Топологии локальных сетей. Выбор топологии сети Какие факторы нужно учитывать при выборе топологии

Для своего курсового проекта я выбрал тип сети Ethernet.

Ethernet семейство технологий пакетной передачи данных для компьютерных сетей.

Стандарты Ethernet определяют проводные соединения и электрические сигналы на физическом уровне, формат кадров и протоколы управления доступом к среде -- на канальном уровне модели OSI. Ethernet в основном описывается стандартами IEEE группы 802.3. Ethernet стал самой распространённой технологией ЛВС в середине 1990-х годов, вытеснив такие устаревшие технологии, как Arcnet и Token ring.

Название «Ethernet» (буквально «эфирная сеть») отражает первоначальный принцип работы этой технологии: всё, передаваемое одним узлом, одновременно принимается всеми остальными (то есть имеется некое сходство с радиовещанием). В настоящее время практически всегда подключение происходит через коммутаторы (switch), так что кадры, отправляемые одним узлом, доходят лишь до адресата (исключение составляют передачи на широковещательный адрес) -- это повышает скорость работы и безопасность сети.

В стандарте первых версий (Ethernet v1.0 и Ethernet v2.0) указано, что в качестве передающей среды используется коаксиальный кабель, в дальнейшем появилась возможность использовать витую пару и оптический кабель.

Преимущества использования витой пары по сравнению с коаксиальным кабелем:

· возможность работы в дуплексном режиме;

· низкая стоимость кабеля витой пары;

· более высокая надёжность сетей. при использовании витой пары сеть строится по топологии «звезда», поэтому обрыв кабеля приводит лишь к нарушению связи между двумя объектами сети, соединёнными этим кабелем (при использовании коаксиального кабеля сеть строится по топологии «общая шина», для которой требуется наличие терминальных резисторов на концах кабеля, поэтому обрыв кабеля приводит к неисправности сегмента сети);

· уменьшен минимально допустимый радиус изгиба кабеля;

· большая помехоустойчивость из-за использования дифференциального сигнала;

· возможность питания по кабелю маломощных узлов, например, IP-телефонов (стандарт Power over Ethernet, PoE);

· гальваническая развязка трансформаторного типа. В условиях СНГ, где, как правило, отсутствует заземление компьютеров, применение коаксиального кабеля часто приводило к выходу из строя сетевых карт в результате электрического пробоя.

Причиной перехода на оптический кабель была необходимость увеличить длину сегмента без повторителей.

Метод управления доступом (для сети на коаксиальном кабеле) -- множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий (CSMA/CD, Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection), скорость передачи данных 10 Мбит/с, размер кадра от 64 до 1518 байт, описаны методы кодирования данных. Режим работы полудуплексный, то есть узел не может одновременно передавать и принимать информацию. Количество узлов в одном разделяемом сегменте сети ограничено предельным значением в 1024 рабочих станции (спецификации физического уровня могут устанавливать более жёсткие ограничения, например, к сегменту тонкого коаксиала может подключаться не более 30 рабочих станций, а к сегменту толстого коаксиала -- не более 100). Однако сеть, построенная на одном разделяемом сегменте, становится неэффективной задолго до достижения предельного значения количества узлов, в основном по причине полудуплексного режима работы.

В 1995 году принят стандарт IEEE 802.3u Fast Ethernet со скоростью 100 Мбит/с и появилась возможность работы в режиме полный дуплекс. В 1997 году был принят стандарт IEEE 802.3z Gigabit Ethernet со скоростью 1000 Мбит/с для передачи по оптическому волокну и ещё через два года для передачи по витой паре.

Рассмотрим три популярные топологии сети, одна из них будет задействована в моём курсовом проекте.

Топология "Звезда".

Рис.1 Топология "Звезда"

Звезда -- базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), 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 возлагается очень большая нагрузка, поэтому 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

Достоинства

· выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;

· лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;

· высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);

· гибкие возможности администрирования.

· Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель витая пара UTP категории 3 или 5.

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.

Топология "Кольцо"

Рис. 2 Топология "Кольцо"

Топология кольцо (топология замкнутой сети) - это тип сетевой топологии, при котором все компьютеры подключены коммуникационному каналу, замкнутому на себе. В кольце сигналы передаются только в одном направлении. Сигнал в топологии кольцо возможно усиливать.

