Основные топологии вычислительных сетей

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.

Топология (конфигурация) — это способ соединения компьютеров в сеть. Тип топологии определяет стоимость, защищенность, производительность и надежность эксплуатации рабочих станций, для которых имеет значение время обращения к файловому серверу.

Понятие топологии широко используется при создании сетей. Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделение двух основных классов топологий: широковещательные и последовательные.

В широковещательных топологиях ПК передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким топологиям относятся топологии: общая шина, дерево, звезда.

В последовательных топологиях информация передается только одному ПК. Примерами таких топологий являются: произвольная (произвольное соединение ПК), кольцо, цепочка.

При выборе оптимальной топологии преследуются три основных цели:

• — обеспечение альтернативной маршрутизации и максимальной надежности передачи данных;
• — выбор оптимального маршрута передачи блоков данных;
• — предоставление приемлемого времени ответа и нужной пропускной способности.

При выборе конкретного типа сети важно учитывать ее топологию. Основными сетевыми топологиями являются: шинная (линейная) топология, звездообразная, кольцевая и древовидная.

Например, в конфигурации сети ArcNet используется одновременно и линейная, и звездообразная топология. Сети Token Ring физически выглядят как звезда, но логически их пакеты передаются по кольцу. Передача данных в сети Ethernet происходит по линейной шине, так что все станции видят сигнал одновременно.

Виды топологий.

Существуют пять основных топологий:

• — общая шина (Bus);
• — кольцо (Ring);
• — звезда (Star);
• — древовидная (Tree);
• — ячеистая (Mesh).

Общая шина.

Общая шина — это тип сетевой топологии, в которой рабочие станции расположены вдоль одного участка кабеля, называемого сегментом. Топология общая шина предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети.

В случае топологии Общая шина кабель используется всеми станциями по очереди:

• 1. При передаче пакетов данных каждый компьютер адресует его конкретному компьютеру ЛВС, 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 PC, то производительности ЛВС зависит от количества PC, 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 PC, так как на нее также влияют:

• — характеристики аппаратного обеспечения PC сети;
• — частота, с которой передают сообщения PC;
• — тип работающих сетевых приложений;
• — тип кабеля и расстояние между PC 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.

• 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 PC (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.

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 PC, терминатору или повторителю.

Разрыв сетевого кабеля или отсоединение одного из его концов приводит к прекращению функционирования сети. Сеть «падает». Сами PC сети остаются 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 PC, хотя и остаются работоспособными, но для практической работы малопригодны.

Шинная топология используется в сетях Ethernet, однако в последнее время встречается редко. Примерами использования топологии общая шина является сеть 10Base-5 (соединение ПК толстым коаксиальным кабелем) и 10Base-2 (соединение ПК тонким коаксиальным кабелем).

Кольцо.

Кольцо — это топология ЛВС, в которой каждая станция соединена с двумя другими станциями, образуя кольцо.

Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кольцу).

Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК, т. е., данные, передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете.

Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу, в ином случае они дальше не передаются. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них, вся сеть парализуется.

Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, т. к., во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Топология Кольцо имеет хорошо предсказуемое время отклика, определяемое числом рабочих станций.

Чистая кольцевая топология используется редко. Вместо этого кольцевая топология играет транспортную роль в схеме метода доступа. Кольцо описывает логический маршрут, а пакет передается от одной станции к другой, совершая в итоге полный круг.

В сетях Token Ring кабельная ветвь из центрального концентратора называется MAU (Multiple Access Unit). MAU имеет внутреннее кольцо, соединяющее все подключенные к нему станции, и используется как альтернативный путь, когда оборван или отсоединен кабель одной рабочей станции. Когда кабель рабочей станции подсоединен к MAU, он просто образует расширение кольца: сигналы поступают к рабочей станции, а затем возвращаются обратно во внутреннее кольцо.

Звезда.

Звезда — это топология ЛВС, в которой все рабочие станции присоединены к центральному узлу (например, к концентратору), который устанавливает, поддерживает и разрывает связи между рабочими станциями. Преимуществом такой топологии является возможность простого исключения неисправного узла. Однако, если неисправен центральный узел, вся сеть выходит из строя. В этом случае каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству.

При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией Звезда, при этом получаются разветвленные конфигурации сети. В каждой точке ветвления необходимо использовать специальные соединители (распределители, повторители или устройства доступа).

Примером звездообразной топологии является топология Ethernet с кабелем типа Витая пара 10BASE-T, центром Звезды обычно является Hub. Звездообразная топология обеспечивает защиту от разрыва кабеля. Если кабель рабочей станции будет поврежден, это не приведет к выходу из строя всего сегмента сети.

