Топологія побудови мереж. Топології локальних мереж. Топологія мережі: типи

Існують п'ять основних топологій (рис. 4.1):

загальна шина (Bus);

кільце (Ring);

зірка (Star);

деревоподібна (Tree);

ячеистая (Mesh).

Мал. 4.14 Типи топології

Загальна шина

Загальна шина це тип мережевий топології, в якій робочі станції розташовані вздовж однієї ділянки кабелю, званого сегментом.

Мал. 4.15 Топологія Загальна шина

топологія Загальна шина(Рис. 4.2) припускає використання одного кабелю, до якого підключаються всі комп'ютери мережі. Що стосується топології Загальна шинакабель використовується усіма станціями почергово. Приймаються спеціальні заходи для того, щоб при роботі із загальним кабелем комп'ютери не заважали один одному передавати і приймати дані. Всі повідомлення, що посилаються окремими комп'ютерами, приймаються і прослуховуються всіма іншими комп'ютерами, підключеними до мережі. Робоча станціявідбирає адресовані їй повідомлення, користуючись адресномуінформацією. Надійність тут вище, так як вихід з ладу окремих комп'ютерів не порушить працездатність мережі в цілому. Пошук несправності в мережі утруднений. Крім того, так як використовується тільки один кабель, у разі обриву порушується робота всієї мережі. Шинна топологія - це найбільш проста і найпоширеніша топологія мережі.

Прикладами використання топології загальна шина є мережу 10Base-5 (з'єднання ПК товстим коаксіальним кабелем) і 10Base-2 (з'єднання ПК тонким коаксіальним кабелем).

Мал. 4.16 Топологія кільце

кільце -це топологія ЛВС, в якій кожна станція з'єднана з двома іншими станціями, утворюючи кільце (рис.4.3). Дані передаються від однієї робочої станції до іншої в одному напрямку (по кільцю). Кожен ПК працює як повторювач, ретранслюючи повідомлення до наступного ПК, тобто дані, передаються від одного комп'ютера до іншого нібито за естафеті. Якщо комп'ютер отримує дані, призначені для іншого комп'ютера, він передає їх далі по кільцю, в іншому випадку вони далі не передаються. Дуже просто робиться запит на всі станції одночасно. Основна проблема при кільцевій топології полягає в тому, що кожна робоча станція повинна активної участі в пересилання інформації, і в разі виходу з ладу хоча б однієї з них, вся мережа паралізується. Підключення нової робочої станції вимагає короткострокового вимикання мережі, тому що під час установки кільце повинне бути розімкнутими. топологія кільцемає добре передбачуваний час відгуку, яке визначається числом робочих станцій.

Чистий кільцева топологія використовується рідко. Замість цього кільцева топологія грає транспортну роль в схемі методу доступу. Кільце описує логічний маршрут, а пакет передається від однієї станції до іншої, роблячи у результаті повний коло. У мережах TokenRingкабельная гілка з центрального концентратора називається MAU (MultipleAccessUnit). MAU має внутрішнє кільце, що з'єднує всі підключені до нього станції, і використовується як альтернативний шлях, коли обірваний або від'єднаний кабель одним робочим станції. Коли кабель робочої станції приєднаний до MAU, він утворює розширення кільця: сигнали надходять до робочої станції, а потім повертаються назад у внутрішній кільце

зірка -це топологія ЛВС (рис.4.4), в якій всі робочі станціїприєднано до вузлу (наприклад, до концентратора), який встановлює, підтримує і розриває зв'язки між робочими станціями. Перевагою такої топології є можливість простого виключення несправного вузла. Однак, якщо несправний центральний вузол, вся мережа виходить з ладу.

У цьому випадку кожен комп'ютер через спеціальний мережевий адаптер підключається окремим кабелем до об'єднуючого пристрою. При необхідності можна об'єднувати разом кілька мереж з топологією зірка,при цьому виходять розгалужені конфігурації мережі. У кожній точці розгалуження необхідно використовувати спеціальні з'єднувачі (розподільники, повторювачі або пристрої доступу).

Мал. 4.17 Топологія зірка

Прикладом зіркоподібною топології є топологія Ethernetс кабелем типу Кручена пара10BASE-T, центром зіркизазвичай являетсяHub.

Зіркоподібна топологія забезпечує захист від розриву кабелю. Якщо кабель робочої станції буде пошкоджений, це не призведе до виходу з ладу всього сегмента мережі. Вона дозволяє також легко діагностувати проблеми підключення, тому що кожна робоча станція має свій власний кабельний сегмент, підключений до концентратора. Для діагностики досить знайти розрив кабелю, який веде до непрацюючої станції. Інша частина мережі продовжує нормально працювати.

Однак зіркоподібна топологія має і недоліки. По-перше, вона вимагає багато кабелю. По-друге, концентратори досить дороги. По-третє, кабельні концентратори при велику кількість кабелю важко обслуговувати. Однак в більшості випадків в такій топології використовується недорогий кабель типу кручена пара. У деяких випадках можна навіть використовувати існуючі телефонні кабелі. Крім того, для діагностики і тестування вигідно збирати все кабельні кінці у одному місці. У порівнянні з концентратораміArcNetконцентраториEthernetі MAUTokenRingдостаточно дороги. Нові подібні концентратори містять у собі кошти тестування і діагностики, що робить їх ще більш дорогими.

Термін «топологія» має досить багато значень, одне з яких застосовується в комп'ютерному світі для опису мереж. Що таке топологія далі і буде розглянуто. Але, трохи забігаючи вперед, в найпростішому випадку це поняття можна розглядати як опис конфігурації (розташування) комп'ютерів, підключених до мережі. Іншими словами, все зводиться до розуміння навіть не самих сполук, а геометричних фігур, Які відповідають кожному типу розташування терміналів.

Що розуміється під топологією локальної мережі?

Як уже зрозуміло, комп'ютери, що об'єднуються в єдині мережі, підключаються до них не хаотично, а в суворо визначеному порядку. Для опису цієї схеми і було введено розуміння топології.