Достоинства:

· Отсутствие возможности для столкновения передающейся информации.

· Возможность одновременной передачи данных сразу несколькими компьютерами.

· Возможность промежуточного сигнала.

Недостатки:

· Высокая стоимость и сложность обслуживания.

· В случае выхода из строя кабеля или компа сеть прекращает функционировать.

· Кольцо в 2.5 раза медленнее шины.

Топология "Шина"

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. Когда источник передает сигналы в сетевую среду, они движутся в обоих направлениях от источника. Эти сигналы доступны всем устройствам в ЛВС. Как уже известно, из предыдущих глав, каждое устройство проверяет проходящие данные. Если MAC- или IP-адрес пункта назначения, содержащийся в пакете данных, не совпадает с соответствующим адресом этого устройства, данные игнорируются. Если же MAC- или IP-адрес пункта назначения, содержащийся в пакете данных, совпадает с соответствующим адресом устройства, то данные копируются этим устройством и передаются на канальный и сетевой уровни эталонной модели OSI. На каждом конце кабеля устанавливается терминатор. Когда сигнал достигает конца шины, он поглощается терминатором. Это предотвращает отражение сигнала и повторный прием его станциями, подключенными к шине. Для того чтобы гарантировать, что в данный момент передает только одна станция, в сетях с шинной топологией используется механизм обнаружения конфликтов, иначе, если несколько станций одновременно попытаются осуществить передачу, возникнет коллизия. В случае возникновения коллизии, данные от каждого устройства взаимодействуют друг с другом (т.е. импульсы напряжения от каждого из устройств будут одновременно присутствовать в общей шине), и таким образом, данные от обоих устройств будут повреждаться. Область сети, в пределах которой был создан пакет и возник конфликт, называется доменом коллизий. В шинной топологии, если устройство обнаруживает, что имеет место коллизия, сетевой адаптер отрабатывает режим повторной передачи с задержкой. Поскольку величина задержки перед повторной передачей определяется с помощью алгоритма, она будет различна для каждого устройства в сети, и, таким образом, уменьшается вероятность повторного возникновения коллизии.

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 кабелю-шине 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.

Достоинства

· Небольшое время установки сети;

· Дешевизна (требуется кабель меньшей длины и меньше сетевых устройств);

· Простота настройки;

· Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети;

Недостатки

· Неполадки в сети, такие как обрыв кабеля или выход из строя терминатора, полностью блокируют работу всей сети;

· Затрудненность выявления неисправностей;

· С добавлением новых рабочих станций падает общая производительность сети.

Разделы: Информатика

Задачи урока:

Образовательные:

• повторить с учащимися базовые сетевые топологии, их преимущества и недостатки;
• повторить понятие доступа к среде передачи;
• научить основным правилам выбора компьютерной сети.

Развивающие:

• способствовать развитию творческих способностей учащихся.
• способствовать формированию мыслительных операций (анализ, синтез, сравнение, обобщение).
• способствовать развитию интереса к предмету.

Воспитательные : воспитывать коммуникативную культуру.

Урок рассчитан на 90 минут.

План урока:

1. Организационный момент – 3 мин.
2. Повторение ранее изученного материала – 10 мин.
3. Решение кроссворда (фронтальная работа) – 12 мин.
4. Ответы на вопросы теста (самостоятельная работа) – 20 мин.
5. Практическая работа «Оценка расходов на построение сети» (работа в парах) – 45 мин.
6. Подведение итогов занятия

ХОД УРОКА

1. Сегодня у нас последний, завершающий урок, посвященный основам компьютерных сетей. В течение довольно длительного времени мы изучали способы и приемы подключения и настройки сетевого оборудования, а также виды сетевых топологий. Применяли полученные знания и умения при выполнении проекта “Школьная компьютерная сеть”. Настало время подвести итоги.

– Давайте вместе вспомним, что же такое сетевые топологии?

2. Для повторения основных понятий изученной нами темы обратимся к презентации (приложение 1).

