Комбинированные топологические решения

Топология ЛВС — это способ соединения компьютеров между собой, с использованием различные кабели и электронное оборудование. Топология может относиться к физической структуре сети или же к логической структуре, которая характеризует способ прохождения данных по сети. Выбор топологии ЛВС зависит от многих факторов, основными из которых являются:

Основными типами топологий являются:

Для простых сетей, расположенных в пределах небольшой территории, физическая топология с общей шиной может оказаться наилучшим решением. В этом случае кабель идет от компьютера к компьютеру, связывая их в цепочке. Все компьютеры в сети связаны одним общим кабелем, как правило, коаксиальным.

Этот способ реализации отличает низкая скорость и надежность, поскольку при разрыве любой точки общей шины работоспособность всей сети нарушается. В современных стандартах построения сетей данный вид топологии исключен, как устаревший.

Топология «Звезда»

В сети, построенной по звездообразной топологии, каждое сетевое устройство (компьютер, принтер и т.п.) подключаются к центральному устройству (концентратору, коммутатору) который обеспечивает связь между ними.простых сетей, расположенных в пределах небольшой территории, физическая топология с общей шиной может оказаться наилучшим решением. В этом случае кабель идет от компьютера к компьютеру, связывая их в цепочке. Все компьютеры в сети связаны одним общим кабелем, как правило, коаксиальным.

Данный вид топологии отличает большая надежность, поскольку обрыв одного кабеля не влечет за собой выход из строя всей сети. Возможная скорость передачи данных при использовании данной топологии определяется только возможностями кабеля и активного оборудования, используемого в качестве центрального устройства.

Для больших распределенных сетей одного активного устройства может оказаться недостаточно и тогда применяется физическая звездообразная топология — «распределенная звезда».

Данному виду топологии присущи все положительные стороны топологии «звезда».

Скоросные хар-ки ЛВС

реди всех типов сетей наиболее популярными в ЛВС на сегодняшний день являются Ethernet — подобные.

Скорость в 10Мбит/с (Ethernet) была вполне достаточна до поры до времени, пока в 1995 г. официальным стандартом не признали сеть Fast Ethernet, работающую со скоростью 100 Мбит/с через кабель UTP (витая пара) категории 5. Эта тенденция получила развитие при разработке сети Gigabit Ethernet, использующей технологию организации широкополосных магистральных сетей. Такая технология специально разработана для предоставления сетям Ethernet возможности работать на линиях связи со скоростью, сопоставимой с пропускной способностью оптоволоконных кабелей. В соответствии с названием сеть Gigabit Ethernet работает со скоростью 1Гбит/с.

В настоящее время, в разработке находится проект сети со скоростью 10 Гбит/с.

Сетевые интерфейсные карты, которые иногда называют сетевыми картами (network board) или адаптерами (adapter), представляют собой устройства, устанавливаемые в компьютер для организации сетевого интерфейса. Они являются обязательной частью любой ЛВС, поскольку без них реализация сети не возможна. Физически NIC может представлять собой как карту, вставляемую внутрь компьютера или ноутбука (с PCI, ISA или PCMCI интерфейсом), так и внешнее устройство, подключаемое к компьютеру через LPT. В последнее время получили распространение USB-адаптеры, позволяющие подключать компьютер в сеть на большой скорости без длительной настройки.

Повторители в настоящее время в «чистом виде» не применяются. Это устройство служит для усиления сигнала, передающегося по сетевому кабелю, что позволяет строить более протяженные линии связи. Повторитель имеет всего два порта (коаксиальных или для витой пары).

Мост используется в тех случаях, когда требуется разделить ЛВС на две независимые логически части. Основной функцией моста является ограничение распространения данных, передающихся по сети. Мост производит анализ пакета данных, решая, какой части сети он предназначен. Таким образом, мост не пропускает пакеты из одной части сети в другую, если они другой части не предназначены. Это позволяет уменьшить нагрузку на сеть.

