13. Пять (6) типичных топологий физических связей, достоинства и недостатки.

Сетевая топология — способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.

Многозначность понятия. Топология определяет не только физическое расположение компьютеров, но и характер связей между ними, особенности распространения сигналов по сети. Топология может быть:

• физическая — схема расположения рабочих станций и прокладки кабелей.

• логическая — структура связей, особенности распространения сигналов.

• информационная — направление потоков информации, передаваемой по сети.

• управления обменом — принцип передачи права на пользование сетью.

3 основных топологии сети: шина, кольцо, звезда.

1. Шина. Рабочие станции сети подсоединяются к одному общему кабелю (шина/канал/магистраль/трасса).

Принцип работы. Отправляемое какой-либо рабочей станцией сообщение отправляется на все компьютеры сети. Каждая машина проверяет, кому адресовано сообщение; если сообщение адресовано ей, обрабатывает его. Т. к. линия связи единственная, компьютеры передают информацию последовательно (по очереди). В противном случае информация будет искажаться в результате взаимного наложения. Поэтому реализуется полудуплексный режим обмена (в обе стороны, но по очереди).

Достоинства:

• Простота разводки кабеля по помещениям. Небольшое время установки сети.

• Дешевизна (требуется кабель меньшей длины и меньше сетевых устройств).

• Простота настройки.

• Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе сети.

• Подключение новых абонентов может производиться во время работы сети.

Недостатки:

• Неполадки с шиной полностью блокируют работу сети.

• Сложность поиска неисправностей.

• Невысокая производительность сети (из-за полудуплексного режима).

2. Кольцо. Каждый компьютер соединён линиями связи только с двумя другими.

Принцип работы. Каждый компьютер ретранслирует (возобновляет) сигнал, поэтому затухание имеет значение только между соседними компьютерами кольца. Четко выделенного центра в этом случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако часто в кольце выделяется специальный абонент, который контролирует обмен. Наличие такого управляющего абонента снижает надёжность сети, потому что выход его из строя парализует весь обмен.

Компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Одни из них раньше получают информацию от компьютера-передатчика, другие — позже. От передающего информацию в данный компьютера право на следующую передачу («захват сети») последовательно переходит к следующему по кругу компьютеру.

Не используется конкурентный метод посылки данных, компьютер получает данные от предыдущего в списке адресатов и перенаправляет далее, если адресованы не ему. Список адресатов генерируется компьютером, являющимся генератором маркера.

Нулевой цикл. Сетевой модуль генерирует маркерный сигнал и передаёт его следующему компьютеру. Приняв сигнал, компьютер передаёт его дальше, не анализируя.

Передача данных. Пакет данных для адресата следует по пути, проложенному маркером. Передаётся до тех пор, пока не доберётся до получателя.

Достоинства:

• Простота установки.

• Практически полное отсутствие дополнительного оборудования.

• Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.

Недостатки:

• Неполадки (обрыв кабеля, выход из строя рабочей станции) отражаются на работе всей сети.

• Сложность настройки.

• Сложность поиска неисправностей.

• Необходимость иметь 2 сетевые платы на каждой рабочей станции.

• Добавление абонентов требует остановки работы сети на время подключения.

3. Кольцо. Все компьютеры присоединены к центральному узлу (обычно коммутатор).

Принцип работы. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, поэтому на него возлагается очень большая нагрузка (и ничем другим, кроме сети, он заниматься не может). 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 центральный узел. Две машины не могут одновременно пересылать данные. Если на центральный одновременно приходят два пакета, обе посылки оказываются не принятыми. Отправителям нужно ждать 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, выступающий в роли сервера.

Пассивная звезда. В центре сети содержится коммутатор. Возобновляет сигналы и пересылает их в другие линии связи. Все пользователи равноправны.

Достоинства:

• Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети.

• Хорошая масштабируемость.

• Лёгкий поиск неисправностей (например, обрывов) в сети.

• Высокая производительность сети (при правильном проектировании).

• Гибкие возможности администрирования.

• Проста в обслуживании. Поэтому является одной из самых распространенных.

Недостатки:

• Выход из строя центрального узла блокирует работу всей сети.

• Требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий.

• Число рабочих станций сети ограничено количеством портов в центральном узле.

Дополнительные топологии (производные, гибридные, смешанные) являются производными/комбинациями базовых: дерево, ячеистая, полносвязная, линия и др.

4. Дерево. Между любой парой узлов существует лишь один путь. Число каналов связи в -узловой сети минимально и равно . Является комбинацией нескольких звезд.

Активное дерево. В центрах объединения нескольких линий находятся компьютеры.

Пассивное дерево. В центрах объединения нескольких линий находятся коммутаторы.

Достоинства:

• Лучшая расширяемость по сравнению со звездой и шиной.

Недостатки:

• Низкая надежность. Отказ одного из каналов может привести к расчленению сети на две изолированные подсети.

5. Полносвязная (сеточная). Любые 2 рабочие станции соединены.

Достоинства:

• Высокая отказоустойчивость. Обрыв кабеля между 2 узлами не приведет к потере соединения с другими.

• Лёгкий поиск неисправностей в сети.

• Повышенная приватность и безопасность, т. к. данные передаются от отправителя к адресату напрямую.

• Ликвидация конфликтов. Каждое соединение несет свои данные, что устраняет транспортные проблемы, возникающие, например, в топологии «шина».

Недостатки:

• Громоздкость и неэффективность (несмотря на логическую простоту). Для каждой пары должна быть выделена независимая линия. Каждый компьютер должен иметь столько портов сколько компьютеров в сети. Поэтому сеть может иметь сравнительно небольшие размеры.

• Самый высокий расход кабеля по сравнению с другими топологиями.

• Сложность настройки.

• Плохая расширяемость. При добавлении узла нужно соединить его со всеми.

• Огромное количество соединений при большом количестве узлов.

6. Ячеистая (сеточная). Каждая рабочая станция соединяется с несколькими другими. Получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей.

Отличие от полносвязной в достоинствах:

• Высокая отказоустойчивость. Обычно узел имеет несколько соединений с другими. Поэтому обрыв кабеля между 2 узлами не приведет к потере соединения с другими.

• Хорошая расширяемость. Новый узел можно соединить лишь с одним узлом.

Отличие от полносвязной в недостатках:

• Громоздкость. Количество портов в рабочей станции должно быть равно количеству узлов, с которыми она соединена.

• Возможен чуть менее высокий расход кабеля, чем в полносвязной. Не требуется каждый узел соединять с каждым.