55. Топологии компьютерных сетей

Под топологией обычно понимают взаимное расположение друг относительно друга узлов сети. К узлам сети в данном случае можно отнести компьютеры, концентраторы, свитчи, маршрутизаторы, точки доступа ну и т.п.

Сетевая топология может быть:

• физической — описывает реальное расположение и связи между узлами сети;

• логической — описывает хождение сигнала в рамках физической топологии;

• информационной — описывает направление потоков информации, передаваемых по сети;

• управления обменом — это принцип передачи права на пользование сетью.

Сетевой концентратор или Хаб (жарг. от англ. hub — центр деятельности) —сетевое устройство, предназначенное для объединения нескольких устройств Ethernet в общий сегмент сети. Устройства подключаются при помощи витой пары, коаксиального кабеля или оптоволокна. Термин концентратор (хаб) применим также к другим технологиям передачи данных: USB, FireWire и пр. (устройство для объединения нескольких компов в сеть. Действие его простое: получив пакет данных с одного порта, он рассылает его по всем остальным. Если несколько пакетов идут в один порт одновременно, то они сталкиваются. Отсюда и т.н. "коллизии", которые замедляют работу сети.)

В настоящее время хабы почти не выпускаются — им на смену пришли сетевые коммутаторы (свитчи), выделяющие каждое подключённое устройство в отдельный сегмент. Сетевые коммутаторы ошибочно называют «интеллектуальными концентраторами».

Характеристики сетевых концентраторов

Количество портов — разъёмов для подключения сетевых линий, обычно выпускаются концентраторы с 4, 5, 6, 8, 16, 24 и 48 портами (наиболее популярны с 4, 8 и 16). Концентраторы с большим количеством портов значительно дороже. Однако концентраторы можно соединять каскадно друг к другу, наращивая количество портов сегмента сети. В некоторых для этого предусмотрены специальные порты.

Скорость передачи данных — измеряется в Мбит/с, выпускаются концентраторы со скоростью 10, 100 и 1000. Кроме того, в основном распространены концентраторы с возможностью изменения скорости, обозначаются как 10/100/1000 Мбит/с. Скорость может переключаться как автоматически, так и с помощью перемычек или переключателей. Обычно, если хотя бы одно устройство присоединено к концентратору на скорости нижнего диапазона, он будет передавать данные на все порты с этой скоростью.

Тип сетевого носителя — обычно это витая пара или оптоволокно, но существуют концентраторы и для других носителей, а также смешанные, например для витой пары и коаксиального кабеля.

предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. (Тот же хаб, только с "мозгами". Он запоминает, какой адрес на каждом его порту, и когда приходит пакет данных (а в заголовке пакета есть информация, кому и от кого), он его отсылает на нужный порт.)

Сетевой коммутатор или свитч (жарг. от англ. switch — переключатель) — устройство, предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного сегмента. В отличие от концентратора, который распространяет трафик от одного подключенного устройства ко всем остальным, коммутатор передаёт данные только непосредственно получателю, исключение составляет широковещательный трафик (на MAC-адрес FF:FF:FF:FF:FF:FF) всем узлам сети. Это повышает производительность и безопасность сети, избавляя остальные сегменты сети от необходимости (и возможности) обрабатывать данные, которые им не предназначались. (Тот же хаб, только с "мозгами". Он запоминает, какой адрес на каждом его порту, и когда приходит пакет данных (а в заголовке пакета есть информация, кому и от кого), он его отсылает на нужный порт.)

Маршрутиза́тор или роутер, рутер— сетевое устройство, на основании информации о топологии сети и определённых правил принимающее решения о пересылке пакетов сетевого уровня (уровень 3 модели OSI) между различными сегментами сети. (отыскивает наиболее короткий путь прохождения инфы)

Точка доступа– это беспроводная базовая станция, предназначенная для обеспечения беспроводного доступа к уже существующей сети (беспроводной или проводной) или создания совершенно новой беспроводной сети. Беспроводная связь осуществляется посредством технологии Wi-Fi.

Основные топологии

Существует множество способов соединения сетевых устройств, из них можно выделить пять базовых топологий: шина, кольцо, звезда, ячеистая топология и решётка. Остальные способы являются комбинациями базовых. В общем случае такие топологии называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные названия, например «Дерево».

Каждая топология продиктована определенной технологией кадров локальной сети. Например, сети Ethernet (по определению) исторически используют звездообразные топологии.