Она позволяет также легко диагностировать проблемы подключения, так как каждая рабочая станция имеет свой собственный кабельный сегмент, подключенный к концентратору. Для диагностики достаточно найти разрыв кабеля, который ведет к неработающей станции. Остальная часть сети продолжает нормально работать.

Однако звездообразная топология имеет и недостатки.

Во-первых, она требует много кабеля.

Во-вторых, концентраторы довольно дороги.

В-третьих, кабельные концентраторы при большом количестве кабеля трудно обслуживать. компьютер файловый сервер

Однако в большинстве случаев в такой топологии используется недорогой кабель типа витая пара. В некоторых случаях можно даже использовать существующие телефонные кабели. Кроме того, для диагностики и тестирования выгодно собирать все кабельные концы в одном месте. Сравнительные характеристики базовых сетевых топологий представлены ниже.

История неумолимо доказывает: развитие компьютерных сетей прошло семимильными шагами. Век назад Никола Тесла предсказал появление глобальных общедоступных источников информации, сто лет спустя его потомки увидели Internet. Сегодня модное недавно слово принято писать со строчной буквы. Основой интернета назовём системы связи проводного и беспроводного (радиосвязи) типа.

Компьютерная сеть — объединение вычислительных машин, обменивающихся информационными пакетами.

Исторический аспект

Появление вычислительных технологий обусловлено течением Второй мировой войны. Как это произошло с транзистором и микроволновой печью, техника военного назначения породила новые концепции, изменившие жизнь мирного населения. Уровень автоматизации позволил поручить сложные вычисления машинам. Исторически первые компьютеры-оружейные комплексы наведения первыми же и были объединены сетью (американская SAGE, советская ПРО Система А).

Терминалы

Первая цифровая техника имела тенденцию к глобализации: свои правила диктовал принцип Гроша. Рост производительности равен квадрату стоимости, ПК вдвое дороже даёт вчетверо выше скорость выполнения математических операций. Большие вычислители, более выгодные экономически, обладали неимоверными возможностями, перекрывающими способность одного оператора загрузить мощности полностью.

Поэтому компьютерный зал снабжался рядом рабочих мест-терминалов, содержащих устройства ввода (клавиатуры) и мониторы. Операторы решали служебные задачи параллельно, автоматически получая время центрального вычислительного блока. Многие откровенно полагали, что математические действия выполняют стоящие повсеместно мониторы.

Появлению ARPANET предшествовал факт первого объединения двух машин, обменивающихся пакетами информации, минуя человеческое вмешательство. Новинку быстро оценили. В 1969 году правительство США поставило задачу объединить оборонные вычислительные мощности.

Сети

В начале 80-х (XX века) компьютерные сети считали диковинкой, обжившей лаборатории разработчиков. К 1988 году — первые пташки стали верным другом студентов некоторых зарубежных ВУЗов. Середину 90-х принято считать временем вступления технологии в жизнь миллионов, даже миллиардов. Сегодня интернет стал неотъемлемой частью существования доброй половины населения планеты. Монтаж, установка, подключение пока что выполняются профессионалами. Не сложно увидеть: грядёт глобальное объединение ресурсов, где каждый желающий сможет внести вклад, собственноручно модифицируя планетарную сеть.

Эволюционно господствующей технологией передачи информации стал Ethernet, локальные сети объединены всемирной паутиной. Сказанное стало возможным благодаря двум неоспоримым преимуществам:

1. Низкая стоимость оборудования.
2. Возможность гибкой подстройки скорости передачи информации целям построения системы.

Сказанное объясняет постоянные поправки, вносимые в классификацию вопроса авторами, разработчиками. Развитие выбросило в Лету ADSL, оптическим волокном заменяют медные жилы. Повышение частоты увеличивает скорость передачи информации. Впрочем, названное достоинство используется преимущественно геймерами. Серьёзные люди довольствуются малым. Во Франции скорость 1 Мбит/с называют роскошью.

Середина нулевых годов миллениума ознаменована широким шествием беспроводных технологий протоколов 802.11. Параллельно развивались сотовые операторы. 3G, согласно заявлениям, обеспечил скорость передачи 2 Мбит/с. Группа ресурсов, превышающая указанный порог, получала маркетинговые наименования:

1. 3,5 G.
2. 3,75 G.