По суті, що таке топологія? Карта, схема, діаграма, карта. Описовий процес, як вже зрозуміло, в чомусь схоже на елементарним знанням по геометрії. Однак тільки чисто з геометричної точки зору цей термін розглядати не можна. оскільки мова йде не тільки про підключення, а ще й про передачу інформації, в зв'язку з цим слід враховувати і цей фактор.

Основні види мереж і їх топологій

Взагалі, єдиного поняття комп'ютерної топології не існує. Прийнято вважати, що може бути кілька видів топологій, в сукупності описують ту чи іншу організацію мережі. Власне, і мережі можуть бути абсолютно різними.

Наприклад, найпростішою формою організації з'єднання декількох комп'ютерних терміналів в єдине ціле можна назвати локальну мережу. Існують ще проміжні типи мереж (міські, регіональні і т. Д.).

Нарешті, найбільш великим є глобальні мережі, які зачіпають великі географічні регіони і включають в себе всі інші типи мереж, а також комп'ютери та телекомунікаційне обладнання.

Але що розуміється під топологією локальної мережі, як однієї з найбільш простих форм організації з'єднання декількох комп'ютерів між собою, в даному випадку?

За ознакою описуваних процесів і структур їх поділяють на кілька типів:

фізична - опис реально існуючої структури розташування комп'ютерів і вузлів мережі з урахуванням зв'язків між ними;
логічна - опис проходження сигналу по мережі;
інформаційна - опис руху, напрямки та перенаправлення даних усередині мережі;
управління обміном - опис принципу використання або передачі прав на користування мережею.

Топологія мережі: типи

Тепер кілька слів про загальноприйнятою класифікацією типів топологій зі зв'язків. В контексті того, що таке топологія, окремо варто відзначити ще один тип класифікації, що описує виключно спосіб підключення комп'ютера до мережі або принципу його взаємодії з іншими терміналами або основними вузлами. В цьому випадку актуальними стають поняття полносвязанной і неполносвязанной топологій.

Полносвязанная структура (і це визнано в усьому світі) є надзвичайно громіздкою через те, що кожен одиничний термінал, що входить в єдину мережеву структуру, Пов'язаний з усіма іншими. Незручність в даному випадку полягає в тому, що для кожного комп'ютера необхідно встановлювати додаткове обладнання зв'язку, а сам термінал повинен бути оснащений досить великою кількістю комунікаційних портів. І як правило, такі структури якщо і застосовуються, то вкрай рідко.

Неполносвязанная топологія в цьому плані виглядає набагато краще, оскільки кожен окремо взятий термінал не з'єднує з усіма іншими комп'ютерами, а отримує або передає інформацію через певні мережеві вузли або звертається безпосередньо до центрального концентратора або хабу. Яскравий тому приклад - топологія мережі «зірка».

Оскільки мова зайшла про основні методи об'єднання терміналів в єдине ціле (мережа), слід зупинитися на основних топологиях всіх основних типів, серед яких головними є «шина», «зірка» та «кільце», хоча існують і деякі змішані типи.

Топологія мережі «шина» (bus)

Даний тип об'єднання терміналів в мережу є досить популярним, хоча і має досить серйозні недоліки.

Розглянути, що собою являє топологія «шина», можна на простому прикладі. Уявіть собі кабель з декількома відгалуженнями по обидва боки. На кінці кожного такого відгалуження знаходиться комп'ютерний термінал. Між собою вони безпосередньо не пов'язані, а інформацію отримують і передають через єдину магістраль, на обох кінцях якої встановлені спеціальні термінатори, що перешкоджають відображенню сигналу. Це стандартна лінійна топологія мережі.

Перевага такого з'єднання полягає в тому, що довжина основної магістралі істотно зменшується, і вихід одиничного терміналу з ладу на роботу мережі в цілому не робить ніякого впливу. Головним же недоліком є \u200b\u200bте, що при порушеннях в роботі самої магістралі, непрацездатною виявляється вся мережа. До того ж топологія «шина» обмежена в кількості підключаються робочих станцій і має досить низькою продуктивністю через розподілу ресурсів між всіма терміналами в мережі. Розподіл може рівномірним або нерівномірним.

Топологія «зірка» (star)

Топологія мережі «зірка» в деякому сенсі нагадує «шину», з тією лише різницею, що підключення всіх терміналів проводиться не до єдиної магістралі, а до центрального розподільного пристрою (концентратор, хаб).

Якраз через концентратор всі комп'ютери можуть взаємодіяти між собою. Інформація передається з хаба на всі пристрої, але приймається, тільки тими, яким вона призначається. До переваг такого підключення відносять можливість всіма терміналами мережі, а також підключення нових. Однак, як і у випадку з «шиною», вихід з ладу центрального комутуючого пристрою чреватий наслідками для всієї мережі.

Топологія «кільце» (ring)

Нарешті, перед нами ще один тип з'єднання - кільцева топологія мережі. Як, напевно, вже зрозуміло з назви, підключення комп'ютерів здійснюється послідовно від одного до іншого через проміжні вузли, в результаті чого і утворюється замкнене коло (природно, коло в даному випадку - поняття умовне).

При передачі інформація з початкової точки проходить через всі термінали, які стоять перед кінцевим одержувачем. Але розпізнавання кінцевого бенефіціара проводиться на основі маркерного доступу. Тобто інформацію отримує тільки позначений в інформаційному потоці термінал. Така схема практично ніде не використовується в силу того, що вихід з ладу одного комп'ютера автоматично тягне за собою порушення в роботі всієї мережі.

Ніздрювата і змішана топологія

Цей тип підключень можна отримати, якщо прибрати з вищенаведених сполук деякі зв'язку або додати їх додатково. У більшості випадків така схема використовується в великих мережах.