Другой функцией моста, как ни странно, является объединение сетей с различной скоростью передачи данных.

Концентратор произошел от повторителя, целиком переняв его функции. Единственным отличием классического концентратора от повторителя является количество портов. Существуют концентраторы с 5, 8, 16 и большим количеством портов. В настоящее время применяются концентраторы, рассчитанные на две скорости передачи данных, в этом случае на них ложатся еще и функции моста (в части объединения сетей с разной скоростью).

Коммутатор перенял все функции у моста, концентратора и повторителя, добавив к ним много дополнительных. Данное устройство является «интеллектуальным», производя анализ пришедшего пакета на предмет выявления адресата, после чего отправляет пакет на тот порт, где находится адресат. Среди дополнительных свойств можно назвать возможность логического объединения портов в группы, позволяя на одном коммутаторе строить независимые физически сети (VLAN — виртуальные LAN), возможность управления отдельными портами (отключать/включать порты, настраивать список доступных пользователей конкретных портов).

Фактически, концентраторы и коммутаторы в настоящее время являются наиболее популярными устройствами ЛВС.

Маршрутизатор в ЛВС практически не применяется, в основном его поле деятельности — WAN. Служит для объединения различных ЛВС в общую сеть, используя глобальные линии связи или сети (например, Internet). Наряду с коммутатором является одним из самых сложных сетевых устройств.

Коаксиальный кабель (от латинского co — совместно и axis — ось) представляет собой два соосных гибких металлических цилиндра, разделенных диэлектриком. Обычно в качестве материала центральной жилы используют медь. В настоящее время область применения коаксиального кабеля сместилась в сторону высокочастотной радиоаппаратуры. В ЛВС практически не применяется, поскольку не обеспечивает скорости передачи, требуемых для современных приложений. Дальнейшая эволюция кабелей привела к сбалансированной витой паре.

Если обернуть один проводник вокруг другого, то получится система проводников, в определенной степени защищенная от внешних помех, поскольку каждый кабель из пары будет компенсировать магнитное поле другого и в равной степени внешнее поле. Именно по такому принципу изготовлен современный кабель.

На практике используют два типа таких кабелей: неэкранированная витая пара (UTP) и экранированная витая пара (STP), обладающая отдельным экранированием каждой пары, а также общим экраном, позволяющим еще больше ограничить влияние внешних помех. Во многих локальных сетях сейчас используют кабели UTP категории 5е, которые допускают скорость передачи до 1 Гбит/с. Кабель STP обычно используют в тех случаях, когда возможно сильное электромагнитное влияние в зоне прохождения сетевого кабеля.

Правда, эффект от использования кабеля STP возможен только в случае его корректного заземления. В противном случае, весь экран будет выполнять функции антенны, что значительно ухудшит характеристики сети, вплоть до ее отказа.

В случаях, когда влияние внешних помех очень велико или труднооценимо, особенно при отсутствии возможности обеспечить заземление, рекомендуется использовать оптоволокно. Основным его достоинством является абсолютная независимость от внешнего электромагнитного излучения. Это связано с тем, что для передачи данных в оптоволокне применяют световой поток одной длины волны, а не электрические импульсы.

Компьютерную сеть можно разделить на две составляющие. Физическая компьютерная сеть – это, прежде всего, оборудование. То есть все требуемые кабели и адаптеры, подсоединенные к компьютерам, концентраторам, коммутаторам, принтерам и так далее. Все то, что должно работать в общей сети.

Второй составляющей компьютерной сети является логическая сеть. Это принцип подключения ряда компьютеров и нужного оборудования в единую систему (так называемая топология компьютерных сетей). Это понятие больше применимо к локальным сетям. Именно выбранная топология подключения ряда компьютеров и будет влиять на требуемое оборудование, надежность работы сети, возможность ее расширения, стоимость работ. Сейчас наиболее широко используются такие виды топологий компьютерных сетей, как «кольцо», «звезда», а также «шина». Последняя, правда, уже практически вышла из употребления.