Сегодня МТС рекламирует 4G, Япония осваивает 5G, Тайвань полностью покрыт сетью Wi-Fi. Информационный бум, презирая океаны, сделал возможным надомное обучение произвольным профессиям. ВУЗы быстро признали факт, призрев территориальный принцип. Середину 10-х годов ознаменовало возникновение заведений, обучающих дистанционно. Существуют предпосылки дальнейшего обособления социальных ячеек с ростом независимости индивидуумов.

Виды

Выдуман миллион принципов поделить иерархические структуры цифровых мощностей. Ниже вводится ещё и понятие топологии, позволяющее продолжить ряд. Отсутствует резон приводить полный список неудобоваримых классификацией, утомляющих бессмысленностью читателя. Бытует практика различать следующие виды сетей:

1. Глобальные (всемирные).
2. Локальные.
3. Муниципальные (городские, областные).

Реально встречаются комбинированные варианты. Считаем общепринятую классификацию устаревшей, потерявшей физический смысл. Следует разделять 2 категории:

• ресурсы, наделённые доменными именами, составляющие интернет;
• прочие структурные формирования.

Рассмотрим ниже понятие доменного имени, пользуясь концепцией глобальных сетей.

Вики-классификация

Поможем желающим копать глубже – усвоить глубочайшую классификацию, созданную народными энтузиастами.

Протяжённость

• Нательная составлена имплантами и носимыми гаджетами.
• Персональная объединяет устройства одного владельца.
• Локальная ограничена пределами офиса, завода. Эксперты единогласно называют пределом протяжённости 10 км.
• Кампусная охватывает несколько близлежащих зданий.
• Городская связывает абонентов населённого пункта.
• Глобальная помогает общаться населению планеты.

Архитектура

• Серверная. Клиенты пользуются услугами центрального ресурса, заведующего правами.
• Однораноговая. Типичным примером назовём пользователей торрент-клиентов.

Топология

• Звезда.
• Кольцо.
• Шина.
• Ячейки.
• Решётка.
• Двойное кольцо.
• Дерево.
• Жирное дерево.
• Гибрид.

Среда передачи

• Проводные (медный кабель, волокно).
• Беспроводные (Wi-Fi, 3G).

Функции

• Базы данных.
• Серверы.
• Управление процессами.
• Домашние.

Скорость передачи

• Низкая скорость (<10 ит>
• Среднескоростные (10..100 Мбит/с).
• Высокоскоростные (выше 100 Мбит/с).

Операционная система сервера

• Windows.
• Cisco.
• UNIX.
• NetWare.

Особенности поддержания соединения

• Пакетная.
• Файловая.

Принцип действия глобальных сетей

Новички демонстрируют полное непонимание вопроса. Рассмотрим организацию глобальной топологии интернета.

Хостинг

Всемирная паутина образована глобальным объединением постоянно функционирующих компьютеров. Изначально это были унылые системные блоки, знакомые обывателю. Сегодня специальные компании, именуемые хостингами, предоставляют виртуальное пространство громадных серверов желающим обзавестись собственным сайтом. Услуга стоит денег.

Собственный сервер

Люди прозорливые немедля задают вопрос: почему нельзя обойти посредников, тряхнув стариной? Да, локальный системный блок по-прежнему способен выступать сервером. Важно наличие постоянного IP-адреса. Соответствующая услуга предоставляется провайдерами. Спонтанно возникает вторая проблема – обращение пользователей, использующих браузер. Разрешая буквенную комбинацию, ПК использует информацию ДНС.

ДНС-сервер

Вычислительная техника общается, используя 12-значные коды IP-адресов (всем знакомый 192.168.1.1 роутера служит неплохим примером). Позволяют получить удобную форму записи ДНС-серверы – региональные базы данных соответствия машинного представления IP удобоваримым представлениям доменов, наподобие ya.ru. Организующий собственный сервер столкнётся с необходимостью достучаться до ДНС, чтобы прописать ресурс.

Альтернативный вариант – забивать строку браузера 12-значным машинным адресом. Неудобный, но приемлемый вариант. Хозяин запускает на компьютере http-сервер, разрешая внешним посетителям смотреть контент.

Имя сайта

Узел всемирной паутины доступен через доменное имя. Название представлено иерархической структурой, включающей глобальный идентификатор страны, компании. Например, com произошло от слова коммерция. Типичные глобальные домены:

• com;
• ru, de, en…
• net.

Обычно имя сайта образовано двумя иерархическими ступенями (yandex.ru). Однако встречаем яркие исключения. Желающие подробностей вольны осмотреть бесплатные конструкторы сайтов ucoz, narod. Технически точка имени выступает корневым (главным) уровнем. Практически указанный факт лишён смыслового значения.