У зв'язку з цим можна визначити кілька основних похідних. Найпоширенішими вважаються схеми типу «подвійне кільце», «дерево», «грати», «сніжинка», «мережа Клоза» і т. Д. Як можна бачити навіть з назв, все це варіації на тему основних видів з'єднань, які і взяті за основу.

Є ще і змішаний тип топології, який може об'єднувати в собі кілька інших (підмережі), згрупованих за якимось характерними ознаками.

висновок

Тепер уже, напевно, зрозуміло, що таке топологія. Якщо зробити якийсь загальний підсумок, дане поняття являє собою опис способів з'єднання комп'ютерів в мережі і взаємодії між ними. Як це робиться, залежить виключно від методу об'єднання терміналів в одне ціле. І сказати, що сьогодні можна виділити якийсь один універсальний варіант підключення, не можна. У кожному конкретному випадку і в залежності від потреб може використовуватися той чи інший тип підключень. Але в локальних мережах, якщо говорити саме про них, найбільш поширеною є схема «зірка», хоча і «шина» все ще використовується досить широко.

Залишається додати, що в можна зустріти ще поняття централізації і децентралізації, але вони здебільшого пов'язані не з підключеннями, а з системою управління мережевими терміналами та здійсненням контролю над ними. Централізація явно виражена в підключеннях типу «зірка», але для цього типу може бути застосована і децентралізація, що забезпечує введення додаткових елементів з метою підвищення надійності мережі при виході центрального комутатора з ладу. досить ефективної розробкою в цьому плані є схема «гіперкуб», однак вона досить складна в розробці.

Термін «топологія» характеризує фізичне розташування комп'ютерів, кабелів та інших компонентів мережі.

Топологія - це стандартний термін, який використовується професіоналами при описі основний компонування мережі.

Крім терміна «топологія», для опису фізичної компонування вживають також наступне:

Фізичне розташування;

компонування;

діаграма;

Топологія мережі зумовлює її характеристики. Зокрема вибір тієї чи іншої топології впливає на:

склад необхідного мережевого обладнання;

характеристики мережевого обладнання;

можливості розширення мережі;

спосіб управління мережею.

Щоб спільно використовувати ресурси або виконувати інші мережеві завдання, комп'ютери повинні бути підключені один до одного. Для цієї мети в більшості випадків використовується кабель (рідше - бездротові мережі - інфрачервоне обладнання). Однак, просто підключити комп'ютер до кабелю, що з'єднує інші комп'ютери, недостатньо. Різні типи кабелів у сполученні з різними мережними платами, мережними операційними системами та іншими компонентами вимагають і різного взаємного розташування комп'ютерів.

Кожна топологія мережі накладає ряд умов. Наприклад, вона може диктувати не тільки тип кабелю, а й спосіб його прокладки.

базові топології

зірка (star)
кільце (ring)

Якщо комп'ютери підключені уздовж одного кабелю, топологія називається шиною. У тому випадку, коли комп'ютери підключені до сегментів кабелю, що виходить з однієї точки, або концентратора, топологія називається зіркою. Якщо кабель, до якого підключені комп'ютери, замкнутий в кільце, така топологія зветься кільця.

Шина.

Топологію «шина» часто називають «лінійної шиною» (linerbus). Дана топологія відноситься до найбільш простим і широко поширеним топологиям. У ній використовується один кабель, іменований магістраллю або сегментом, уздовж якого підключені всі комп'ютери мережі.

У мережі з топологією «шина» комп'ютери адресують дані конкретного комп'ютера, передаючи їх по кабелю у вигляді електричних сигналів.

Дані у вигляді електричних сигналів передаються всім комп'ютерам в мережі; проте інформацію приймає той, адреса якого збігається з адресою одержувача, зашифрованого в цих сигналах. Причому в кожен момент часу, тільки один комп'ютер може вести передачу.

Так, як дані в мережу передаються лише одним комп'ютером, її продуктивність залежить від кількості комп'ютерів, підключених до шини. Чим їх більше, тим повільніше працює мережа. Шина - пасивна топологія. Це означає, що комп'ютери тільки «слухають» передані по мережі даних, але не переміщують їх від відправника до одержувача. Тому, якщо один з комп'ютерів вийде з ладу, це не позначиться на роботі інших. У цій топології дані поширюються по всій мережі - від одного кінця кабелю до іншого. Якщо не вживати ніяких дій, то сигнали, досягнувши кінця кабелю будуть відображатися і це не дозволить іншим комп'ютерам здійснювати передачу. Тому, після того, як дані досягнуть адресата, електричні сигнали необхідно погасити. Для цього на кожному кінці кабелю в мережі з топологією «шина» встановлюють термінатори (terminators) (які ще називають заглушками) для поглинання електричних сигналів.

Переваги: \u200b\u200bвідсутність додаткового активного обладнання (наприклад повторителей) робить такі мережі простими і недорогими.

Схема лінійної топології локальної мережі

Однак, недолік лінійної топології полягає в обмеженнях за розміром мережі, її функціональності і розширюваності.

кільце

При кільцеподібної топології кожна робоча станція з'єднується з двома найближчими сусідами. Такий взаємозв'язок утворює локальну мережу у вигляді петлі або кільця. Дані передаються по колу в одному напрямку, а кожна станція грає роль повторювача, який приймає і відповідає на адресовані йому пакети і передає інші пакети наступної робочої станції «вниз». В оригінальній кільцеподібної мережі всі об'єкти підключалися один до одного. Таке підключення повинно було бути замкнутим. На відміну від пасивної топології «шина», тут кожен комп'ютер виступає в ролі репітори, посилюючи сигнали і передаючи їх наступному комп'ютера. Перевага такої топології було передбачуване час реагування мережі. Чим більше пристроїв знаходилося в кільці, тим довше мережу реагувала на запити. Найбільш істотний її недолік полягає в тому, що при виході з ладу хоча б одного пристрою відмовлялася функціонувати вся мережа.

Один з принципів передачі даних по кільцю носить назву передачі маркера.Суть його така. Маркер послідовно, від одного комп'ютера до іншого, передається до тих пір, поки його не отримає той, який хоче передати дані. Передавальний комп'ютер змінює маркер, поміщає електронну адресу в дані і посилає їх по кільцю.