«Звезда», «кольцо» и «шина» – это базовые топологии компьютерных сетей.

«Звезда»

Топология компьютерных сетей «звезда» – структура, центром которой служит коммутирующее устройство. Все компьютеры подсоединены к нему отдельными линиями.

Коммутирующим устройством может быть концентратор, то есть HUB, или коммутатор. Такую топологию еще именуют «пассивной звездой». Если коммутирующим устройством выступает другой компьютер или сервер, то топология может называться «активной звездой». Именно на коммутирующее устройство поступает сигнал от каждого компьютера, обрабатывается и отправляется к другим подключенным компьютерам.

У данной топологии есть ряд достоинств. Несомненным преимуществом является то, что компьютеры не зависят друг от друга. При поломке одного из них сама сеть остается в рабочем состоянии. Также к такой сети легко можно подключить и новый компьютер. При подключении нового оборудования остальные элементы сети продолжат работать в обычном режиме. В таком виде топологии сети легко находить неисправности. Пожалуй, одно из главных достоинств «звезды» – это ее высокая производительность.

Однако при всех достоинствах имеются у такого типа компьютерных сетей и недостатки. Если выйдет из строя центральное коммутирующее устройство, то перестанет работать и вся сеть. В ней есть ограничения по подключаемым рабочим станциям. Их не может быть больше имеющегося количества портов на коммутирующем устройстве. И последний недостаток сети – ее стоимость. Требуется достаточно большое количество кабеля, чтобы подключить каждый компьютер.

«Кольцо»

Топология компьютерных сетей «кольцо» не имеет структурного центра. Здесь все рабочие станции вместе с сервером объединены в замкнутый круг. В этой системе сигнал движется последовательно справа налево по кругу. Все компьютеры являются ретрансляторами, благодаря чему маркерный сигнал поддерживается и передается дальше, пока не доходит до получателя.

Данный вид топологии также имеет и преимущества, и недостатки. Главным достоинством является то, что работа компьютерной сети остается устойчивой даже при большой загруженности. Сеть этого вида очень легко устанавливается и требует минимального количества дополнительного оборудования.

В отличие от топологии «звезда», у «кольца» к парализации работы всей системы может привести сбой работы любого подключенного компьютера. Причем выявить неисправность будет гораздо сложнее. Несмотря на легкую установку данного варианта сети, ее настройка достаточно сложна, она требует наличия определенных навыков. Еще одним недостатком такой топологии является необходимость приостановки всей сети для присоединения нового оборудования.

«Шина»

Топология компьютерных сетей «шина» сейчас встречается все реже и реже. Она состоит из единой длинной магистрали, к которой подключены все компьютеры.

В этой системе, как и в других, данные отправляются вместе с адресом получателя. Получают сигнал все компьютеры, но принимает – непосредственно адресат. Рабочие станции, соединенные топологией «шина», не могут одновременно отправлять пакеты данных. Пока один из компьютеров производит это действие, остальные ждут своей очереди. Сигналы движутся по линии в обе стороны, но когда доходят до конца, отражаются и накладываются друг на друга, угрожая слаженной работе всей системы. Существуют специальные устройства – терминаторы, предназначенные для гашения сигналов. Они устанавливаются на концах магистрали.

К достоинствам топологии «шина» можно отнести то, что устанавливается и настраивается такая сеть достаточно быстро. К тому же ее установка будет довольно дешевой. Если выйдет из строя один из компьютеров, сеть продолжит работать в обычном режиме. Подключение нового оборудования можно производить в рабочем порядке. Сеть будет функционировать.

Если поврежден центральный кабель либо перестанет работать один из терминаторов, то это приведет к остановке всей сети. Найти неисправность в такой топологии достаточно сложно. Увеличение количества рабочих станций снижает производительность сети, а также приводит к задержкам при передаче информации.

