Классификация физических связей в локальных сетях

Даже при рассмотрении простейшей сети, состоящей всего из двух машин, можно увидеть многие проблемы, присущие любой локальной (вычислительной) сети, в том числе, связанные с физической передачей сигналов по линиям связи.

Задача физической передачи данных по линиям связи при соединении «точка – точка» среди прочего включает:

– кодирование и модуляцию данных;

– взаимную синхронизацию передатчика одного компьютера с приемником другого;

– подсчет контрольной суммы и передача ее по линиям связи после каждого байта или после некоторого блока байтов.

Линии связи в сети отличаются по своим электрическим характеристикам от тех, которые существуют внутри компьютера.

Главное отличие внешних линий связи от внутренних состоит в их гораздо большей протяженности, а также в том, что они проходят вне экранированного корпуса по пространствам, зачастую подверженным воздействию сильных электромагнитных помех. Все это приводит к существенно большим искажениям прямоугольных импульсов (например, «заваливанию» фронтов), чем внутри компьютера. Поэтому при передаче данных внутри и вне компьютера не всегда можно использовать одни и те же скорости и способы кодирования.

Главное отличие внешних линий связи от внутренних состоит в их гораздо большей протяженности, а также в том, что они проходят вне экранированного корпуса по пространствам, зачастую подверженным воздействию сильных электромагнитных помех. Все это приводит к существенно большим искажениям прямоугольных импульсов (например, «заваливанию» фронтов), чем внутри компьютера. Поэтому при передаче данных внутри и вне компьютера не всегда можно использовать одни и те же скорости и способы кодирования [3].

Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, это вариант громоздкий и неэффективный. Действительно, 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. В некоторых случаях даже две, если невозможно использование этой линии для двусторонней передачи. На рисунке 2 изображена полносвязная топология сети.

Рисунок 2 – Полносвязная топология сети

Ячеистая топология получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна для крупных сетей. На рисунке 3 изображена ячеистая топологя сети.

Рисунок 3 – Ячеистая топология сети

В сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому. 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 для организации обратной связи, поскольку данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому отправитель в данном случае может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство «кольца» 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». На рисунке 4 изображена топология сети «кольцо».

Рисунок 4 – Топлогия сети «кольцо»

Топология «звезда» образуется в том случае, когда каждый компьютер с помощью отдельного кабеля подключается к общему центральному устройству, называемому концентратором. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети.

В роли концентратора может выступать как компьютер, так и специализированное устройство, такое как многовходовый повторитель, коммутатор или маршрутизатор. К недостаткам топологии типа «звезда» относится более высокая стоимость сетевого оборудования, связанная с необходимостью приобретения специализированного центрального устройства. Кроме того, возможности наращивания количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. На рисунке 5 изображена топология сети «звезда».

Рисунок 5 – Топология сети «звезда»

Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа «звезда», в результате чего получается структура в виде «иерархической звезды»

Получаемую в результате топологию называют также деревом. В настоящее время «дерево» является самым распространенным типом топологии связей, как в локальных, так и в глобальных сетях. На рисунке 6 изображена топология сети «дерево».

Рисунок 6 – Топология сети «дерево»

Особым частным случаем конфигурации «звезда» является топология «общая шина». Здесь в роли общего (центрального) элемента сети выступает пассивная линия передачи (кабель), к которой по схеме «монтажного ИЛИ» подключается несколько компьютеров. Такую же топологию имеют многие сети, использующие беспроводную связь – роль общей шины здесь играет общая среда передачи – радиосреда (среда распространения радиоволн).

В сети с топологией «общая шина» передаваемая информация доступна одновременно всем присоединенным к линии передачи компьютерам.

Основными преимуществами такой схемы являются низкая стоимость и простота масштабирования, т.е. присоединения новых или изъятия имеющихся узлов к сети.

В то время как небольшие сети, как правило, имеют одну из типовых топологий – «звезда», «кольцо» или «общая шина», для крупных сетей характерно наличие различных типов связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие ту или иную типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией. На рисунке 7 изображена смешанная топология.

В каждый сетевой интерфейс, будь то порт маршрутизатора, концентратора или коммутатора, встроены средства, в той или иной мере решающие задачу надежного обмена двоичными сигналами, представленными соответствующими электричемкими сигналами.

Рисунок 7 – Смешанная топология