Таку топологію можна поліпшити, підключивши всі мережеві пристрої через концентратор(Hubпристрій, що з'єднують інші пристрої). Візуально «підправлене кільце фізично кільцем вже не є, але в подібній мережі дані все одно передаються по колу.

На малюнку суцільними лініями позначені фізичні з'єднання, а пунктирними - напрямки передачі даних. Таким чином, подібна мережа має логічну кольцевидную топологію, тоді як фізично являє собою зірку.

зірка

При топології «зірка» всі комп'ютери за допомогою сегментів кабелю підключаються до центрального компоненту, що має концентратор. Сигнали від передавального комп'ютера надходять через концентратор до всіх інших. У мережах з топологією «зірка» підключення кабелю і керування конфігурацією мережі централізовані. Але є і недолік: оскільки всі комп'ютери підключені до центральної точки, для великих мереж значно збільшується витрата кабелю. До того ж якщо центральний компонент вийде з ладу, порушиться робота всієї мережі.

Перевага: якщо порушиться робота в одному комп'ютері або вийде з ладу кабель, що з'єднує один комп'ютер, то тільки цей комп'ютер не зможе отримувати і передавати сигнали. На інші комп'ютери в мережі це не вплине. Загальна швидкість роботи мережі обмежується тільки пропускною спроможністю концентратора.

Зіркоподібна топологія є домінуючою в сучасних локальних мережах. Такі мережі досить гнучкі, легко розгортаються і відносно недорогі в порівнянні з більш складними мережами, в яких строго фіксуються методи доступу пристроїв до мережі. Таким чином, «зірки» витіснили застарілі і рідко використовуються лінійні і кільцеподібні топології. Більш того, вони стали перехідною ланкою до останнього виду топології - комутованою зіроке.

Комутатор - це багатопортовий активне мережеве пристрій. Комутатор «запам'ятовує» апаратні (або MAC-MediaAccessControl) адреси підключених до нього пристроїв і створює тимчасові шляху від відправника до одержувача, за якими і передаються дані. У звичайної локальної мережі з коммутіроуемой топологією передбачено кілька з'єднань з комутатором. Кожен порт і пристрій, який до нього підключено, має свою власну пропускну спроможність (швидкість передачі даних).

Комутатори можуть значно поліпшити продуктивність мереж. По-перше, вони збільшують загальну пропускну здатність, яка доступна для даної мережі. Наприклад в 8-ми потровом комутаторі може бути 8 окремих з'єднань, що підтримують швидкість до 10 Мбіт / с кожне. Відповідно пропускна здатність такого пристрою - 80Мбіт / с. Перш за все комутатори збільшують продуктивність мережі, зменшуючи кількість пристроїв, які можуть заповнити всю пропускну здатність одного сегмента. В одному такому сегменті міститься тільки два пристрої: мережевий пристрій робочої станції і порт комутатора. Таким чином за смугу пропускання в 10 Мбіт / с можуть «змагатися» всього два пристрої, а не вісім (при сіпользованіі звичайного 8-портового концентратора, який не передбачає такого поділу смуги пропускання на сегменти).

У висновку слід сказати що розрізняють топологію фізичних зв'язків (фізична структура мережі) і топологію логічних зв'язків (логічну структуру мережі)

конфігурація фізичних зв'язківвизначається електричними з'єднаннями комп'ютерів і може бути представлена \u200b\u200bу вигляді графа, вузлами якого є комп'ютери і комунікаційне обладнання, а ребра відповідають відрізкам кабелю, що зв'язує пари вузлів.

логічні зв'язкиявляють собою шляху проходження інформаційних потоків по мережі, вони утворюються шляхом відповідного налаштування комунікаційного обладнання.

У деяких випадках фізична і логічна топології збігаються, а іноді не збігаються.

Мережа показана на малюнку являє собою приклад розбіжності фізичної і логічної топології. Фізично комп'ютери з'єднані по топології загальна шина. Доступ же до шини відбувається не по алгоритму випадкового доступу, а шляхом передачі токена (маркер) в кільцевому порядку: від комп'ютера А - комп'ютеру В, від комп'ютера В - комп'ютеру С і т.д. Тут порядок передачі токена вже не повторює фізичні зв'язки, а визначається логічним конфигурированием мережевих адаптерів. Ніщо не заважає налаштувати мережеві адаптери і їх драйвери так, щоб комп'ютери утворили кільце в іншому порядку, наприклад В, А, С ... При цьому фізична структура не змінюється.

Бездротові мережі.

Словосполучення «бездротова середовище» може ввести в оману, оскільки означає повну відсутність проводів в мережі. Насправді ж зазвичай бездротові компоненти взаємодіють з мережею, в якій - як середовище передачі - використовується кабель. Така мережа зі змішаними компонентами називається гібридної.

Залежно від технології бездротові мережі можна розділити на три типи:

локальні обчислювальні мережі;

розширені локальні обчислювальні мережі;

мобільні мережі (переносні комп'ютери).

Способи передачі:

інфрачервоне випромінювання;

радіопередача у вузькому спектрі (одночастотних передача);
радіопередача в розсіяному спектрі.

Крім цих способів передачі та отримання даних можна використовувати мобільні мережі, пакетне радіо з'єднання, стільникові мережі та мікрохвильові системи передачі даних.

В даний час офісна мережа - це не просто з'єднання комп'ютерів між собою. Сучасний офіс складно уявити без баз даних в яких зберігається як фінансова звітність підприємства, так і інформація по кадрам. У великих мережах, як правило, з метою безпеки баз даних, і для збільшення швидкості доступу до них використовуються окремі сервера для зберігання баз даних. Також зараз сучасний офіс складно уявити без доступу в мережу Інтернет. варіант схеми бездротової мережі офісу зображений на малюнку

Отже зробимо висновок: майбутню мережу необхідно ретельно спланувати. Для цього слід відповісти на наступні питання:

Для чого вам потрібна мережа?

