2.3 Структуризація як засіб побудови великих мереж

У мережах з невеликою (10  30) кількістю комп’ютерів найчастіше використається одна з типових топологій  „загальна шина”, „кільце”, „зірка” або повнозв’язана мережа. Усі ці топології мають властивість однорідності, тобто усі комп’ютери в такій КМ мають однакові права доступу до інших комп’ютерів (за винятком центрального комп’ютера при з’єднанні типу „зірка”). Така однорідність структури спрощує процедуру нарощування числа комп’ютерів, полегшує обслуговування та експлуатацію мережі [1  4, 7, 14].

Однак при побудові великих мереж однорідна структура зв’язків перетворюється з переваги у недолік. В таких мережах використання типових структур породжує різні обмеження, найважливішими з яких є:

• обмеження на довжину зв’язку між вузлами;

• обмеження на кількість вузлів у мережі;

• обмеження на інтенсивність трафіка, що генерують вузли мережі.

Наприклад, технологія Ethernet на тонкому коаксіальному кабелі дозволяє використати кабель довжиною не більше 185 метрів, до якого можна підключити не більше ніж 30 комп’ютерів. Однак якщо комп’ютери інтенсивно обмінюються інформацією, іноді доводиться знижувати їх кількість до 20, а то й до 10, щоб кожному комп’ютеру діставалася прийнятна частка загальної пропускної здатності мережі.

Для зняття цих обмежень використаються особливі методи структуризації мережі та спеціальне комунікаційним обладнання  повторювачі, концентратори, мости, комутатори, маршрутизатори.

Розрізняють:

1. топологію фізичних зв’язків (фізичну структуру мережі). В цьому випадку конфігурація фізичних зв’язків визначається електричними з’єднаннями комп’ютерів, тобто ребрам графа відповідають відрізки кабелю, що зв’язують пари вузлів;

2. топологію логічних зв’язків (логічну структуру мережі). Тут як логічні зв’язки виступають маршрути передачі даних між вузлами мережі, які утворюються шляхом відповідного настроювання комунікаційного обладнання.

Фізична структуризація мережі

Найпростіший з комунікаційних пристроїв  повторювач (repeator) ­ використається для фізичного з’єднання різних сегментів кабелю ЛКМ з метою збільшення її загальної довжини. Повторювач передає сигнали, що надходять з одного сегмента мережі, в її інші сегменти (рис. 2.9). Він дозволяє усунути обмеження на довжину ЛЗ шляхом поліпшення якості переданого сигналу  відновлення його потужності та амплітуди, поліпшення фронтів тощо [1, 3, 4, 17].

Повторювач, що має більше одного порта і з’єднує кілька фізичних сегментів називають концентратором (concentrator) або хабом (hub). Ці назви кажуть про те, що в даному пристрої зосереджені усі зв’язки між сегментами мережі. Використання концентраторів характерно практично для усіх базових технологій локальних мереж  Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet та Gigabit Ethernet.

Рисунок 2.9  Застосування повторювачів у КМ

В

Рисунок 2.10   Концентратори: а) Ethernet, б) Token Ring

роботі будь-яких концентраторів багато спільного  вони повторюють сигнали, що надійшли до одного з їх портів на інші. Різниця полягає в тому, на яких саме портах повторюються вхідні сигнали. Так, концентратор Ethernet повторює вхідні сигнали на всіх своїх портах, крім того, з якого сигнали надходять (рис. 2.10 а). Концентратор Token Ring (рис. 2.10 б) повторює вхідні сигнали, що надходять з деякого порту, тільки на один порту  на той, до якого підключений наступний у кільці комп’ютер.

Д

Рисунок 2.11  Логічна та фізична структури

а) ЛТ і ФТ мережі збігаються;

б) ЛТ і ФТ мережі збігаються

одавання у мережу концентратора завжди змінює фізичну топологію (ФТ) мережі, але при цьому залишає без змін її логічну топологію (ЛТ).

В багатьох випадках ФТ і ЛТ мережі збігаються. Наприклад, мережа, наведена на рис. 2.11 б, має ФТ „кільце”. Комп’ютери такої мережі одержують доступ до кабелів кільця за рахунок передачі один одному спеціального кадру  маркера. Такий маркер також надсилається послідовно від комп’ютера до комп’ютера в тому ж порядку, в якому комп’ютери утворять фізичне кільце. Тобто комп’ютер A надсилає маркер комп’ютеру B, комп’ютер B  комп’ютеру С тощо.

Мережа, наведена на рис. 2.11 б, демонструє приклад розбіжності фізичної й логічної топології. Фізично комп’ютери з’єднані за топологією „загальна шина”. Доступ до шини відбувається не за алгоритмом випадкового доступу, який застосовується в технології Ethernet, а шляхом передачі маркера в кільцевому порядку. Тут порядок передачі маркера вже не повторює фізичні зв’язки, а визначається логічним конфігуруванням драйверів мережевих адаптерів.

Ще одним прикладом розбіжності фізичної й логічної топології мережі є вже розглянута мережа Ethernet. Тут концентратор підтримує ФТ „зірка”. Однак ЛТ мережі залишилася без змін  це „загальна шина”.

Фізична структуризація мережі за допомогою концентраторів корисна не тільки для збільшення відстані між вузлами мережі, а й для підвищення її надійності. Наприклад, якщо деякий комп’ютер мережі Ethernet з фізичною загальною шиною через збій починає безперервно передавати дані по загальному кабелю  уся мережа виходить з ладу і треба вручну від’єднати кабель від цього комп’ютера. У мережі Ethernet, побудованої на основі концентратора, ця проблема може бути вирішена автоматично  шляхом вимикання відповідного порта концентратора.