Приобретение имени

Услуга регистрации стоит денег. Хозяин сайта волен добавлять новые поддомены, однако на уровне нулевого и первого правом создавать новые ветви, узлы наделены специализированные организации. Каждой назначена ответственная зона (например, ru). Рядовой гражданин лишён возможности самоуправства. Желающий получить имя выполняет поэтапно шаги:

• Оценивает доступность выбранного псевдонима будущего сайта.
• Отыскивает регистратора, предлагающего застолбить имя.
• Оплачивает запрашиваемую стоимость. Домены ru обычно продляют ежегодно.

Технически отечественные имена стоят дешевле мировых втрое-вчетверо. Домены com дороже рф. Дилеры заманивают дешёвой регистрацией. Желающим продлить услугу впоследствии затягивают гайки. Общемировая практика, кстати.

Локальные сети

Разновидности структур уровня предприятия отвечают задачам организации. Каждый волен объединять собственные ПК, формируя домашнюю сеть. Иногда соседями могут оказаться клерки офисов, пространственно разделённых тысячами километров. Территориально набор ПК определяется конкретными задачами.

Сетевые интерфейсы

Физический интерфейс (порт) сформирован набором электрических микросхем, позволяя объединять отдельные вычислители. Аппаратный модуль часто называют адаптером, либо картой, согласно техническому исполнению компонента системного блока.

Доступ в интернет

Используя шлюз, администратор организует пользователям доступ в интернет. Технически шлюз может являться:

1. ПК.
2. Специализированным цифровым блоком.
3. Набором программного обеспечения.

Подробности реализации знает один администратор ресурса. Пользователям такие тонкости безразличны.

Серверные операционные системы

Локальная сеть по большей части составлена отдельными системными блоками, наделённым правами. ОС Windows (серверные варианты) предлагает использовать Active Directory. Мудрые провайдеры запускают платформы Linux. Имеется ограниченное число иных вариантов серверных операционных систем.

Важно! Отличием серверных операционных систем являются специфические возможности администрирования. Типичные пользовательские варианты Виндовс лишены оснастки Active Directory.

Цель объединения ПК

Посредством объединения пользовательских машин администратор:

1. Централизуют установку, обновление программного обеспечения.
2. Задаёт права доступа юзерам.
3. Делает общедоступным ресурсы (принтеры, МФУ, разделы жёстких дисков).

Поддерживая возможности локальных объединений, фирмы, выпускающие ПО, создают групповые версии компиляторов языков программирования, текстовых редакторов, пакетов создания графики, формируя мощный подраздел в компьютерной индустрии.

Топологии

Совместное использование вычислительных мощностей требует выбора топологии. То есть, способа организации сети. Создатели Википедии вводят понятие графа – термина малознакомого населению, создатели сетей употребляют математические названия. Ниже приведены некоторые.

Мы предпочитаем определение паутины, где узлами выступают персональные компьютеры, маршрутизаторы, прочее оборудование, а нитями – физические каналы передачи информации (кабель, эфир).

Полносвязная

Между каждой парой рабочих мест существует канал передачи информации. Подвидом полносвязной считают и ячеистую: часть каналов отсутствует. Потребность в обилии интерфейсов ввода-вывода стала чертой, перечеркнувшей возможность практического использования концепции.

Шина

Единственный центральный информационный кабель питает информацией физически равноценные ветви, увенчанные каждая компьютером пользователя. Противоположные концы шины оканчиваются гасителями сигнала-терминаторами. Передача информации требует наличия специального программного обеспечения, поскольку серверы отсутствуют. Некому формировать html-страницы, прочий сетевой контент.

Протяжённость ограничена. Для технологии Ethernet 10BASE-2 длина участка составляет 185 метров. Проблему решают использованием повторителей, концентраторов, хабов. Недостатки:

• Повреждение кабеля, повторителя, терминатора вызывает неработоспособность системы.
• Усложнён поиск неисправностей.
• Рост числа рабочих станций снижает скорость обмена пакетами.

Среди достоинств эксперты называют:

• Простоту развёртки.
• Дешевизну.
• Отказоустойчивость, независимость рабочих станций.

Кольцо

Набор ПК образует замкнутую структуру, каждая машина получает строго двух соседей. Информация передаётся как бы по кольцу. Несомненным достоинством становится наличие резерва – возможность передать пакет по, против часовой стрелки. Топология требует наличия двух интерфейсов. Проблема решаема устранением резервного направления.

Иногда кольцо дублирует, повышая отказоустойчивость.