Скільки користувачів буде в вашій мережі?

Як швидко мережа буде розширюватися?

Чи потрібен для даної мережі вихід в Інтернет?

Чи необхідно централізоване управління користувачами мережі?

Після цього намалюйте на папері приблизну схему мережі. Слід не забувати про вартість мережі.

Як ми з вами визначили, топологія є найважливішим чинником поліпшення загальної продуктивності мережі. Базові топології можуть застосовуватися в будь-якій комбінації. Важливо розуміти, що сильні і слабкі сторони кожної топології впливають на бажану продуктивність мережі і залежать від існуючих технологій. Необхідно домогтися рівноваги між реальним розташуванням мережі (наприклад, в декількох будинках), можливостями використання кабелю, шляхами його прокладки і навіть його типом.

топологія локальних мереж.

Склад і конфігурація мережевої апаратури в залежності від топології мережі.

1. Поняття топології мережі

Загальна схема з'єднання комп'ютерів в локальні мережі називається топологією мережі

топологія - це фізична конфігурація мережі в сукупності з її логічними характеристиками. Топологія - це стандартний термін, який використовується при описі основний компонування мережі. Якщо зрозуміти, як використовуються різні топології, то можна буде визначити, які можливості мають різні типи мереж.

Існує два основних типи топологій:

фізична
логічна

логічна топологія описує правила взаємодії мережевих станцій при передачі даних.

фізична топологія визначає спосіб з'єднання носіїв даних.

Термін "топологія мережі" характеризує фізичне розташування комп'ютерів, кабелів та інших компонентів мережі. Топологія фізичних зв'язків може приймати різні «геометричні» форми, при цьому суттєвим є не геометричне розташування кабелю, а лише наявність зв'язку між вузлами (замкнутість / незамкнутість, наявність центру і т.д.).

Топологія мережі зумовлює її характеристики.

Вибір тієї чи іншої топології впливає на:

склад необхідного мережевого обладнання
характеристики мережевого обладнання
можливості розширення мережі
спосіб управління мережею

Конфігурація мережі може бути або децентралізованої (коли кабель "оббігає" кожну станцію в мережі), або централізованої (коли кожна станція фізично підключається до деякого центрального пристрою, що розподіляє фрейми і пакети між станціями). Прикладом централізованої конфігурації є зірка з робочими станціями, розташованими на кінцях її променів. Децентралізована конфігурація схожа на ланцюжок альпіністів, де кожен має своє становище в зв'язці, а все разом з'єднані однією мотузкою. Логічні характеристики топології мережі визначають маршрут, прохідний пакетом при передачі по мережі.

При вибірці топології потрібно враховувати, щоб вона забезпечувала надійну і ефективну роботу мережі, зручне управління потоками мережевих даних. Бажано також, щоб мережа по вартості створення і супроводу вийшла недорогий, але в той же час залишалися можливості для її подальшого розширення та, бажано, для переходу до більш високошвидкісним технологій зв'язку. Це непросте завдання! Щоб її вирішити, необхідно знати, які бувають мережеві топології.

За топології зв'язків розрізняють:

мережі з топологією "загальна шина (шина)";
мережі з топологією "зірка";
мережі з топологією "кільце" »;
мережі з деревоподібної топологією;
мережі зі змішаною топологією

2. Базові топології мережі

Існує три базові топології, на основі яких будується більшість мереж.

шина (bus)
зірка (star)
кільце (ring)

"Шиною" називається топологія, в якій комп'ютери підключені уздовж одного кабелю.

"Зіркою" називається топологія, в якій комп'ютери підключені до сегментів кабелю, що виходить з однієї точки, або концентратора.

"Кільцем" називається топологія, якщо кабель, до якого підключені комп'ютери, замкнутий в кільце.

Хоча самі по собі базові топології нескладні, в реальності часто зустрічаються досить складні комбінації, що поєднують властивості декількох топологій.

2.1 Топологія мережі типу "шина" (bus)

У цій топології всі комп'ютери з'єднуються один з одним одним кабелем. Кожен комп'ютер приєднується до загального кабелю, на кінцях якого встановлюються термінатори. Сигнал проходить по мережі через всі комп'ютери, відбиваючись від кінцевих термінаторів.

Схема топології мережі тип "шина"

Топологія "шина" породжується лінійної структурою зв'язків між вузлами. Апаратно така топологія може бути реалізована, наприклад, шляхом установки на центральні комп'ютери двох мережевих адаптерів. З метою запобігання відображення сигналу на кінцях кабелю повинні бути встановлені термінатори, що поглинають сигнал.

У мережі з топологією "шина" комп'ютери адресують дані конкретного комп'ютера, передаючи їх по кабелю у вигляді електричних сигналів - апаратних MAC-адрес. Щоб зрозуміти процес взаємодії комп'ютерів по шині, потрібно усвідомити такі поняття:

передача сигналу
відображення сигналу
термінатор

1. Передача сигналу

Дані у вигляді електричних сигналів, передаються всім комп'ютерам мережі; проте інформацію приймає тільки той, адреса якого збігається з адресою одержувача, зашифрованого в цих сигналах. Причому в кожен момент часу тільки один комп'ютер може вести передачу. Так як дані в мережу передаються лише одним комп'ютером, її продуктивність залежить від кількості комп'ютерів, підключених до шини. Чим їх більше, тобто чим більше комп'ютерів, які мають бути надіслані даних, тим повільніше мережу. Однак вивести пряму залежність між пропускною спроможністю мережі і кількістю комп'ютерів в ній не можна. Бо, крім числа комп'ютерів, на швидкодію мережі впливає безліч факторів, у тому числі:

характеристики апаратного забезпечення комп'ютерів в мережі
частота, з якою комп'ютери передають дані
тип працюють мережевих додатків
тип мережевого кабелю
відстань між комп'ютерами в мережі

Шина - пасивна топологія. Це означає, що комп'ютери тільки "слухають" передаються по мережі дані, але не переміщують їх від відправника до одержувача. Тому, якщо один з комп'ютерів вийде з ладу, це не позначиться на роботі інших. В активних топологіях комп'ютери регенерують сигнали і передають їх по мережі.