3. Теперь, когда мы повторили пройденный материал, давайте ответим на вопросы кроссворда

(кроссворд заранее вывешивается на доску, или проецируется на экран с помощью мультипроектора)

1. Способ объединения компьютеров и сетевого оборудования с помощью кабельной инфраструктуры (физическая топология )
2. Искажение сигналов, возникающее при одновременной передаче двух или нескольких компьютеров (коллизия )
3. Небольшой блок данных, постоянно передающийся от компьютера к компьютеру в сетях с топологией «кольцо» (маркер )
4. Наиболее распространенная в современных сетях топология (дерево )
5. Специальный резистор, устанавливаемый на концах коаксиального кабеля, чтобы предотвратить отражение сигналов (терминатор )
6. Сетевая топология, в которой каждое из устройств соединяется с двумя другими, причем от одного получает данные, а другому – передает (кольцо )

4. Теперькаждому из вас предстоит поработать самостоятельно на вопросами теста «Сетевые топологии и способы доступа к среде передачи данных»

(тест заранее готовится для каждого учащегося)

I. Что определяется выбором топологии сети? Выберите все нужные ответы.

1. стоимость сети
2. надежность сети
3. производительность сети
4. расширяемость сети
5. управляемость сети

II. Способ взаимодействия компьютеров и характер распространения сигналов по сети есть:

1. физическая топология
2. логическая топология
3. сетевой протокол

III. Отметьте базовые топологии, на основе которых строятся сети (выберите три ответа).

1. дерево
2. звезда
3. сеточная
4. гибридная
5. кольцо

IV. Что является основным недостатком топологии «шина»?

1. высокая стоимость сети
2. низкая надежность сети
3. большой расход кабеля

V. Что является основным недостатком топологии «кольцо»?

1. высокая стоимость сети
2. низкая надежность сети
3. большой расход кабеля
4. низкая помехозащищенность сети

VI. Что является основным преимуществом топологии «звезда»?

1. низкая стоимость сети
2. малый расход кабеля
3. хорошая помехозащищенность сети
4. высокая надежность и управляемость сети

VII. Что является основным недостатком множественного доступа с контролем несущей и обнаружением столкновений (CSMA/CD)?

1. большое число коллизий
2. временные задержки

VIII. Что является основным недостатком множественного доступа с контролем несущей и предотвращением столкновений (CSMA/CA)?

1. высокая стоимость оборудования
2. большое число коллизий
3. временные задержки

IX. Что является основным преимуществом метода доступа «передача маркера»?

1. отсутствие коллизий
2. простота технической реализации
3. высокая скорость передачи

X. Какая топология является самой распространенной в современных сетях?

1. дерево
2. звезда
3. сеточная
4. кольцо

Ключ к тесту

Вопросы
Ответы

5. В заключение нашего обобщающего урока вам предстоит выполнить практическую работу «Оценка расходов на построение сети». Для выполнения этого вида работы вам следует разбиться по парам. В конце практической работы мы выслушаем несколько представленных проектов и определим наиболее экономически выгодный проект.

(для каждой пары учащихся готовится технологическая карта для проведения расчетов проекта)

Цель работы: В этом задании вы должны оценить, какими могут быть расходы на построение сети при использовании топологий «шина» и «звезда».

Условие задачи

Вы являетесь системным администратором небольшой компании, занимающей несколько соседних помещений на одном этаже здания. Компьютеры в офисе этой компании пока работают автономно, однако все чаще ощущается необходимость объединения компьютеров в сеть для совместного использования данных и ресурсов.

Руководитель компании поставил перед вами задачу: проанализировать возможные варианты объединения компьютеров в сеть и оценить расходы на создание этой сети.

При планировании сети следует учесть, что офис компании занимает восемь помещений размером 4 х 4 метра. План офиса представлен на схеме:

I . Оценка стоимости создания сети при использовании топологии «шина».

• коаксиальный кабель - 6 руб./м;
• BNC-коннектор обжимной - 12 руб./шт.;
• BNC-терминатор с заземлением - 18 руб./шт.;
• BNC-терминатор без заземления - 15 руб./шт.;
• BNC T-коннектор - обычно поставляется в комплекте с сетевым адаптером;
• устройство обжимное для кабеля RG-58 - 400 руб.;
• инструмент для зачистки коаксиального кабеля - 250 руб.

Итого: ____________________________________________________

2. Оцените расходы на сетевое оборудование, используемое для объединения компьютеров в сеть с топологией «шина» (с учетом того, что компьютеры уже оборудованы комбинированными сетевыми адаптерами 10Base-2/10Base-T).

