2.2.1 Топология звезда. Общие сведения. Достоинства и недостатки

Звезда – это топология LAN, в которой все рабочие станции присоединены к центральному узлу (например, к коммутатору), который устанавливает, поддерживает и разрывает связи между рабочими станциями.

Преимуществом такой топологии является возможность простого исключения неисправного узла.

Звездообразная топология обеспечивает защиту от разрыва кабеля. Если кабель рабочей станции будет поврежден, это не приведет к выходу из строя всего сегмента сети. Она позволяет также легко диагностировать проблемы подключения, так как каждая рабочая станция имеет свой собственный кабельный сегмент, подключенный к коммутатору. Для диагностики достаточно найти разрыв кабеля, который ведет к неработающей станции. Остальная часть сети продолжает нормально работать.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей.

Также данная топология позволяет легко добавлять новые устройства в сеть просто подключив их в свободные порты центрального устройства.

Примером звездообразной топологии является топология Ethernet с кабелем типа витая пара 100BASE-TX, центром звезды обычно является коммутатор (свитч).

Однако звездообразная топология имеет и недостатки:

• требует много кабеля;

• необходимо дополнительно покупать сетевые устройства;

• кабельные концентраторы при большом количестве кабеля трудно обслуживать;

• неисправность центрального узла ведет за собой выход из строя всей сети.

В большинстве случаев в такой топологии используется недорогой кабель типа витая пара категории 3,4,5. Имеется возможность в соединении сегментов сети при помощи оптоволоконного кабеля. Для этого в коммутаторе должны быть соответствующие порты (порты для каскадирования).

2.2.2 Ethernet—самая распространенная технология lan

Основная цель, которую ставили перед собой разработчики первых локальных сетей во второй половине 70-х годов, заключалась в нахождении простого и дешевого решения для объединения в вычислительную сеть нескольких десятков компьютеров, находящихся в пределах одного здания. Как правило, это были основные требования, поскольку компьютеров в организации было немного и задача связи локальных сетей в глобальные не была первоочередной.

В 1973 году Роберт Мелкалф (сотрудник корпорации Xerox) предложил идею разделяемой среды для проводной LAN, в которой непрерывный сегмент коаксиального кабеля выступал в качестве общей среды передачи и соответственно связи всех компьютеров. Это была экспериментальная сеть, которая передавала данные со скоростью 3 Мбит/с с использованием протокола множественного доступа с контролем несущей и обнаружением конфликтов (в английской аббревиатуре CSMA/CD).

Разработка предназначалась для локальных сетей со случайным, но иногда весьма интенсивным объемом передаваемых данных. Успех проекта сразу привлек к нему внимание, и в 1980 году консорциум трех компаний Digital Equipment Corporation, Intel Corporation и Xerox Corporation—разработал спецификацию Ethernet 1.0 для передачи со скоростью 10 Мбит/с.

Первый стандарт IEEE 802.3 был основан на спецификации Ethernet 1.0 и был очень похож на нее. Проект стандарта был одобрен рабочей группой по стандарту 802.3 в 1983 году, а в 1985 году опубликован как официальный стандарт (ANSI/IEEE Std. 802.3-1985).

Скорость 10 Мбит/c первой стандартной версии Ethernet долгое время удовлетворяла потребности пользователей локальных сетей и, как было сказано выше, в основе её построения была использована шинная топология на основе коаксиального кабеля. Однако в начале 90-х годов начала ощущаться недостаточная пропускная способность Ethernet, так как скорость обмена с сетью стала существенно меньше скорости внутренней шины компьютера. Кроме того, начали появляться новые мультимедийные приложения, гораздо более требовательные к скорости сети, чем их текстовые предшественники. В поисках решения проблемы ведущие производители сетевого оборудования начали интенсивные работы по повышению скорости Ethernet при сохранении главного достоинства этой технологии—простоты и низкой стоимости оборудования. Решение было найдено в использовании топологии типа «звезда», центральным элементом которой является концентратор либо сетевой коммутатор. Все соединения в сети со звездообразной топологией представляют собой линии связи типа «точка-точка» на основе витой пары или оптоволоконного кабеля.

Появились новые скоростные стандарты Ethernet: Fast Ethernet (скорость 100 Мбит/с), Gigabit Ethernet (скорость 1000 Мбит/с), 10G Ethernet (скорость 10 Гбит/с). Два новых стандарта—40G Ethernet и 100G Ethernet пока находятся в стадии разработки, обещая следующее десятикратное превышение верхней границы производительности Ethernet.

Разработчикам новых скоростных стандартов Ethernet удалось сохранить основные черты классической технологии Ethernet и, прежде всего, простой способ обмена кадрами без встроенных в технологию сложных контрольных процедур. Этот фактор оказался решающим в соревновании технологий локальных сетей, так как выбор пользователей всегда склонялся в пользу простого наращивания скорости сети, а не в пользу решений, связанных с более эффективным расходованием той же самой пропускной способности с помощью более сложной и дорогой технологии. Примером такого подхода служит переход с оборудования Fast Ethernet на Gigabit Ethernet вместо перехода на оборудование ATM со скоростью 155 Мбит/с. Несмотря на значительную разницу в пропускной способности (1000 Мбит/с против 155 Мбит/с), оба варианта обновления сети примерно равны по степени положительного влияния на «самочувствие» приложений, так как Gigabit Ethernet достигает нужного эффекта за счет равного повышения доли пропускной способности для всех приложений, а ATM перераспределяет меньшую пропускную способность более тонко, дифференцируя её в соответствии с потребностями приложений. Тем не менее, пользователи предпочли не вдаваться в детали и тонкости настройки сложного оборудования, когда можно просто применить знакомое и простое, но более скоростное оборудование Ethernet.

Значительный вклад в «победу» Ethernet внесли также коммутаторы локальных сетей, так как их успех привел к отказу от разделяемой среды, где технология Ethernet всегда была уязвимой из-за случайного характера метода доступа. Начиная с версии 10G Ethernet, разработчики перестали включать вариант работы на разделяемой среде в описании стандарта. Коммутаторы с портами Fast Ethernet, Gigabit Ethernet и 10G Ethernet работают по одному и тому же алгоритму, описанному в стандарте IEEE 802.1D. Возможность комбинировать порты с различными скоростями в диапазоне от 10 Мбит/с до 10 Гбит/с делает коммутаторы Ethernet гибкими и эффективными сетевыми устройствами, позволяющими строить разнообразные сети.

Повышение скорости Ethernet было достигнуто за счет улучшения качества кабелей, применяемых в компьютерных сетях, а также совершенствования методов кодирования данных при передаче по кабелям, то есть за счет совершенствования физического уровня технологии.