2.3. Классификация сетей по типу сетевой топологии

По типу сетевой топологии сети разделают на: шину, кольцо, двойное кольцо, звезда, ячеистая, решетка, дерево, Fat Tree.

Топология типа общая шина, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции (рис. 2.3.1). На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.

Рисунок 2.3.1 – Изображение топологии типа общая шина

Кольцо — это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими (рис. 2.3.2): от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.

Рисунок 2.3.2 – Изображение кольцевой топологии

Двойное кольцо — это топология, построенная на двух кольцах. Первое кольцо — основной путь для передачи данных. Второе — резервный путь, дублирующий основной. При нормальном функционировании первого кольца, данные передаются только по нему. При его выходе из строя, оно объединяется со вторым и сеть продолжает функционировать. Данные при этом по первому кольцу передаются в одном направлении, а по второму в обратном. Примером может послужить сеть FDDI.

Звезда — базовая топология компьютерной сети (рис. 2.3.3), в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило, «дерево»).

Рисунок 2.3.3 – Изображение типологии звезда

Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом возлагается очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Как правило, именно центральный компьютер является самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, потому что управление полностью централизовано.

Рабочая станция, с которой необходимо передать данные, отсылает их на концентратор. В определённый момент времени только одна машина в сети может пересылать данные, если на концентратор одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми и отправителям нужно будет подождать случайный промежуток времени, чтобы возобновить передачу данных. Этот недостаток отсутствует на сетевом устройстве более высокого уровня — коммутаторе, который, в отличие от концентратора, подающего пакет на все порты, подает лишь на определенный порт — получателю. Одновременно может быть передано несколько пакетов. Сколько — зависит от коммутатора.

Активная звезда: в центре сети содержится компьютер, который выступает в роли сервера.

Пассивная звезда: В центре сети с данной топологией содержится не компьютер, а концентратор, или коммутатор, что выполняет ту же функцию, что и повторитель. Он возобновляет сигналы, которые поступают, и пересылает их в другие линии связи. Все пользователи в сети равноправны.

Ячеистая топология — базовая полносвязная топология компьютерной сети, в которой каждая рабочая станция сети соединяется с несколькими другими рабочими станциями этой же сети (рис. 2.3.4). Характеризуется высокой отказоустойчивостью, сложностью настройки и преизбыточным расходом кабеля. Каждый компьютер имеет множество возможных путей соединения с другими компьютерами. Обрыв кабеля не приведёт к потере соединения между двумя компьютерами.

Получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Эта топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для крупных сетей.

Рисунок 2.3.4 – Изображение ячеистой топологии

Решётка — это топология, в которой узлы образуют регулярную многомерную решётку. При этом каждое ребро решётки параллельно её оси и соединяет два смежных узла вдоль этой оси.

Одномерная «решётка» — это цепь, соединяющая два внешних узла (имеющие лишь одного соседа) через некоторое количество внутренних (у которых по два соседа — слева и справа). При соединении обоих внешних узлов получается топология «кольцо». Двух- и трёхмерные решётки (рис. 2.3.5) используются в архитектуре суперкомпьютеров.

Сети, основанные на FDDI, используют топологию «двойное кольцо», достигая тем самым высокую надежность и производительность. Многомерная решётка, соединённая циклически в более чем одном измерении, называется «тор» (рис. 2.3.6).

Рисунок 2.3.5 – Изображение двухмерной решетки

Рисунок 2.3.6 – Изображение многомерной решетки – «тор»

Древовидная топология сети по сути является топологией «звезда». Если представить как растут ветки у дерева то мы получим топологию "звезда", изначально топология называлась именно "древовидная", с течением времени начали в скобках указывать - (звезда). В современной топологии указывается только "звезда". Долгое время базовой топологией считалась именно древовидная, но ее постепенно начали заменять. Выбор звезда или дерево зависит только от личных предпочтений. Различия только в том что в "древовидной" топологии, как правило, схема более более строгая и иерархичная, в ней легче отслеживать сетевые связи, и эта схема часто использует элементы "шинной" архитектуры (рис.2.3.7).

Рисунок 2.3.7 – Изображение Древовидной топологии

Fat tree (утолщенное дерево) — топология компьютерной сети, изобретенная Charles E. Leiserson из MIT (Массачусетский технологический институт), является дешевой и эффективной для суперкомпьютеров. В отличие от классической топологии дерево, в которой все связи между узлами одинаковы, связи в утолщенном дереве становятся более широкими (толстыми, производительными по пропускной способности) с каждым уровнем по мере приближения к корню дерева. Часто используют удвоение пропускной способности на каждом уровне.

Сети с топологией fat tree являются предпочтительными для построения кластерных межсоединений на основе технологии Infiniband (высокоскоростная коммутируемая последовательная шина, применяющаяся как для внутренних (внутрисистемных), так и для межсистемных соединений).