сетях,
объединяющих небольшое количество компьютеров.
Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для
обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться
промежуточная передача данных через другие узлы сети.
Ячеистая топология организуется из полносвязной путем удаления
некоторых возможных связей. Эта топология допускает соединение
большого количества компьютеров и характерна для крупных сетей
(рис. 3.1). Сеть с ячеистой топологией обладает высокой
избыточностью и надежностью. Сигнал от компьютера-отправителя до
компьютера-получателя может проходить по разным маршрутам,
поэтому разрыв кабеля не сказывается на работоспособности сети.
Основной недостаток такой топологии – большие затраты на прокладку
кабеля, что компенсируется высокой надежностью и простотой
обслуживания. Ячеистая топология применяется в комбинации с
другими топологиями при построении больших сетей.
Рис. 3.1. Ячеистая топология
В сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются по кольцу от
одного компьютера к другому. Кольцо – активная топология. Главное
достоинство кольца в том, что оно по своей природе обладает
свойством резервирования связей. Действительно, любая пара узлов
соединена здесь двумя путями – по часовой стрелке и против. Кольцо
представляет собой очень удобную конфигурацию и для организации
обратной связи – данные, сделав полный оборот, возвращаются к
узлу-источнику. Поэтому отправитель в данном случае может
контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это
свойство используется для тестирования связности сети и поиска узла,
работающего некорректно. В то же время в сетях с кольцевой
топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в
случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не
прерывался канал связи между остальными станциями кольца.
В настоящее время при организации локальной сети редко используется
попарное соединение устройств. Обычно имеется центральное
устройство, внутри которого инкапсулирована топология кольцо, и к
которому подключены оконечные устройства.
Существует два варианта кольца:
– без центрального устройства,
– с центральным устройством.
Для создания сети без центрального устройства (рис. 3.2) требуются:
– NIC для всех оконечных устройств,
– относительно небольшое количество кабеля.
Рис. 3.2. Топология кольцо без центрального
устройства
Таким образом, данный вариант топологии "кольцо" очень дешев.
Для создания сети с центральным устройством (рис. 3.3) требуются:
– NIC для всех оконечных устройств,
– центральное устройство – концентратор (hub),
– относительно большое по сравнению с вариантом без
центрального устройства количество кабеля для соединения
концентратора со всеми оконечными устройствами.
Рис. 3.3. Топология кольцо с центральным
устройством
Таким образом, данный вариант топологии несколько дороже, чем
вариант без центрального устройства. В настоящий момент топология
кольцо применяется в сетях с технологией Token Ring, в которых
стоимость центральных устройств относительно велика.
Для расширения сети достаточно добавить новые устройства в кольцо, но
технологии передачи, как правило, ограничивают максимальную
длину кольца и максимальное количество устройств. Расширение сети
с топологией кольцо производится следующими способами (рис. 3.4):
Рис. 3.4. Расширение сети с топологией
"кольцо"
• подключение новых устройств к свободным портам центрального
устройства,
• подключение вместо одного из оконечных устройств другого
центрального устройства, при этом обычные порты обоих центральных
устройств соединяются кабелем.
Топология звезда (рис. 3.5) образуется в том случае, когда каждый
компьютер с помощью отдельного кабеля подключается к общему
центральному устройству, называемому концентратором (hub).
Задача концентратора – принять сигнал от передающего устройства и
передать его остальным. Таким образом, в сети с топологией звезда
все устройства объединены единой средой передачи, и в каждый
момент времени вести передачу может только одно устройство. В
роли концентратора может выступать как компьютер, так и
специализированное устройство. Звезда – пассивная топология.
Пассивной называется топология, в которой оконечные устройства
не регенерируют сигнал, сформированный источником. В активных
топологиях устройства регенерируют не предназначенный им
полученный сигнал и передают его дальше.
Рис. 3.5. Топология "звезда"
В качестве центрального могут использоваться устройства
различных классов:
– пассивный хаб – коммутирующий блок,
– активный хаб – восстанавливает принимаемый сигнал,
– мост,
– маршрутизатор.