Топология сети

Монтаж домашних локальных компьютерных сетей топологии шина

Согласно стандартам, монтаж сетей с топологией «шина» может выполняться в соответствии с одной из следующих технологий. Каждая из них имеет свои важные особенности.

Обратите внимание! В обоих случаях регламентировано обязательное использование коаксиального кабеля. Но для 10BASE-2 применяется тонкий вариант, а для 10BASE-5 — толстый кабель

Монтаж локальных сетей топологии «шина» технологией 10BASE-2 Ethernet

Для одноранговой локальной сети с общей шиной используемые типы кабеля — RG-58 и PK-50. Этот вариант требует при монтаже меньших усилий по сравнению со вторым, но качество работы при этом ниже. Такой способ более выгоден для небольших домашних или офисных сетей. Они менее масштабны, но и стоят гораздо дешевле.

Здесь предусмотрены следующие ограничения:

• Имеет главный кабель, который может быть разбит на несколько сегментов (не более пяти), соединенных репитерами. Длина каждого из них не может превышать 185 метров.
• Общая длина главного кабеля, включающая в себя все сегменты, не должна превышать 925 метров.
• К каждому из отрезков коаксиального кабеля допустимо не более 30 подключений.

Важно! Определено минимальное расстояние между проводами, подсоединяющими соседние компьютеры к шине. Оно составляет 0,5 метра

Монтаж локальных сетей топологии «шина» технологией 10BASE-5 Ethernet

Этот вариант создания сети более дорогой, но у него имеется больше возможностей. Он допускает создание более масштабного соединения, отличается высокими надежностью и качеством работы.

У рассматриваемой технологии меньшие ограничения по сравнению с предыдущим вариантом.

Здесь должны быть соблюдены следующие правила:

• Количество сегментов может быть не больше пяти.
• Допустимая длина сегмента составляет 500 метров.
• Общая длина кабеля может доходить до 2,5 километра.
• Теперь возросло предельное количество устройств для подключения к каждому сегменту — теперь оно достигает ста устройств.
• Ближайшие компьютеры не могут подключаться к основному кабелю на расстоянии, меньшем 2,5 метра.

Важно! Для обоих рассматриваемых технологий максимальная пропускная способность составляет 10 Мбит в секунду. Еще одним достоинством варианта 10BASE-5 Ethernet является более высокая механическая прочность

Еще одним достоинством варианта 10BASE-5 Ethernet является более высокая механическая прочность.

Какой она может быть

Чтобы выбрать наиболее эффективный способ подсоединения компьютеров и оборудования в общую сеть, необходимо учитывать их количество. Если соединятся менее десяти устройств при помощи рассматриваемой топологии, то этот способ будет эффективным.

Обратите внимание! Если устройств в ЛВС будет намного больше, то данное решение — неэффективно. В таком случае сеть организуют на основе серверов

Различия между этими двумя способами состоят в следующем:О

• В одноранговой сети все компьютеры участвуют на равных порах. Поэтому при наращивании количества информационные каналы перегружаются.
• Использование выделенных серверов означает, что основные данные и используемые приложения находятся на серверах и предоставляют их для пользования остальным компьютерам. Кроме перечисленного, именно они осуществляют необходимые подключения к внешним устройствам, определяют маршруты следования информационных сообщений, проводят управление всей локальной сетью.

Виды базовых сетевых топологий

Топология «шина»