Производные топологии компьютерных сетей

Классификация компьютерных сетей по топологии не ограничивается тремя базовыми вариантами. Существуют еще такие виды топологий, как «линия», «двойное кольцо», «ячеистая топология», «дерево», «решетка», «сеть клоза», «снежинка», «полносвязная топология». Все они являются производными от базовых. Рассмотрим некоторые варианты.

Малоэффективные топологии

В полносвязной топологии все рабочие станции подключены друг к другу. Такая система достаточно громоздкая и малоэффективная. Требуется выделить линию для каждой пары компьютеров. Используется такая топология только в многомашинных комплексах.

Ячеистая топология представляет собой, по сути, урезанный вариант полносвязной. Здесь также все компьютеры подсоединены друг к другу отдельными линиями.

Наиболее эффективные топологии

Топология построения компьютерных сетей под названием «снежинка» являет собой урезанный вариант «звезды». Здесь в качестве рабочих станций выступают концентраторы, соединенные между собой по типу «звезда». Этот вариант топологии считается одним из самых оптимальных для крупных локальных и глобальных сетей.

Как правило, в крупных локальных, а также в глобальных сетях имеется огромное количество подсетей, построенных на разных типах топологий. Такой вид называется смешанным. Здесь одновременно можно выделить и «звезду», и «шину», и «кольцо».

Итак, в вышеизложенной статье были рассмотрены все основные имеющиеся топологии компьютерных сетей, применяемые в локальных и глобальных сетях, их вариации, преимущества и недостатки.

Похожие статьи

Наряду с отмеченными базовыми, на практике применяется ряд комбинированных топологий. К таковым относится, например, логическая кольцевая сеть, которая физически монтируется как соединение звездных топологий (рис. 1.13, г). Отдельные «звезды» включаются с помощью концентраторов (от англ. Hub — концентратор), которые по-русски также иногда называют «хаб». Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

Перечислим также некоторые из других комбинированных топологий:

• • топология «дерева» (или иерархическая сеть) — архитектура локальной сети, которая является идентичной звездообразной топологии, за исключением того, что в этом случае возможны ветви с множественными узлами (рис. 1.14, а)
• • смешанные топологии (meshed networks), предусматривающие связи каждого узла с более чем одним из других и варьирующиеся от полносвязного графа (рис. 1.14, б) до различных вариантов неполных связей (рис. 1.14, в);
• • топология коммутируемой сети (Switched fabric, буквально — «переключательная ткань»), при которой устройства соединяются друг с другом через коммутаторы (switches)

Рис. 1.14. Примеры комбинированных топологий сетей: а — дерево; б — полносвязный граф; в — неполносвязный граф (meshed network); г — коммутируемая сеть (Switched fabric)

и которая используется обычно в сетях хранения данных и других высокоскоростных соединениях, включая Fibre Channel и InfiniBand (рис. 1.14, г). Сети Switched fabric отличаются от обычных сетей иерархического переключения (например, Ethernet) тем, что в ней поддерживаются избыточные связи между устройствами, формируя сеть смешанной топологии, в которой устройства находятся в соответствующих ячейках.

Эти топологии — логические архитектуры, а конфигурация, по которой устройства физически соединяются, может иметь смешанную топологию. Например, звездообразно-шинная сеть lOBaseT Ethernet обычно основывается на высокоскоростной магистрали, которая подсоединяется к звездообразным сегментам с более медленной скоростью передачи.

Из трех наиболее распространенных типов локальной сети шинную топологию использует стандартный Ethemet/IEEE 802.3, кольцевую — Fibre Distributed Data Interface (FDDI) и Token Ring/IEEE 802.5.

Используемые источники:

• http://www.leksa.net/2006/topologii-lvs/
• https://www.syl.ru/article/188768/new_topologiya-kompyuternyih-setey-klassifikatsiya-kompyuternyih-setey-po-topologii
• https://studref.com/641525/informatika/kombinirovannye_topologicheskie_resheniya