Потребуется ли в данном случае еще какое-либо оборудование, чтобы объединить компьютеры в сеть?___________________________________________________________

Какой будет окончательная стоимость создания сети в офисе компании? _________________________________________________________

II. Оценка стоимости создания сети при использовании топологии «звезда».

Сколько (примерно) кабеля «витая пара» потребуется для объединения компьютеров в сеть, если все компьютеры стоят у наружных стен, в межкомнатных перегородках можно легко просверлить отверстия для прокладки кабеля, а центром «звезды» планируется сделать комнату администратора? __________________________________________________________________________________

• кабель типа «витая пара» категории 5е - 6 руб./м;
• коннектор RJ-45 - 5 руб./шт.;
• устройство обжимное для кабеля «витая пара» - 600 руб.

Итого: ____________________________________________________________________________

3. Оцените расходы на сетевое оборудование, используемое для объединения компьютеров в сеть с топологией «звезда» (с учетом того, что компьютеры уже оборудованы комбинированными сетевыми адаптерами 10Base-2/10Base-T).

Потребуется ли в данном случае еще какое-либо оборудование, чтобы объединить компьютеры в сеть? ___________________________________________________________________________

• коммутатор Fast Ethernet 16x10/100Base-TX - 1500 руб.;
• коммутатор Gigabit Ethernet 16x10/100/1000Base-T - 10000 руб.

Итого: _____________________________________________________

Какой будет окончательная стоимость создания сети в офисе компании при использовании коммутатора Fast Ethernet? ________________________________________________________

Какой будет стоимость сети при использовании коммутатора Gigabit Ethernet? ______________________________________________________

6. Подведение итогов занятия. Рефлексия

Итак, позади не одна неделя упорного труда. Посмотрим, как вы справились с поставленной задачей.

(замечания учащимся и оценка работы учащихся)

И, напоследок, попрошу оценить наш с вами урок.

Благодарю всех за активную работу.

Топология «кольцо» - это топология, в которой каждый компьютер соединён линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передаёт. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приёмник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.
Каждый компьютер ретранслирует (возобновляет) сигнал, то есть выступает в роли повторителя, потому затухание сигнала во всём кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Чётко 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 надёжность сети, потому что выход его из строя сразу же парализует весь обмен.
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 (1000 и больше). В качестве носителя в сети используется витая пара или оптоволокно. Сообщения циркулируют по кругу.
Рабочая станция может передавать информацию другой рабочей станции, только после того, как получит право на передачу (маркер), поэтому коллизии исключены. Информация передается по кольцу от одной рабочей станции к другой, поэтому при выходе из строя одного компьютера, если не принимать специальных мер выйдет из строя вся сеть.
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).

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютер­ной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится прежде всего к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобаль­ных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слиш­ком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по своему собственному пути.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, возможные и наиболее удобные методы управления обменом, на­дежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топо­логию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях ос­новных топологий, их достоинствах и недостатках, наверное, надо всем.

Существует три основных топологии сети:

шина (bus), при которой все компьютеры параллельно под­ключаются к одной линии связи и информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным ком­пьютерам (рис. 6.1);

звезда (star), при которой к одному центральному компью­теру присоединяются остальные периферийные компьюте­ры, причем каждый из них использует свою отдельную ли­нию связи (рис. 6.2);

кольцо (ring), при которой каждый компьютер передает ин­формацию всегда только одному компьютеру, следующему в цепочке, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера, и эта цепочка замкнута в «кольцо» (рис. 6.3).

Рис. 6.1 – Сетевая топология «шина»

Рис. 6.2 – Сетевая топология «звезда»

Рис. 6.3 – Сетевая топология «кольцо»

На практике нередко используют и комбинации базовых топологий, но большинство сетей ориентированы именно на эти три. Рассмотрим теперь кратко особенности перечисленных сетевых топологий.

ТОПОЛОГИЯ «ШИНА»

Топология «шина» (или, как ее еще называют, «общая шина») самой сво­ей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования ком­пьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать только по очереди, так как линия связи единственная. В противном случае передаваемая 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, что увеличивает ее надежность (ведь при отказе любого центра перестает функционировать вся управляемая этим центром система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединитель­ного кабеля по сравнению с другими топологиями. Правда, надо учесть, что к каждому компьютеру (кроме двух крайних) подходит два кабеля, что не всегда удобно.

