5.2. Топология сети

Термин «топология» характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети, т. е. другими словами «форму» или «очертание» сети. Топология сети обусловливает ее характеристики и влияет на состав необходимого сетевого оборудования, характеристики сетевого оборудования и способ управления сетью.

Все сети строятся на основе трех базовых топологий, к числу которых относятся шина, звезда, кольцо. Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.

Заметим, что при компоновке сетей выделяют два типа соединений. Соединением типа «точка-к-точке» называется соединение между двумя и только двумя сетевыми устройствами (компьютерами, принтерами и т. п.) с использованием одного кабеля.

При этом никакие промежуточные ответвления соединительного кабеля недопустимы. Многоточечным соединением называется соединение, при котором один кабель используется для соединения более двух сетевых устройств. Такой кабель имеет несколько промежуточных ответвлений.

Шина

Наиболее дешевой схемой организации сети является топология «шина» (рис.4), предполагающая непосредственное подключение всех компьютеров к одному сетевому кабелю. Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель (магистраль), вдоль которого подключены все компьютеры сети. Тип соединения – многоточечный. В сети компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов, однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу.

Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее работает сеть. Кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияют множество факторов:

• расстояние между компьютерами;

• тип сетевого кабеля;

• характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети и др.

Шина, как правило, – пассивная технология. Это означает, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю, поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях, компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети – от одного конца кабеля к другому. Если не принимать никаких мер, то сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществить передачу.

Рис. 4. Шинная топология сети

Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы (развязки), поглощающие эти сигналы. Разрыв сетевого кабеля приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети.

Применение общей шины снижает стоимость проводов, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность практически мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Основным недостатком топологии шина является ее низкая надежность и высокая вероятность выхода из строя всей сети при возникновении неисправности на любом участке сетевого кабеля. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть.

Звезда

Для построения большинства сетей в настоящее время применяется топология «звезда». В данном случае недостаток, связанный с вероятностью возникновения обрыва в общем кабеле, преодолевается путем применения отдельных кабелей для подключения каждого из компьютеров. Все компьютеры с помощью кабеля подключаются к центральному узлу, имеющему несколько портов и называемому концентратором (коммутатором) (рис.5). Тип подключения «точка-к-точке». В этих сетях подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованное.

В случае обрыва кабеля, соединяющего концентратор с рабочей станцией, связь с сетью утратит только эта станция. Остальные же смогут беспрепятственно продолжать работу в сети. Однако в случае выхода из строя концентратора связь с сетью теряют все подключенные к нему рабочие станции. Такого рода неисправность выявляется довольно легко, поскольку все пользователи, подключенные к этому концентратору, немедленно обратят внимание администратора сети на возникшую проблему. Этот вид топологии сети имеет некоторые недостатки. Значительно увеличивается расход кабеля. Если центральный компонент выйдет из строя, нарушается работа всей сети. Однако если выйдет из строя только один компьютер или кабель, соединяющий его с концентратором, то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети.

Рис. 5. Структура активной звездообразной сети с распределенным управлением

Кольцо

Компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо (рис.6), поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключить терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер усиливает сигналы и передает их следующему компьютеру. Эта топология обычно допускает значительное количество абонентов (1000 и более). В сетях с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями.

Рис. 6. Кольцевая топология сети

Рассмотренные выше сетевые топологии являются базовыми, на основании которых формируется конкретная структура реальной сети. Современные высокоскоростные локальные компьютерные сети широко используют и другие топологии, в частности древовидную топологию, например, современный высокоскоростной вариант магистральной сети Fast Ethernet имеет древовидную структуру.