2. Відображення сигналу

Дані, або електричні сигнали, поширюються по всій мережі - від одного кінця кабелю до іншого. Якщо не вживати ніяких спеціальних дій, сигнал, досягаючи кінця кабелю, буде відображатися і не дозволить іншим комп'ютерам здійснювати передачу. Тому, після того як дані досягнуть адресата, електричні сигнали необхідно погасити.

3. Термінатор

Щоб запобігти відображення електричних сигналів, на кожному кінці кабелю встановлюють заглушки (термінатори, terminators), які поглинають ці сигнали. Всі кінці мережевого кабелю повинні бути до чого-небудь підключені, наприклад до комп'ютера або до Баррел-коннектор - для збільшення довжини кабелю. До будь-якого вільного (непідключеному ні до чого) кінця кабелю повинен бути приєднаний термінатор, щоб запобігти відображення електричних сигналів.

установка термінатора

Порушення цілісності мережі може статися, якщо розрив мережевого кабелю відбувається при його фізичному розриві або від'єднанні одного з його кінців. Можлива також ситуація, коли на одному або декількох кінцях кабелю відсутні термінатори, що призводить до відбиття електричних сигналів в кабелі і припинення функціонування мережі. Мережа "падає". Самі по собі комп'ютери в мережі залишаються повністю працездатними, але до тих пір, поки сегмент розірваний, вони не можуть взаємодіяти один з одним.

У такій топології мережі є переваги і недоліки.

Д остоінств топології "шина":

невеликий час установки мережі
дешевизна (потрібно менше кабелю і мережевих пристроїв)
простота настройки
вихід з ладу робочої станції не відбивається на роботі мережі

недоліки топології "шина":

такі мережі важко розширювати (збільшувати число комп'ютерів в мережі і кількість сегментів - окремих відрізків кабелю, їх з'єднують).
оскільки шина використовується спільно, в кожен момент часу передачу може вести тільки один з комп'ютерів.
"Шина" є пасивною топологією - комп'ютери тільки "слухають" кабель і не можуть відновлювати затухаючі при передачі по мережі сигнали.
надійність мережі з топологією "шина" невисока. Коли електричний сигнал досягає кінця кабелю, він (якщо не прийняті спеціальні заходи) відбивається, порушуючи роботу всього сегмента мережі.

Проблеми, характерні для топології "шина", привели до того, що ці мережі зараз вже практично не використовуються.

Топологія мережі типу "шина" відома як логічна топологія Ethernet 10 Мбіт / с.

2.2 Базова топологія мережі типу "зірка" (star)

При топології "зірка" всі комп'ютери підключаються до центрального компоненту, іменованого концентратором (hub). Кожен комп'ютер під'єднується до мережі за допомогою окремого з'єднувального кабелю. Сигнали від передавального комп'ютера надходять через концентратор до всіх інших.

У «зірці» завжди є центр, через який проходить будь-який сигнал в мережі. Функції центральної ланки виконують спеціальні мережеві пристрої, причому передача сигналу в них може йти по-різному: в одних випадках пристрій направляє дані всіх вузлів, крім вузла-відправника, в інших пристрій аналізує, яким вузлу призначаються дані і направляє їх тільки йому.

Ця топологія виникла на зорі обчислювальної техніки, Коли комп'ютери були підключені до центрального, головному, комп'ютера.

Схема топології мережі типу "зірка"

перевагитипології "зірка":

вихід з ладу однієї робочої станції не відбивається на роботі всієї мережі в цілому
хороша масштабованість мережі
легкий пошук несправностей і обривів в мережі
висока продуктивність мережі (за умови правильного проектування)
гнучкі можливості адміністрування

недоліки типології "зірка":

вихід з ладу центрального концентратора обернеться непрацездатністю мережі (або сегмента мережі) в цілому
для прокладки мережі найчастіше потрібна більше кабелі, ніж для більшості інших топологій
кінцеве число робочих станцій в мережі (або сегменті мережі) обмежена кількістю портів в центральному концентраторі.

Одна з найбільш поширених топологій, оскільки проста в обслуговуванні. В основному використовується в мережах, де носієм виступає кабель кручена пара. UTP категорія 3 або 5. (Категорії кабелю «вита пара», які нумеруються від 1 до 7 і визначають ефективний частотний діапазон. Кабель вищої категорії зазвичай містить більше пар дротів і кожна пара має більше витків на одиницю довжини).

Топологія типу "зірка" знайшла своє відображення в технології Fast Ethernet6.

2.3 Базова топологія мережі типу "кільце" (ring)

При топології "кільце" комп'ютери підключаються до кабелю, замкнутому в кільце. Тому у кабелю просто не може бути вільного кінця, до якого треба підключати термінатор. Сигнали передаються по кільцю в одному напрямку і проходять через кожен комп'ютер. На відміну від пасивної топології "шина", тут кожен комп'ютер виступає в ролі репітера (повторювача), посилюючи сигнали і передаючи їх наступному комп'ютера. Тому, якщо вийде з ладу один комп'ютер, припиняє функціонувати вся мережа.

Схема мережі типу "кільце"

Функціонування замкнутої топології «кільце» засноване на передачі маркера.

Маркер - пакет даних, що дозволяє комп'ютеру передавати дані в мережу.

Маркер послідовно, від одного комп'ютера до іншого, передається до тих пір, поки його не отримає той, який "хоче" передати дані. Комп'ютер, який хотів розпочинати передачу, «захоплює» маркер, змінює його, поміщає адресу одержувача в дані і посилає їх по кільцю одержувачу.

