Понятие топологии сети и базовые топологии

Существует большое число способов, которыми можно соединить компьютеры между собой в единую компьютерную сеть. Чем больше разных компьютеров, тем больше таких способов соединения. Каждое соединение – это новый маршрут для передачи данных.

Термин «топология сети» или просто «топология» характеризует физическое расположение компьютеров, сетевых сред передачи данных и других компонентов сети. Топология – это стандартный термин, который:

· используется при описании основной компоновки сети;

· дает способ сравнивать и классифицировать различные сети.

Топология сети обуславливает ее технические характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет на:

· состав необходимого сетевого оборудования и его характеристики;

· возможность расширения сети и ее надежность;

· способ управления сетью.

При построении сети просто подключить компьютер к сетевому кабелю, соединяющему другие компьютеры, недостаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми адаптерами, сетевыми ОС и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.

Любая топология сети может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки, а также определять метод доступа компьютеров в сеть. Все сети строятся на основе трех базовых топологий: шина (bus); звезда (star); кольцо (ring). Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля (сегмента), топология называется "шина". В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки (или концентратора), топология называется "звезда". Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут, то такая топология носит название "кольцо".

Топология типа «шина»

Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один сетевой кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все РС сети (рисунок 5.30).

1. При передаче пакетов данных каждый компьютер адресует его конкретному компьютеру ЛВС (РС_к), передавая его по сетевому кабелю в виде электрических сигналов.

2. Пакет в виде электрических сигналов передается по шине в обоих направлениях всем компьютерам сети.

3. Однако, информацию принимает только тот адрес, который соответствует адресу получателя, указанному в заголовке пакета. Так как в каждый момент времени в сети может вести передачу только одна РС, то производительности ЛВС зависит от количества РС, подключенных к шине. Чем их больше, тем больше ожидающих передачи данных, тем ниже производительности сети. Однако, нельзя указать прямую зависимость пропускной способности сети от количества РС, так как на нее также влияет:

· характеристики аппаратного обеспечения РС сети;

· частота, с которой передают сообщения РС;

· тип работающих сетевых приложений;

· тип кабеля и расстояние между РС в сети

Шина – пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе всей сети (!).

Рисунок 5.30 – Топология типа «шина»

4. Данные в виде электрических сигналов распространяются по всей сети от одного конца кабеля к другому, и, достигая конца кабеля, будут отражаться и занимать шину, что не позволит другим компьютерам осуществлять передачу.

5. Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливаются терминаторы (Т), поглощающие сигналы, прошедшие по шине.

6. При значительном расстоянии между РС (например, 180 м для тонкого коаксиального кабеля) в сегменте шины может наблюдаться ослабление электрического сигнала, что может привести к искажению или потере передаваемого пакета данных. В этом случае исходный сегмент следует разделить на два, установив между ними дополнительное устройство – репитер (повторитель), который усиливает принятый сигнал перед тем, как послать его дальше (рисунок 5.31).

Правильно размещенные на длине сети повторители позволяют увеличить длину обслуживаемой сети и расстояние между соседними компьютерами. Следует помнить, что все концы сетевого кабеля должны быть к чему-либо подключены: к РС, терминатору или повторителю.

Разрыв сетевого кабеля или отсоединение одного из его концов приводит к прекращению функционирования сети. Сеть «падает». Сами РС сети остаются

Рисунок 5.31 – Подключение репитера (повторителя)

полностью работоспособными, но не могут взаимодействовать друг с другом. Если ЛВС на основе сервера, где большая часть программных и информационных ресурсов хранится на сервере, то РС, хотя и остаются работоспособными, но для практической работы малопригодны.

Топология типа «звезда»

При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту – концентратору (Hub) (рисунок 5.32). Пакеты данных от каждого компьютера направляются к центральному концентратору. Он, в свою очередь, перенаправляет пакеты к месту назначения. Основное достоинство этой топологии в том, что если повреждена какая-либо РС или отдельное соединение между РС и концентратором, вся сеть остается работоспособной. Положительным является и то, что подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизовано, а также просто конфигурировать сеть при добавлении новых РС. Как недостатки организации такой топологии следует отметить следующее:

Рисунок 5.32 – Топология типа «звезда»

· Так как все РС подключены к центральной точке, то для больших ЛВС значительно увеличивается расход кабеля.

· Если поврежденным оказался сам концентратор, то нарушится и работа всей сети, хотя РС останутся работоспособными.

Концентраторы являются центральным узлом в топологии «звезда». Однако в настоящее время они становятся одним из стандартных компонентов большинства ЛВС.

Среди концентраторов выделяют активные и пассивные. Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы, также как это делают репитеры. Иногда их называют еще многопортовыми репитерами. Они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров.

Пассивные концентраторы – это монтажные панели или коммутирующие блоки. Они просто пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные, в отличие от активных, не надо подключать к источнику питания. Гибридными называют конденсаторы, к которым можно подключить кабели различных типов.

Концентраторы можно соединить между собой. При такой топологии разрыв кабеля, подключенного к концентратору, нарушит работу только одного конкретного сегмента сети (рисунок 5.33).

Рисунок 5.33 – Возможное соединение концентраторов

Топология типа «кольцо»

При этой топологии сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо (рисунок 5.34). Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключить терминатор. Начав движение в какой-либо точке кольца (РС₁), пакет данных в конце концов попадает в его начало. Из-за такой особенности данные в кольце движутся всегда в одном направлении.

В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. В отличие от «звезды» «кольцу» необходим неразрывный путь между всеми сетевыми РС. Поэтому при выходе из стоя какой-либо одной РС сеть прекращает функционировать.

Другое слабое место «кольца» состоит в том, что данные проходят через каждый сетевой компьютер, давая возможность "не очень хорошим" людям заниматься перехватом информации, не предназначенной посторонним. Кроме того, изменение конфигурации сети или подключение новой РС требует остановки всей сети.

Рисунок 5.34 – Топология типа «кольцо»