Кольцевая топология

Внимание! Token ring 802.5 (звезда) не использует топологию кольца на первом слое протокола. Логически производится имитация замкнутого контура слоем 2. Именно эта технология IBM предотвращает коллизии. Типичное кольцо лишено указанного преимущества.

Рабочая станция ретранслирует чужие пакеты. Однонаправленное кольцо теряет работоспособность при поломке любой рабочей станции. Дублированное кольцо строится на интерфейсе FDDI. Преимущества:

• Относительное равноправие, упрощающее захват маркера (token).
• Обгоняет шину производительностью при плотной загрузке.
• Отсутствует потребность в наличии центрального узла-концентратора.
• Простота добавления/исключения узлов, конфигурирования оборудования.
• Точечная адресация позволяет быстро выявить неисправный узел (для дублированных вариантов).

Недостатки:

• Проблему отказа рабочей станции обходят использованием двунаправленного кольца.
• Изменение конфигурации системы опционально вызывает необходимость абонентам переждать технические работы.
• Полоса пропускания делится меж устройствами.
• Уступает простой настройки звезде.
• Лаги пропорциональны числу абонентов.

Заблуждение:

• Маркер (token) нельзя назвать субъективной чертой топологии кольца. Технология реализуема звездой, шиной.

Звезда

Единственный центральный узел-концентратор испускает множество лучей. Типичным примером звезды выступает домашний роутер, выделяющий индивидуальные каналы абонентам. Доминирование де-факто объясняют снижением стоимость концентраторов, роутеров. Преимущества:

• Независимость рабочих станций.
• Безболезненное добавление/устранение абонентов.

Минусы:

• Многочисленные кабели.
• Отказ концентратора вызывает неработоспособность.

Дерево

Реальная конфигурация абонентской сети чаще напоминает иерархическую звезду концентраторов: один вход, множество выходов, уровень постепенно понижается, достигая квартиры клиента провайдера. Профессионалы договорились называть означенную топологию деревом. Пропускная способность линий эквивалентна.

Топология сети Дерево

Утолщённое дерево

Термин введён Чарльзом Лейсерсоном (Технологический институт Массачусетса) в 1985 году. Отличается наличием дополнительных связей, ускоряющих передачу информации близ вершины. Выше уровень иерархии – больше пропускная способность линии.

Потребность модифицировать дерево обусловили высокие мощности суперкомпьютеров наподобие Жёлтого камня, Тианхи-2, Мейко Саентифик, Крэй Х2. Вычислительная оборонная система Меркурий (Массачусетс) поныне использует жирное дерево. Особенно хорошо топология показала себя при выполнении быстрого преобразования Фурье распределительными вычислительными системами.

В августе 2008 года топологии усовершенствовали учёные Университета Калифорнии. Результат, согласно классификации экспертов, больше напоминает сеть Клоза (1953 год). Многоярусная система выигрывает в производительности за счёт внедрения перекрёстных связей между этажами.

Решётка

Основа представлена правильной сеткой. Каждый ПК имеет строго двух соседей в одном или нескольких направлениях. Общее число контактов – 2, 4, 6, 8… Одномерная замкнутая решётка становится кольцом. Системы FDDI используют два противоположно направленных дублирующих друг друга кольца, повышая надёжность. Многомерная топология подобного рода формирует тор. Наличие двух узлов вдоль каждого измерения тороидальной сети формирует гиперкуб.

Параллельный кластер многоядерных процессоров часто образует регулярные структуры:

• граф де Брейна;
• гиперкуб;
• гипердерево;
• утолщённое дерево;
• тор.

Топология сети Решётка

Точка-точка

Простейшая структура, сформированная двумя рабочими станциями. Типичное решение традиционной проводной телефонии.

Классификация топологий

Следует отметить важный факт: топология топологии рознь, бывают:

• физическая;
• логическая (см. выше пример Token ring);
• информационная;
• управления обменом.

Сказанное означает: единственный физический канал может использоваться различным образом.

Уровни сети

Создатели стандартов, обобщая опыт проектирования, сумели выделить основные уровни сети. Бывают, начиная нижним:

1. Физический. Непосредственно кабели, эфир.
2. Канальный. Ступень mac-адреса оборудования.
3. Сетевой. Трансляция логических адресов в физические.
4. Транспортный. Задействует адресата/получателя пакета.
5. Сеансовый.
6. Представления информации.
7. Прикладной. Непосредственно виден пользователю.

Используемые источники:

• http://www.leksa.net/2006/topologii-lvs/
• https://studwood.ru/1722083/informatika/osnovnye_topologii_vychislitelnyh_setey
• https://setinoid.ru/types/kompyuternye-seti