Дані проходять через кожен комп'ютер, поки не виявляться у того, чия адреса збігається з адресою одержувача, зазначеним в даних. Після цього приймає комп'ютер посилає передавальному повідомлення, де підтверджує факт прийому даних. Отримавши підтвердження, що передає комп'ютер створює новий маркер і повертає його в мережу.

На перший погляд, здається, що передача маркера забирає багато часу, однак насправді маркер пересувається практично зі швидкістю світла. У кільці діаметром 200 метрів маркер може циркулювати з частотою 10 000 оборотів в секунду.

переваги топології "кільце":

простота установки
практично повна відсутність додаткового обладнання
можливість стійкої роботи без істотного падіння швидкості передачі даних при інтенсивній завантаженні мережі, оскільки використання маркера виключає можливість виникнення колізій.

недоліки топології "кільце":

вихід з ладу однієї робочої станції, і інші неполадки (обрив кабелю), відображаються на працездатності всієї мережі
складність конфігурації і настройки
складність пошуку несправностей

Найбільш широке застосування отримала в оптоволоконних мережах. Використовується в стандартах FDDI8, Token ring9.

3. Інші можливі мережеві топології

Реальні комп'ютерні мережі постійно розширюються і модернізуються. Тому майже завжди така мережа є гібридної, тобто її топологія представляє собою комбінацію декількох базових топологій. Легко уявити собі гібридні топології, що є комбінацією "зірки" і "шини", або "кільця" і "зірки".

3.1 Топологія мережі типу "дерево" (tree)

Топологію "дерево" (tree), можна розглядати як об'єднання декількох "зірок". Саме ця топологія сьогодні є найбільш популярною при побудові локальних мереж.

Схема топології мережі типу "дерево"

У деревовидної топології є корінь дерева, від якого виростають гілки і листя.

Дерево може бути активним або істинним і пасивним. При активному дереві в центрах об'єднання декількох ліній зв'язку перебувають центральні комп'ютери, а при пасивному - концентратори (хаби).

Малюнок 6 - Схема топології мережі типу "активне дерево"

Малюнок 7 - Схема топології мережі типу "пасивне дерево"

3.2 Комбіновані топології мережі

Досить часто застосовуються комбіновані топології, серед них найбільш поширені зоряно-шинна і зірково-кільцева.

У зірково-шинної (star-bus) топології використовується комбінація шини та пасивної зірки.

Схема комбінованої топології мережі типу "star-bus"

До концентратора підключаються як окремі комп'ютери, Так і цілі шинні сегменти. Насправді реалізується фізична топологія шина, що включає всі комп'ютери мережі. У даній топології може використовуватися і кілька концентраторів, з'єднаних між собою і утворюють так звану магістральну, опорну шину. До кожного з концентраторів при цьому підключаються окремі комп'ютери або шинні сегменти. В результаті виходить зірково-шинне дерево. Таким чином, користувач може гнучко комбінувати переваги шинної і зоряної топологій, а також легко змінювати кількість комп'ютерів, підключених до мережі. З точки зору поширення інформації дана топологія рівноцінна класичній шині.

У разі зірково-кільцевої (star-ring) топології в кільце об'єднуються не самі комп'ютери, а спеціальні концентратори, до яких в свою чергу підключаються комп'ютери за допомогою зіркоподібних подвійних ліній зв'язку.

Схема комбінованої топології мережі типу "star-ring"

Насправді все комп'ютери мережі включаються в замкнуте кільце, тому що усередині концентраторів лінії зв'язку утворюють замкнутий контур (як показано на малюнку 9). Дана топологія дає можливість комбінувати переваги зіркової та кільцевої топологій. Наприклад, концентратори дозволяють зібрати в одне місце всі точки підключення кабелів мережі. Якщо говорити про поширення інформації, дана топологія рівноцінна класичним кільцю.

3.3 "Сеточная" топологія мережі

Нарешті, слід згадати про сітчастої, або гратчастої (mesh) топології, в якій всі або багато комп'ютери та інші пристрої з'єднані один з одним безпосередньо (рисунок 10).

Малюнок 10 - Схема сіткової топології мережі

Така топологія виключно надійна - при обриві будь-якого каналу передача даних не припиняється, оскільки можливо кілька маршрутів доставки інформації. Сіткові топології (частіше за все не повні, а часткові) використовуються там, де потрібно забезпечити максимальну відмовостійкість мережі, наприклад, при об'єднанні кількох ділянок мережі великого підприємства або при підключенні до Інтернету, хоча за це, звичайно, доводиться платити: істотно збільшується витрата кабелю, ускладнюється мережеве обладнання та його налаштування.

В даний час, переважна більшість сучасних мереж використовують топологію "зірка" або гібридну топологію, що представляє собою об'єднання декількох "зірок" (наприклад, топологію типу "дерево"), і метод доступу до середовища передачі CSMA / CD (множинний доступ з контролем несучої і виявленням зіткнень).

фрагмент обчислювальної мережі

Фрагмент обчислювальної мережі включає основні типи комунікаційного устаткування, яке застосовується сьогодні для освіти локальних мереж і з'єднання їх через глобальні зв'язки один з одним. Для побудови локальних зв'язків між комп'ютерами використовуються різні види кабельних систем, мережеві адаптери, концентратори-повторювачі, мости, комутатори і маршрутизатори. Для підключення локальних мереж до глобальних зв'язків використовуються спеціальні виходи (WAN порти) мостів і маршрутизаторів, а також апаратура передачі даних по довгих лініях - модеми (при роботі по аналогових лініях) або ж пристрої підключення до цифрових каналах (TA - термінальні адаптери мереж ISDN, Пристрої обслуговування цифрових виділених каналів типу CSU / DSU і т.п.).

Комп'ютерну мережу можна розділити на дві складові. Фізична комп'ютерна мережа - це, перш за все, обладнання. Тобто всі необхідні кабелі та адаптери, під'єднані до комп'ютерів, концентраторів, комутаторів, принтерів і так далі. Все те, що повинно працювати в загальній мережі.