Шинная топология

Шинная топология (см. рис.1) соответствует соединению всех сетевых узлов в одноранговую сеть с помощью единственного открытого (open-ended) кабеля. Кабель должен оканчиваться резистивной нагрузкой - так называемыми оконечными резисторами (terminating resistors). Единственный кабель в состоянии поддерживать только один канал. В данной топологии кабель называют шиной (bus). Строится на основе коаксиального кабеля.

Типичная шинная топология предполагает использование единственного кабеля без дополнительных внешних электронных устройств с целью объединения узлов в одноранговую сеть. Все подключенные устройства прослушивают трафик шины и принимают только те пакеты, которые адресованы им.

Данную топологию целесообразно применять только в небольших локальных сетях. Поэтому использующие шинную топологию современные коммерческие продукты ориентированы на развертывание недорогой одноранговой сети с ограниченными функциональными возможностями. Такие продукты предназначены для домашних сетей и сетей небольших офисов.

Достоинства:

1. Небольшое время установки сети.

2. Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств).

3. Простота настройки.

4. Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети.

Недостатки:

1. Любые неполадки в сети, как обрыв кабеля, выход из строя терминатора полностью уничтожают работу всей сети.

2. Сложная локализация неисправностей.

3. С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.

Кольцевая топология

Кольцевая топология впервые была реализована в простых одноранговых локальных сетях. Каждая рабочая станция соединялась с двумя ближайшими соседями (см. рис. 2). Общая схема соединения напоминала замкнутое кольцо. Данные передавались только в одном направлении. Каждая рабочая станция работала как ретранслятор, принимая и отвечая на адресованные ей пакеты и передавая остальные пакеты следующей рабочей станции, расположенной «ниже по течению».

В первоначальном варианте кольцевой топологии локальных сетей использовалось одноранговое соединение между рабочими станциями. Поскольку соединения такого типа имели форму кольца, они назывались замкнутыми (closed). Преимуществом локальных сетей этого типа является предсказуемое время передачи пакета адресату. Чем больше устройств подключено к кольцу, тем дольше интервал задержки. Недостаток кольцевой топологии в том, что при выходе из строя одной рабочей станции прекращает функционировать вся сеть.

Топология типа «звезда»

Локальные сети звездообразной топологии объединяют устройства, которые расходятся из общей точки. (см. рис. 3 – на примере концентратора, на его месте так же может быть маршрутизатор или свитч). Если мысленно представить концентратор в качестве звезды, соединения с устройствами будут напоминать ее лучи - отсюда и название топологии. В отличие от кольцевых топологий, физических или виртуальных каждому сетевому устройству предоставлено право независимого доступа к среде передачи. Любое устройство в состоянии обратиться с запросом на доступ к среде передачи независимо от других устройств.

Звездообразные топологии широко используются в современных локальных сетях. Причиной такой популярности является гибкость, возможность расширения и относительно низкая стоимость развертывания по сравнению с более сложными топологиями локальных сетей со строгими методами доступа к среде передачи данных. .

Ячеистая топология

Ячеистая топология — базовая полносвязная топология компьютерной сети, в которой каждая рабочая станция сети соединяется со всеми другими рабочими станциями этой же сети. 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.

Топология решетка

Решётка — понятие из теории организации компьютерных сетей. Это топология, в которой узлы образуют регулярную многомерную решетку. При этом каждое ребро решетки параллельно ее 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 трехмерные решетки используются в архитектуре суперкомпьютеров.

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

Достоинства: высокая надежность

Недостатки: сложность реализации

Последовательное соединение комп-комп.

Соединение которое вроде как отдельно не выделяют, но я бы выделил его всё же отдельно. Остановлюсь на нем, поскольку всё же о нем еще придется поговорить.

В целом это практически нечто между шинной и кольцевой топологиями. За одним исключением: компьютеры соединяются не от единого кабеля, а последовательно друг за другом, не замыкаясь. Конечно при выходе из строя одного из компьютеров рвется всё что находится за ним. К тому же при большом количестве компьютеров на каждом надо 2 сетевые карты и все же цепочка получается длинной и дорогой. Поэтому такая схема подключения неоправданна, иллюстрировать я ее не буду и так понятно. Так чем же интересен данный тип соединения?

1. Если у вас 2 компьютера, и нет выхода в интернет, то это самый дешевый и простой  способ соединить их в сеть. Конечно если компьютеров больше 2х то это уже не столь адекватно.

2. Даже если у вас есть выход в интернет, можно всё же заставить второй компьютер выходить в интернет так сказать через первый… Но есть минус: первый должен быть обязательно включен ибо он служит сервером. Иногда так поступить проще, особенно если дома лежит лишняя сетевушка, а денег нет, или просто лень идти в магазин, а хаба того же нет дома или маршрутизатора.