ТОПОЛОГИЯ ЛОКАЛЬНЫХ СЕТЕЙ

Под топологией локальной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети, концентраторы или другое оборудование, а ребрам - связи между ними. Компьютеры (станции) и маршрутизаторы, подключаемые к сети и имеющие сетевые адреса, называются узлами сети. Оконечные узлы, которые создают или потребляют информацию, передаваемую по сети, являются хостами. Промежуточные узлы сети, через которые информация проходит, но не создается и не потребляется ими, относятся к коммуникационным узлам сети.

В зависимости от выбранного типа связи различают соответствующий вид топологий [4-6].

Под физической топологией понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи (как проводными, так и беспроводными).

Конфигурация физических связей может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. В этом случае под логической топологиейпонимают структуру логических связей, представляющих собой маршруты передачи данных между узлами сети, которые образуются соответствующей настройкой коммуникационного оборудования.

Под полносвязной топологией понимается сеть, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача данных через другие сети, например, топологии типа «шина», «звезда», «кольцо», «дерево», «сетка» (рис. 1.1).

На практике нередко используют и комбинации базовых топологий, но большинство сетей ориентированы на топологии вида «шина», «звезда», «кольцо».

Общая шина (рис. 1.1 а) является очень распространенной (а до недавнего времени самой распространенной) топологией для локальных сетей. В этом случае компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю по схеме «монтажного ИЛИ». Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Таким образом, основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. К сожалению, дефект коаксиального разъема редкостью не является. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети.

Рисунок 1.1 – Виды топологий: а – шина, б – звезда, в – кольцо,

г – дерево (иерархическая звезда), д – сетка

Топология звезда (рис. 1.1 б). В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной — существенно большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.

К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда (рис. 1.1 г). В настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях.

В сетях с кольцевой конфигурацией (рис. 1.1 в) данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи — данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тести­рования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Для этого в сеть посылаются специальные тестовые сообщения.

Исходя из определения, понятие топологии многозначно, так, например, топология сети определяет не только физическое расположение компьютеров, но, что гораздо важнее, характер связей между ними, особенности распространения сигналов по сети. Именно характер связей определяет степень отказоустойчивости сети, требуемую сложность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом, возможные типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (длина линий связи и количество абонентов), необходимость электрического согласования и многое другое.

Когда упоминается о топологии сети, то могут подразумевать четыре совершенно разных понятия, относящихся к различным уровням сетевой архитектуры [6]:

-физическая топология (то есть схема расположения компьютеров и прокладки кабелей). В этом смысле, например, пассивная звезда ничем не отличается от активной звезды, поэтому ее нередко называют просто «звездой».

-логическая топология (то есть структура связей, характер распространения сигналов по сети). Это, наверное, наиболее правильное определение топологии.

-топология управления обменом (то есть принцип и последовательность передачи права на захват сети между отдельными компьютерами).

-информационная топология (то есть направление потоков информации, передаваемой по сети).

Например, сеть с физической и логической топологией «шина» может в качестве метода управления использовать эстафетную передачу права захвата сети (то есть быть в этом смысле кольцом) и одновременно передавать всю информацию через один выделенный компьютер (быть в этом смысле звездой). Сеть с логической топологией «шина» может иметь физическую топологию «звезда» (пассивная) или «дерево» (пассивное).

Сеть с любой физической топологией, логической топологией, топологией управления обменом может считаться звездой в смысле информационной топологии, если она построена на основе одного единственного сервера и нескольких клиентов, общающихся только с этим сервером. В этом случае справедливы все рассуждения о низкой отказоустойчивости сети к неполадкам центра (в данном случае - сервера). Точно так же любая сеть может быть названа шиной в информационном смысле, если она построена из компьютеров, являющихся одновременно как серверами, так и клиентами. Как и в случае любой другой шины, такая сеть будет мало чувствительна к отказам отдельных компьютеров.

Таким образом, эффективность построения и развития локальных информационных сетей в значительной степени зависит от правильности применения рассмотренных видов топологий на различных уровнях сетевой архитектуры.