Если у вас возникли сложности с курсовой, контрольной, дипломной, рефератом, отчетом по практике, научно-исследовательской и любой другой работой - мы готовы помочь.
Предоплата всего
Подписываем
PAGE 1
Лекционный курс в 9 семестре для специальности 7.091501
1.2. Базовые топологии ЛВС
1.2. Базовые топологии ЛВС
Термин «топология», или «топология сети», характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология — это стандартный термин, который используется профессионалами при описании основной компоновки сети. Кроме термина «топология», для описания физической компоновки употребляют также следующие термины:
Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет:
Чтобы реализовать совместное использование сетевых ресурсов или решать другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу с помощью кабеля или беспроводной среды передачи.
Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, не достаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.
Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки. Топология может также определять способ взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют различные методы взаимодействия, и эти методы оказывают большое влияние на сеть.
Все сети строятся на основе трех базовых топологий:
Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля (сегмента (segment)), то топология называется шиной. В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора, топология называется звездой. Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо, такая топология носит название кольца.
Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.
Шинная топология часто применяется в небольших, простых или временных сетевых инсталляциях. Организация сети с шинной топологией представлена на рис. 1.6.
Рис. 1.6. Компьютерная сеть с шинной топологией
В типичной сети с шинной топологией кабель содержит одну или более пар проводников, а активные схемы усиления сигнала или передачи его от одного компьютера к другому отсутствуют. Таким образом, шинная топология является пассивной. Когда одна машина посылает сигнал по кабелю, все другие узлы получают эту информацию, но только один из них (адрес, которого совпадает с адресом, закодированным в сообщении) принимает ее. Остальные сообщение не воспринимают.
В каждый момент времени отправлять сообщение может только один компьютер, поэтому число подключенных к сети машин значительно влияет на ее быстродействие. Перед передачей данных компьютер должен ожидать освобождения шины. Указанные факторы действуют также в кольцевой и звездообразной сетях.
Еще одним важным фактором является оконечная нагрузка. Поскольку шинная топология является пассивной, электрический сигнал от передающего компьютера свободно путешествует по всей длине кабеля. Без оконечной нагрузки сигнал достигает конца кабеля, отражается и идет в обратном направлении. Такое эхо отражение и путешествие сигнала туда и обратно по кабелю называется зацикливанием (ringing). Для предотвращения подобного явления к обоим концам кабельного сегмента подключается оконечная нагрузка (терминаторы). Терминаторы поглощают электрический сигнал и предотвращают его отражение. В сетях с шинной топологией кабели нельзя оставлять без оконечной нагрузки.
Примером недорогой сети с шинной топологией является Ethernet 10Base2 (такую сеть называют также «тонкой» Ethernet).
Если в сети с шинной топологией возникают проблемы, убедитесь, что к кабелю подключена оконечная нагрузка. В сетях без оконечной нагрузки появляются частые ошибки, в результате сети становятся неуправляемыми.
Шинная топология обладает несколькими преимуществами:
Шинная топология обычно имеет следующие недостатки:
В топологии типа "звезда" все кабели идут к компьютерам от центрального узла, где они подключаются к концентратору (hub). Такая топология представлена на рис. 1.7.
Рис.1.7. Сеть со звездообразной топологией
Звездообразная топология применяется в сосредоточенных сетях, в которых конечные точки достижимы из центрального узла. Она хорошо подойдет в тех случаях, когда предполагается расширение сети и требуется высокая надежность.
Каждый компьютер в сети с топологией типа «звезда» взаимодействует с центральным концентратором, который передает сообщение всем компьютерам (в звездообразной сети с широковещательной рассылкой) или только компьютеру-адресату (в коммутируемой звездообразной сети).
Активный концентратор регенерирует электрический сигнал и посылает его всем подключенным компьютерам. Такой тип концентратора часто называют многопортовым повторителем (multiport repeater). Для работы активных концентраторов и коммутаторов требуется питание от сети. Пассивные концентраторы, например коммутационная кабельная панель или коммутационный блок, действуют как точка соединения, не усиливая и не регенерируя сигнал. Электропитания такие устройства не требуют.
