4.2. Топология
Структура информационной сети – это совокупность пунктов и соединяющих их линий. Взаимное расположение пунктов и линий характеризует связность сети и способность к обеспечению доставки информации в различные пункты. Структура, отображающая взаимосвязь пунктов (конфигурацию линии), называется топологией. Различают физическую и логическую топологию. Физическая топология показывает размещение сетевых пунктов и конфигурацию линий связи. Логическая топология дает представления о пути, по которому передаются потоки информации между пунктами.
При исследовании топологических особенностей сети ее представляют в виде графа.
Точки графа именуются вершинами, а линии, если не учитывать их направленность, – ребрами. Граф является топологической моделью структуры сети. Выбор топологии сети является первой задачей, решаемой при ее построении, и определяется такими требованиями, как экономичность и надежность связи.
Задача выбора топологии сети решается сравнительно несложно, если известен набор стандартных топологий, из которых она может быть составлена. Рассмотрим ряд базовых топологий и их особенности.
Топология «точка–точка» является наиболее простым примером базовой топологии и представляет собой сегмент сети, связывающей физически и логически два пункта (рис. 4.2). Надежность в таком сегменте может быть повышена введением резервной связи, обеспечивающей стопроцентное резервирование, называемое защитой типа 1+1.
Рис. 4.2 Топология «точка–точка»
При выходе из строя основной связи сеть автоматически переводится на резервную. Несмотря на всю простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков информации по высокоскоростным магистральным каналам, например, по трансокеанским подводным кабелям, обслуживающим телефонную нагрузку. Она же используется как составная часть радиально-кольцевой топологии (в качестве радиусов). Топология «точка-точка» с резервированием типа 1+1 может рассматриваться как вырожденный вариант топологии «кольцо».
Древовидная топология может иметь различные варианты (рис. 4.3). Особенностью сегмента сети, имеющей древовидную топологию любого из перечисленных вариантов, является то, что связность n пунктов на уровне физической топологии обеспечивается числом ребер R = n − 1. На логическом уровне допустима организация топологий «точка–точка» и «точка–много точек», когда можно организовать связь сразу к нескольким (или ко всем остальным) пунктам сети. Количество связывающих путей передачи информации между парой пунктов в таком сегменте всегда равно 1. С точки зрения надежности, это достаточно низкий показатель.
Рис. 4.3. Древовидная топология
Повышение надежности в таких сетях достигается введением резервных связей (например, защиты 1+1). Древовидная топология находит применение в локальных сетях и сетях абонентского доступа.
Топология «кольцо» (рис. 4.4.) широко используется в локальных сетях межузловых соединений, опорных высокоскоростных сетях, а также в сетях абонентского доступа, организуемых на базе оптического кабеля.
Рис. 4.4. Топология Рис. 4.5. Топология Рис. 4.6. Полносвязная
«кольцо» «двойное кольцо» топология
Число ребер графа, отображающее физическую топологию, равно числу вершин: R = n. На логическом уровне допустимы топологии «точка–точка», «точка–много точек».
Между каждой парой пунктов могут быть организованы h = 2 независимых связывающих пути (прямой и альтернативный), что обеспечивает повышение надежности связи в таком сегменте, особенно при использовании резервирования типа 1+1, так называемого «двойного кольца» (рис. 4.5). Двойное кольцо образуется физическими соединениями между парами пунктов, при которых информационный поток направляется в двух противоположных направлениях, причём одно направление используется как основное, второе – как резервное.
Полносвязная топология (рис. 4.6) обеспечивает физическое и логическое соединение пунктов по принципу «каждый с каждым». Граф, включающий n вершин, содержит R = n (n − 1) / 2 ребер. Количество независимых связывающих путей между каждой парой пунктов в таком сегменте сети h = n − 1. Полносвязная топология обладает максимальной надежностью связи благодаря большому числу обходных путей. Такая топология характерна для глобальных распределенных сетей при формировании опорного сегмента (магистральной сети). Максимальная надежность связи в сегменте достигается при использовании на обходных направлениях альтернативных сред распространения сигналов (например, волоконно-оптический кабель и радиорелейная линия).
Ячеистая (сетеобразная) топология. Каждый пункт сегмента имеет непосредственную связь с небольшим числом пунктов, ближайших по расстоянию (рис. 4.7).
При небольшом числе вершин число ребер R = r n/2, где r – число ребер, примыкающих к каждой вершине. Ячеистые сегменты обладают высокой надежностью связи при наименьшем числе ребер, по сравнению с полносвязным сегментом. Использование полносвязной и ячеистой топологий целесообразно лишь в сегментах с высокой концентрацией трафика, так как их реализация связана со значительными затратами.