Так как разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента, аппаратура сете­вого адаптера при топологии «шина» получается сложнее, чем при дру­гих топологиях. Однако из-за широкого распространения сетей с тополо­гией «шина» (Ethernet, Arcnet) стоимость сетевого оборудования получается не слишком высокой.

Шине не страшны отказы отдельных компьютеров, так как все осталь­ные компьютеры сети могут нормально продолжать обмен. Может пока­заться, что шине не страшен и обрыв кабеля, поскольку в этом случае мы получим две вполне работоспособные шины. Однако из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи не­обходимо предусматривать включение на концах шины специальных со­гласующих устройств - терминаторов, показанных на рис. 6.1 в виде пря­моугольников. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Так что 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. Любой отказ сете­вого оборудования в шине очень трудно локализовать, так как все адап­теры включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, не так-то просто.

Рис. 6.4 - Соединение сегментов сети типа «шина» с помощью репитера

При прохождении по линии связи сети с топологией «шина» информаци­онные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что наклады­вает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи, кроме того, каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зави­симости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет допол­нительные требования к приемным узлам сетевого оборудования. Для уве­личения длины сети с топологией «шина» часто используют несколько сегментов (каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных восстановителей сигналов - репи­теров, или повторителей (на рис. 6.4 показано соединение двух сегментов). Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться беско­нечно, так как существуют еще и ограничения, связанные с конечной ско­ростью распространения сигналов по линиям связи.

ТОПОЛОГИЯ «ЗВЕЗДА»

«Звезда» - это топология с явно выделенным центром, к которому под­ключаются все остальные абоненты. Весь обмен информацией идет ис­ключительно через центральный компьютер, на который таким образом ложится очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии абонентов в данном случае го­ворить не приходится. 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, так как управление полностью централизовано, конфликтовать нечему.

Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера никак не отражается на функцио­нировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального ком­пьютера делает сеть полностью неработоспособной. Поэтому должны при­ниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры. Обрыв любого кабеля или корот­кое замыкание в нем при топологии «звезда» нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально про­должать работу.

В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи, каждая из которых передает информацию только в одном направлении. Таким образом, на каждой ли­нии связи имеется только один приемник и один передатчик. Все это су­щественно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и из­бавляет от необходимости применения дополнительных внешних терминаторов. Проблема затухания сигналов в линии связи также реша­ется в «звезде» проще, чем в «шине», ведь каждый приемник всегда по­лучает сигнал одного уровня.

Серьезный недостаток топологии «звезда» состоит в жестком ограниче­нии количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслу­живать не более 8-16 периферийных абонентов. Если в этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, то при их превышении оно просто невозможно. Правда, иногда в звезде предусматривается воз­можность наращивания, то есть подключение вместо одного из перифе­рийных абонентов еще одного центрального абонента (в результате по­лучается топология из нескольких соединенных между собой звезд).

Звезда, показанная на рис. 6.2, носит название активной, или истинной, звезды. Существует также топология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 6.5). В настоящее время она распространена гораздо больше, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в самой популярной на сегодняшний день сети Ethernet.

Рис. 6.5 - Топология «пассивная звезда»

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а концен­тратор, или хаб (hub), выполняющий ту же функцию, что и репитер. Он восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их в другие линии связи. Хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически мы имеем дело с шинной топологией, так как инфор­мация от каждого компьютера одновременно передается ко всем осталь­ным компьютерам, а центрального абонента не существует. Естественно, пассивная звезда получается дороже обычной шины, так как в этом слу­чае обязательно требуется еще и концентратор. Однако она предостав­ляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуще­ствами звезды. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную шину, которая считается малоперспектив­ной топологией.

Можно выделить также промежуточный тип топологии между активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только ретрансли­рует поступающие на него сигналы, но и производит управление обме­ном, однако сам в обмене не участвует.

Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности сети пу­тем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невозможно, например, в случае шины), а также ограничивать доступ посто­ронних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К каждо­му периферийному абоненту в случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два ка­беля (каждый из них передает в одном направлении), причем вторая си­туация встречается чаще.

Общим недостатком для всех топологий типа «звезда» является значи­тельно больший, чем при других топологиях, расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как на рис. 6.1), то при вы­боре топологии «звезда» понадобится в несколько раз больше кабеля, чем при топологии «шина». Это может существенно повлиять на стоимость всей сети в целом.