Другою складовою комп'ютерної мережі є логічна мережа. Це принцип підключення ряду комп'ютерів і потрібного обладнання в єдину систему (так звана топологія комп'ютерних мереж). Це поняття більше застосовно до локальних мереж. Саме обрана топологія підключення ряду комп'ютерів і буде впливати на необхідну обладнання, надійність роботи мережі, можливість її розширення, вартість робіт. Зараз найбільш широко використовуються такі види топологій комп'ютерних мереж, як «кільце», «зірка», а також «шина». Остання, щоправда, вже практично вийшла з ужитку.

«Зірка», «кільце» і «шина» - це базові топології комп'ютерних мереж.

«Зірка»

Топологія комп'ютерних мереж «зірка» - структура, центром якої є комутуючі пристрій. Всі комп'ютери підключені до нього окремими лініями.

Коммутирующим пристроєм може бути концентратор, тобто HUB, або комутатор. Таку топологію ще називають «пасивною зіркою». Якщо коммутирующим пристроєм виступає інший комп'ютер або сервер, то топологія може називатися «активної зіркою». Саме на комутуючі пристрій надходить сигнал від кожного комп'ютера, обробляється і відправляється до інших підключеним комп'ютерам.

У даній топології є ряд переваг. Безперечною перевагою є те, що комп'ютери не залежать один від одного. При поломці одного з них сама мережа залишається в робочому стані. Також до такої мережі легко можна підключити і новий комп'ютер. При підключенні нового обладнання інші елементи мережі продовжать працювати в звичайному режимі. У такому вигляді топології мережі легко знаходити несправності. Мабуть, одне з головних достоїнств «зірки» - це її висока продуктивність.

Однак при всіх перевагах є у такого типу комп'ютерних мереж і недоліки. Якщо вийде з ладу центральне комутуючі пристрій, то перестане працювати і вся мережа. У ній є обмеження по підключається робочих станцій. Їх не може бути більше наявної кількості портів на комутуючі пристрої. І останній недолік мережі - її вартість. Потрібно досить велика кількість кабелю, щоб підключити кожен комп'ютер.

«Кільце»

Топологія комп'ютерних мереж «кільце» не має структурного центру. Тут все робочі станції разом з сервером об'єднані в замкнуте коло. У цій системі сигнал рухається послідовно справа наліво по колу. Всі комп'ютери є ретрансляторами, завдяки чому маркерний сигнал підтримується і передається далі, поки не доходить до одержувача.

Даний вид топології також має і переваги, і недоліки. Головним достоїнством є те, що робота комп'ютерної мережі залишається стійкою навіть при великій завантаженості. Мережа цього виду дуже легко встановлюється і вимагає мінімальної кількості додаткового обладнання.

На відміну від топології «зірка», у «кільця» до паралізації роботи всієї системи може призвести збій роботи будь-якого підключеного комп'ютера. Причому виявити несправність буде набагато складніше. Незважаючи на легку установку даного варіанту мережі, її налаштування досить складна, вона вимагає наявності певних навичок. Ще одним недоліком такої топології є необхідність призупинення всієї мережі для приєднання нового обладнання.

«Шина»

Топологія комп'ютерних мереж «шина» зараз зустрічається все рідше і рідше. Вона складається з єдиної довгої магістралі, до якої підключені всі комп'ютери.

У цій системі, як і в інших, дані відправляються разом з адресою одержувача. Отримують сигнал все комп'ютери, але приймає - безпосередньо адресат. Робочі станції, з'єднані топологією «шина», не можуть одночасно відправляти пакети даних. Поки один з комп'ютерів виробляє це дія, інші чекають своєї черги. Сигнали рухаються по лінії в обидві сторони, але коли доходять до кінця, відображаються і накладаються один на одного, погрожуючи злагодженій роботі всієї системи. Існують спеціальні пристрої - термінатори, призначені для гасіння сигналів. Вони встановлюються на кінцях магістралі.

До переваг топології «шина» можна віднести те, що встановлюється і налаштовується така мережа досить швидко. До того ж її установка буде досить дешевою. Якщо вийде з ладу один з комп'ютерів, мережа продовжить працювати в звичайному режимі. Підключення нового обладнання можна виробляти в робочому порядку. Мережа буде функціонувати.

Якщо пошкоджений центральний кабель або перестане працювати один з термінаторів, то це призведе до зупинки всієї мережі. Знайти несправність в такій топології досить складно. Збільшення кількості робочих станцій знижує продуктивність мережі, а також призводить до затримок при передачі інформації.

Похідні топології комп'ютерних мереж

Класифікація комп'ютерних мереж по топології не обмежується трьома базовими варіантами. Існують ще такі види топологій, як "лінія", "подвійне кільце", "Mesh-мережі", "дерево", "решітка", "мережа Клоза", "сніжинка", "полносвязная топологія". Всі вони є похідними від базових. Розглянемо деякі варіанти.

малоефективні топології

У полносвязной топології все робочі станції підключені один до одного. Така система досить громіздка і малоефективна. Потрібно виділити лінію для кожної пари комп'ютерів. Використовується така топологія тільки в багатомашинних комплексах.

Mesh-мережі є, по суті, урізаний варіант повно. Тут також все комп'ютери під'єднані один до одного окремими лініями.

Найбільш ефективні топології

Топологія побудови комп'ютерних мереж під назвою «сніжинка» являє собою урізаний варіант «зірки». Тут в якості робочих станцій виступають концентратори, з'єднані між собою за типом «зірка». Цей варіант топології вважається одним з найбільш оптимальних для великих локальних і глобальних мереж.

Як правило, у великих локальних, а також в глобальних мережах є величезна кількість підмереж, побудованих на різних типах топологій. Такий вид називається змішаним. Тут одночасно можна виділити і «зірку», і «шину», і «кільце».

Отже, в вищевикладеної статті були розглянуті всі основні наявні топології комп'ютерних мереж, що застосовуються в локальних і глобальних мережах, їх варіації, переваги і недоліки.