Для реализации сети с топологией типа «звезда» можно применять несколько типов кабелей. Гибридный концентратор позволяет использовать в одной звездообразной сети разные типы кабелей.
Расширять звездообразную сеть можно путем подключения вместо одного из компьютеров еще одного концентратора и подсоединения к нему дополнительных машин. Гибридная звездообразная сеть имеет несколько центральных точек с соединениями по типу «звезда» (см. рис.1.8).
Перечислим некоторые преимущества сети со звездообразной топологией:
1. Такая сеть допускает простую модификацию и добавление компьютеров, не нарушая остальной ее части. Достаточно проложить новый кабель от компьютера к центральному узлу и подключить его к концентратору. Если возможности центрального концентратора будут исчерпаны, следует заменить его устройством с большим числом портов.
2. Центральный концентратор звездообразной сети удобно использовать для диагностики. Интеллектуальные концентраторы (устройства с микропроцессорами, добавленными для повторения сетевых сигналов) обеспечивают также мониторинг и управление сетью.
3. Отказ одного компьютера не обязательно приводит к останову всей сети. Концентратор способен выявлять отказы и изолировать такую машину или сетевой кабель, что позволяет остальной части сети продолжать работу.
4. В одной сети допускается применение нескольких типов кабелей (если их позволяет использовать концентратор).
Из трех типов сетей звездообразная топология отличается наибольшей гибкостью и простотой в диагностике в случае отказов.
Звездообразная сеть имеет несколько недостатков:
В кольцевой сети каждый компьютер связан со следующим, а последний — с первым (см. рис. 1. 9). Кольцевая топология применяется в сетях, требующих резервирования определенной части полосы пропускания для критичных по времени программных средств (например, для передачи видео и аудио информации), в высокопроизводительных сетях, а также при большом числе обращающихся к сети клиентов (что требует ее высокой пропускной способности). Примерами сетей с кольцевой топологией являются сети типа Token Ring и FDDI.
Рис. 1.9. Сети с кольцевой топологией
В сети с кольцевой топологией каждый компьютер соединяется со следующим компьютером, ретранслирующим ту информацию, которую он получает от первой машины. Благодаря такой ретрансляции сеть является активной, и в ней не возникают проблемы потери сигнала, как в сетях с шинной топологией. Кроме того, поскольку «конца» в кольцевой сети нет, никаких оконечных нагрузок не нужно.
Некоторые сети с кольцевой топологией используют метод эстафетной передачи. Специальное короткое сообщение-маркер циркулирует по кольцу, пока компьютер не пожелает передать информацию другому узлу. Он модифицирует маркер, добавляет электронный адрес и данные, а затем отправляет его по кольцу. Каждый из компьютеров последовательно получает данный маркер с добавленной информацией и передает его соседней машине, пока электронный адрес не совпадет с адресом компьютера-получателя, или маркер не вернется к отправителю. Получивший сообщение компьютер возвращает отправителю ответ, подтверждающий, что послание принято. Тогда отправитель создает еще один маркер и отправляет его в сеть, что позволяет другой станции перехватить маркер и начать передачу. Маркер циркулирует по кольцу, пока какая-либо из станций не будет готова к передаче и не захватит его.
Все эти события происходят очень часто: маркер может пройти кольцо с диаметром в 200 м примерно 10000 раз в секунду. В некоторых еще более быстрых сетях циркулирует сразу несколько маркеров. В других сетевых средах применяются два кольца с циркуляцией маркеров в противоположных направлениях. Такая структура способствует восстановлению сети в случае возникновения отказов.
Примером быстрой волоконно-оптической сети с кольцевой топологией является FDDI (Fiber Distributed Data Interface, распределенный интерфейс передачи данных по волоконно-оптическим каналам: стандарт, разработанный ANSI и модифицированный IEEE/ISO).
