Вопрос 15. Топология локальных вычислительных сетей

1. Понятие топологии ЛВС.

2. Звездообразная топология.

3. Кольцевая топология

4. Шинная топология.

5. Древовидная топология.

1.Топология ЛВС — это конфигурация соединения элементов в ЛВС. Именно топология во многом определяет самые важные свой­ства сети, такие как надежность и производительность.

Конфигурации локальных сетей обычно делят на два основных класса:

• широковещательные;

• последовательные.

В широковещательных конфигурациях каждый ПК передает сиг­налы, которые могут быть восприняты всеми остальными ПК. К таким конфигурациям относятся:

• общая шина;

• дерево (соединение нескольких общих шин с помощью репи­теров);

• звезда с пассивным центром.

Преимущества конфигураций этого класса — простота органи­зации сети.

В последовательных конфигурациях каждый физический поду­ровень передает информацию только одному ПК. К таким кон­фигурациям относятся: %/ звезда с интеллектуальным центром;

• кольцо;

• иерархическое соединение;

• снежинка.

Основное достоинство — простота программной реализации со­единения.

Для предотвращения коллизий в передаче информации чаще всего применяется временной метод разделения, согласно кото­рому каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи информации. Поэтому требо­вания к пропускной способности сети при повышенной на­грузке, то есть при вводе новых рабочих станций, снижаются.

В различных топологиях реализуются различные принципы пере­дачи информации. В широковещательных это селекция информации, в последовательных — маршрутизация информации. В ЛВС с широкополосной передачей информации рабочие станции получают частоту, на которой они могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в ком­муникационной среде довольно большой объем информации.

2. Звездообразная топология представлена в виде звезды с актив­ным центром. Она унаследована из области мэйнфреймов, где го­ловная машина получает и обрабатывает все данные с терми­нальных устройств как активный узел обработки данных. Вся информация между периферийными рабочими станциями про­ходит через центральный узел вычислительной сети. Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью центрального узла и гарантируется для каждой рабо­чей станции. Коллизий, то есть столкновений, в передаче дан­ных не возникает.

Кабельное соединение топологии относительно простое, поскольку каждая рабочая станция связана с центральным уз­лом, однако затраты на прокладку, линий связи высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии.

При расширении ЛВС невозможно использовать ранее выпол­ненные кабельные связи: к новой рабочей станции необхо­димо прокладывать отдельный кабель от центрального узла сети. Звездообразная топология при хорошей производительности центрального узла является одной из наиболее быстродействую­щих топологий ЛВС, поскольку передача информации между рабочими станциями происходит по выделенным линиям, ис­пользуемым только этими рабочими станциями. Частота за­просов на передачу информации от одной станции к другой невысока (по сравнению с другими топологиями). Производительность ЛВС звездообразной топологии в первую очередь определяется параметрами центрального узла, который выступает в качестве сервера сети. Он может оказаться узким местом сети. В случае выхода из строя центрального узла на­рушается работа сети в целом.

В ЛВС с центральным узлом управления можно реализовать оп­тимальный механизм защиты от несанкционированного дос­тупа к информации.

3. В кольцевой топологии сети рабочие станции ЛВС связаны меж­ду собой по кругу. Последняя рабочая станция связана с пер­вой, то есть коммуникационная связь замыкается в кольцо. Прокладка линий связи между рабочими станциями может ока­заться довольно дорогостоящей, особенно если территориально рабочие станции расположены далеко от основного кольца. Сообщения в кольце ЛВС циркулируют по кругу. Рабочая стан­ция посылает по определенному адресу информацию, пред­варительно получив из кольца запрос. Передача информации оказывается достаточно эффективной, так как сообщения можно отправлять одно за другим. Так, например, можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность переда­чи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в ЛВС.

Главная проблема кольцевой топологии состоит в том, что каждая рабочая станция должна участвовать в передаче информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализу­ется. Неисправности в кабельной системе локализуются легко. Расширение сети с кольцевой топологией требует остановки ее работы, так как кольцо должно быть разорвано. Специаль­ных ограничений на размер ЛВС не существует. Особой формой кольцевой топологии является логическое кольцо. Физически оно монтируется как соединение звездных тополо­гий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных концентраторов (англ. hub — концентратор). В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станция­ми применяют:

/ активные концентраторы;

/ пассивные концентраторы.

Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций.

Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Уп­равление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каж­дой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) уз­ла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.

4. В ЛВС с шинной топологией основная передающая среда (шина) — общая для всех рабочих станций. Функционирование ЛВС не зависит от состояния отдельной рабочей станции, то есть рабочие станции в любое время могут быть подключены к шине или отключены от нее без нарушения работы сети в целом. Однако в простейшей сети Ethernet с шинной топологией в каче­стве передающей среды используется тонкий Ethernet-кабель с тройниковым соединителем, поэтому расширение такой сети требует разрыва шины, что приводит к нарушению функцио­нирования сети. Более дорогостоящие решения предполагают установку пассивных штепсельных коробок вместо тройниковых соединителей.

Поскольку расширение ЛВС с шинной топологией можно про­водить без прерывания сетевых процессов и разрыва коммуни­кационной среды, отвод информации из ЛВС и соответственно прослушивание информации осуществляются достаточно лег­ко, вследствие чего защищенность такой ЛВС низкая.

5. Древовидная топология образуется путем различных комбинаций рассмотренных выше топологий ЛВС. Основание дерева (ко­рень) располагается в точке, в которой собираются коммуни­кационные линии (ветви дерева).

Сети с древовидной структурой применяются там, где невоз­можно непосредственное применение базовых сетевых структур. Для подключения рабочих станций применяют концентраторы. Существуют две разновидности таких устройств:

• пассивные концентраторы - устройства, к которым можно под­ключить максимум три станции;

• активные концентраторы с возможностью усиления сигнала, которые необходимы для подключения большего количества устройств.