ТОПОЛОГИЯ «КОЛЬЦО»

«Кольцо» - 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. Важная осо­бенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера, поэтому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами коль­ца. Четко выделенного центра в данном случае нет, все компьютеры мо­гут быть одинаковыми. Однако довольно часто в кольце выделяется спе­циальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправ­ными (в отличие, например, от шинной топологии). Одни из них обяза­тельно получают информацию от компьютера, ведущего передачу в дан­ный 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 захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру.

Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совершенно 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 довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно является самой устойчивой к перегруз­кам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конф­ликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды).

Так как сигнал в кольце проходит через все компьютеры сети, выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) наруша­ет работу всей сети в целом. Точно так же любой обрыв или короткое за­мыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозмож­ной. Кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в этой топологии обычно предусматривают прокладку двух (или более) парал­лельных линий связи, одна из которых находится в резерве.

В то же время крупное преимущество кольца состоит в том, что ретранс­ляция сигналов каждым абонентом позволяет существенно увеличить размеры всей сети в целом (порой до нескольких десятков километров). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топо­логии.

Недостатком кольца (по сравнению со звездой) можно считать то, что к каждому компьютеру сети необходимо подвести два кабеля.

Иногда топология «кольцо» выполняется на основе двух кольцевых ли­ний связи, передающих информацию в противоположных направлени­ях. Цель подобного решения - увеличение (в идеале - вдвое) скорости передачи информации. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).

ДРУГИЕ ТОПОЛОГИИ

Кроме трех рассмотренных основных, базовых топологий нередко при­меняется также сетевая топология «дерево» (tree), которую можно рас­сматривать как комбинацию нескольких звезд. Как и в случае звезды, де­рево может быть активным, или истинным (рис. 6.6), и пассивным (рис. 6.7). При активном дереве в центрах объединения нескольких линий свя­зи находятся центральные компьютеры, а при пассивном - концентрато­ры (хабы).

Рис. 6.6 - Топология «активное дерево»

Рис. 6.7 - Топология «пассивное дерево». К – концентраторы

Применяются довольно часто и комбинированные топологии, среди кото­рых наибольшее распространение получили звездно-шинная (рис. 6.8) и звездно-кольцевая (рис. 6.9).

Рис. 6.8 - Пример звездно-шинной топологии

В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды. В этом случае к концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты, то есть на самом деле реализуется физическая топология «шина», включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько кон­центраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. Таким об­разом, пользователь получает возможность гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количе­ство компьютеров, подключенных к сети.

Рис. 6.9 - Пример звездно-кольцевой топологии

В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяют­ся не сами компьютеры, а специальные концентраторы (изображенные на рис. 6.9 в виде прямоугольников), к которым в свою очередь подключа­ются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи. В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов все линии связи образуют замкнутый кон­тур (как показано на рис. 6.9). Данная топология позволяет комбиниро­вать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети.

Введение

1. Понятие топологии сети

2. Базовые топологии сети

2.3 Базовая топология сети типа "кольцо" (ring)

3. Другие возможные сетевые топологии

3.1 Топология сети типа "дерево" (tree)

3.2 Комбинированные топологии сети

3.3 "Сеточная" топология сети

4. Многозначность понятия топологии

Заключение

Список используемой литературы

Введение

На сегодняшний день невозможно представить деятельность человека без использования им компьютерных сетей.

Компьютерная сеть - представляет собой систему распределенной обработки информации, состоящую как минимум из двух компьютеров, взаимодействующих между собой с помощью специальных средств связи.

В зависимости от удалённости компьютеров и масштабов, сети условно разделяют на локальные и глобальные.

Локальные сети - сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин "LAN" может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Локальные сети развёртываются обычно в рамках некоторой организации, поэтому их называют также корпоративными сетями.

Иногда выделяют сети промежуточного класса - городская или региональная сеть, т.е. сеть в пределах города, области и т.п.

Глобальная сеть покрывает большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Глобальные сети практически имеют те же возможности, что и локальные. Но они расширяют область их действия. Польза от применения глобальных сетей ограничена в первую очередь скоростью работы: глобальные сети работают с меньшей скоростью, чем локальные.