Сеть с кольцевой топологией обладает следующими преимуществами:
Сети с кольцевой топологией свойственны следующие недостатки:
1.2.4. Смешанные топологии
Сегодня можно встретить сети, в которых сочетаются шинная, звездообразная и кольцевая топологии. Шинно-звездообразная и звездообразно-кольцевая топологии комбинируют особенности звездообразной, шинной и кольцевой сетей
1.2.5. Шинно-звездообразная топология
Шинно-звездообразная топология комбинирует сети типа «звезда» и «шина», связывая несколько концентраторов шинными магистралями. Если один из компьютеров отказывает, концентратор может выявить отказавший узел и изолировать неисправную машину. При отказе концентратора соединенные с ним компьютеры не смогут взаимодействовать с сетью, а шина разомкнется на два не связанных друг с другом сегмента.
1.2.6. Физическая сотовая топология
Ячеистая (сотовая) топология характеризуется наличием избыточных связей между устройствами. Например, в истинной сети с сеточной структурой (mesh) существует прямая связь между всеми устройствами сети. Для большого числа устройств такая схема оказывается неприемлемой. Большинство сотовых сетей не являются истинными ячеистыми структурами, а представляют собой гибридные сотовые сети, содержащие некоторые избыточные связи (но не между всеми узлами).
При увеличении числа устройств инсталляция сети с сотовой топологией значительно затрудняется, что связано с большим числом соединений. Например, сеть, объединяющая всего лишь 6 устройств, потребует 15 соединений (5+4+3+2+1), истинная сотовая сеть из 7 устройств — 21 соединения (6+5+4+3+2+1) и т.д.
Сотовые сети просты в диагностике и чрезвычайно отказоустойчивы. Отказ кабеля влияет на такую топологию в гораздо меньшей степени, чем на любую другую. Избыточные связи позволяют передавать информацию по различным маршрутам.
При увеличении числа устройств сложность реконфигурации подобной сети, как и ее инсталляции, увеличивается в геометрической прогрессии.
Основным достоинством сети с сотовой структурой является ее отказоустойчивость. Другие преимущества включают в себя гарантированную пропускную способность канала связи и то, что такие сети достаточно легко диагностировать.
К недостаткам сотовой топологии относятся сложность инсталляции и реконфигурации, а также стоимость поддержки избыточных каналов.
1.2.7. Выбор топологии
Как видно из вышеизложенного материала, существуют много факторов, которые определяют выбор наиболее подходящей в конкретной ситуации топологии сети. Некоторые соображения по выбору топологии сети представлены в таблице 2.1.
Таблица 1.1 – Преимущества и недостатки различных топологий компьютерных сетей
|
Топология |
Преимущества |
Недостатки |
|
Шина |
Экономична с точки зрения расхода кабелей. Недорогая и несложная в обслуживании среда передачи. Легко расширяется. Позволяет осуществлять связь компьютеров удаленных на значительные расстояния (925 м). |
При больших объемах трафика резко снижается пропускная способность. Скорость передачи ограничивается 10 Мбит/сек. Выход из строя кабеля приводит к остановке работы всех пользователей, подключенным к данному сегменту. Большое количество соединений, что значительно снижает надежность сети. Требует надежного заземления оплетки кабеля. |
|
Звезда |
Легко реализовать централизованное управление сетью. Выход из строя одного компьютера не влияет на работу остальной части сети. Просто расширяется. Использует среду передачи, позволяющую обеспечить скорость передачи 100 Мбит/сек. Проста в инсталляции. |
Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть. Большой расход кабелей. Дополнительные затраты на приобретение концентраторов. Используемые кабели типа витая пара подвержены электромагнитным и радиопомехам, а также перекрестным наводкам. |
|
Кольцо |
Все узлы сети имеют равный гарантированный доступ. Хорошо держит повышенную нагрузку. Автоматически выполняются функции самодиагностики и реконфигурации. |
Подключение новых узлов требует остановки всей сети. Выход из строя сетевого адаптера станции может вывести из строя всю сеть. |
|
Гибридная |
Достоинства сетей с шинной и звездообразной топологиями. |
Недостатки сетей с шинной и звездообразной топологиями. |
|
Сотовая |
Повышенная надежность. Предоставляет возможность хорошего балансирования нагрузки. |
Значительные затраты на средства связи, их установку и обслуживание. |