Из выше перечисленных компьютерных сетей, обратим свое внимание на локальные сети, для того чтобы лучше понять архитектуру сетей, способы передачи данных. А для этого надо знать такое понятие, как топология сети.

1. Понятие топологии сети

Топология - это физическая конфигурация сети в совокупности с ее логическими характеристиками. Топология - это стандартный термин, который используется при описании основной компоновки сети. Если понять, как используются различные топологии, то можно будет определить, какими возможностями обладают различные типы сетей.

Существует два основных типа топологий:

физическая

логическая

Логическая топология описывает правила взаимодействия сетевых станций при передаче данных.

Физическая топология определяет способ соединения носителей данных.

Термин "топология сети" характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология сети обуславливает ее характеристики.

Выбор той или иной топологии влияет на:

состав необходимого сетевого оборудования

характеристики сетевого оборудования

возможности расширения сети

способ управления сетью

Конфигурация сети может быть или децентрализованной (когда кабель "обегает" каждую станцию в сети), или централизованной (когда каждая станция физически подключается к некоторому центральному устройству, распределяющему фреймы и пакеты между станциями). Примером централизованной конфигурации является звезда с рабочими станциями, располагающимися на концах ее лучей. Децентрализованная конфигурация похожа на цепочку альпинистов, где каждый имеет свое положение в связке, а все вместе соединены одной веревкой. Логические характеристики топологии сети определяют маршрут, проходимый пакетом при передаче по сети.

При выборке топологии нужно учитывать, чтобы она обеспечивала надежную и эффективную работу сети, удобное управление потоками сетевых данных. Желательно также, чтобы сеть по стоимости создания и сопровождения получилась недорогой, но в то же время оставались возможности для ее дальнейшего расширения и, желательно, для перехода к более высокоскоростным технологиям связи. Это непростая задача! Чтобы ее решить, необходимо знать, какие бывают сетевые топологии.

2. Базовые топологии сети

Существует три базовые топологии, на основе которых строится большинство сетей.

звезда (star)

кольцо (ring)

Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля, топология называется "шиной". В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора, топология называется звездой. Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо, такая топология носит название кольца.

Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.

2.1 Топология сети типа "шина" (bus)

В этой топологии все компьютеры соединяются друг с другом одним кабелем (рисунок 1).

Рисунок 1 - Схема топологии сети тип "шина"

В сети с топологией "шина" компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов - аппаратных MAC-адресов . Чтобы понять процесс взаимодействия компьютеров по шине, нужно уяснить следующие понятия:

передача сигнала

отражение сигнала

терминатор

1. Передача сигнала

Данные в виде электрических сигналов, передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу. Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть. Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети

частота, с которой компьютеры передают данные

тип работающих сетевых приложений

тип сетевого кабеля

расстояние между компьютерами 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 остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

2. Отражение сигнала

Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети - от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить.

3. Терминатор

Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают заглушки (терминаторы, terminators), поглощающие эти сигналы (Рисунок 2). Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру или к баррел-коннектору - для увеличения длины кабеля. К любому свободному - неподключенному - концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.

Рисунок 2 - Установка терминатора

Нарушение целостности сети может произойти, если разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети. Сеть "падает". Сами по себе компьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

У такой топологии сети есть достоинства и недостатки. К достоинствам можно отнести:

небольшое время установки сети

дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств)

простота настройки

выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети

Недостатки такой топологии следующие.

такие сети трудно расширять (увеличивать число компьютеров в сети и количество сегментов - отдельных отрезков кабеля, их соединяющих).

поскольку шина используется совместно, в каждый момент времени передачу может вести только один из компьютеров.

"шина" является пассивной топологией - компьютеры только "слушают" кабель и не могут восстанавливать затухающие при передаче по сети сигналы.

надежность сети с топологией "шина" невысока. Когда электрический сигнал достигает конца кабеля, он (если не приняты специальные меры) отражается, нарушая работу всего сегмента сети.

Проблемы, характерные для топологии "шина", привели к тому, что эти сети, столь популярные еще десять лет назад, сейчас уже практически не используются.

Топология сети типа "шина" известна как логическая топология Ethernet 10 Мбит/с.

2.2 Базовая топология сети типа "звезда" (star)

При топологии "звезда" все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub) (рисунок 3).

Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным.

Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.