Шинная топология представляет собой топологию, в которой все устройства локальной сети подключаются к линейной сетевой среде передачи данных. Такую линейную среду часто называют каналом, шиной или трассой. Каждое устройство, например, рабочая станция или сервер, независимо подключается к общему шинному кабелю с помощью специального разъема. Шинный кабель должен иметь на конце согласующий резистор, или терминатор, который поглощает электрический сигнал, не давая ему отражаться и двигаться в обратном направлении по шине. Когда источник передает сигналы в сетевую среду, они движутся в обоих направлениях от источника. Эти сигналы доступны всем устройствам в ЛВС. Как уже известно, из предыдущих глав, каждое устройство проверяет проходящие данные. Если MAC- или IP-адрес пункта назначения, содержащийся в пакете данных, не совпадает с соответствующим адресом этого устройства, данные игнорируются. Если же MAC- или IP-адрес пункта назначения, содержащийся в пакете данных, совпадает с соответствующим адресом устройства, то данные копируются этим устройством и передаются на канальный и сетевой уровни эталонной модели OSI. На каждом конце кабеля устанавливается терминатор. Когда сигнал достигает конца шины, он поглощается терминатором. Это предотвращает отражение сигнала и повторный прием его станциями, подключенными к шине. Для того чтобы гарантировать, что в данный момент передает только одна станция, в сетях с шинной топологией используется механизм обнаружения конфликтов, иначе, если несколько станций одновременно попытаются осуществить передачу, возникнет коллизия. В случае возникновения коллизии, данные от каждого устройства взаимодействуют друг с другом (т.е. импульсы напряжения от каждого из устройств будут одновременно присутствовать в общей шине), и таким образом, данные от обоих устройств будут повреждаться. Область сети, в пределах которой был создан пакет и возник конфликт, называется доменом коллизий. В шинной топологии, если устройство обнаруживает, что имеет место коллизия, сетевой адаптер отрабатывает режим повторной передачи с задержкой. Поскольку величина задержки перед повторной передачей определяется с помощью алгоритма, она будет различна для каждого устройства в сети, и, таким образом, уменьшается вероятность повторного возникновения коллизии.

Преимущества и недостатки шинной топологии. Типичная шинная топология имеет простую структуру кабельной системы с короткими отрезками кабелей. Поэтому по сравнению с другими топологиями стоимость ее реализации невелика. Однако низкая стоимость реализации компенсируется высокой стоимостью управления. Фактически, самым большим недостатком шинной топологии является то, что диагностика ошибок и изолирование сетевых проблем могут быть довольно сложными, поскольку здесь имеются несколько точек концентрации. Так как среда передачи данных не проходит через узлы, подключенные к сети, потеря работоспособности одного из устройств никак не сказывается на других устройствах. Хотя использование всего лишь одного кабеля может рассматриваться как достоинство шинной топологии, однако оно компенсируется тем фактом, что кабель, используемый в этом типе топологии, может стать критической точкой отказа. Другими словами, если шина обрывается, то ни одно из подключенных к ней устройств не сможет передавать сигналы.

Топология и ее многозначительность

При выборе топологии важно понимать, что речь идет не только о расположении компьютеров и местах прокладки кабеля. Этот термин в литературе упоминается в различных смыслах

Под ним в различных случаях могут понимать следующее:

Расположение составляющих элементов сети.
Могут иметь в виду логическую топологию. В этом случае предметом рассмотрения является характер распространения информационных сигналов, иерархия связей в сети.
В некоторых случаях имеется в виду топология операций обмена данными. Она может быть смешанной — сочетать различные схемы. Здесь речь идет об организации операций захвата управления шиной между различными компьютерами и порядке передачи такого права между различными устройствами в сети

Оно может, например, передаваться по кругу.
При рассмотрении информационной топологии важное значение имеет организация информационных потоков в сети.

Чтобы пояснить сказанное, можно привести следующий пример. Возможна ситуация, когда физическое подключение устройств происходит на основе применения топологии шины. Таким же образом будет организована логическая топология.

Обратите внимание! Однако информационная может предусматривать, что информационные потоки устроены на основе использования одного компьютера в качестве главного. То есть информация будет передаваться ему, а потом от него нужному компьютеру

Здесь будет применен принцип звезды.

А передача управления от одного элемента другому будет осуществляться по эстафетному принципу. Он состоит в кольцевой передаче такого права между устройствами и соответствует типу подсоединения «кольцо».

При создании локальной сети важно правильно выбрать подходящую топологию. Использование шины в некоторых случаях может быть наиболее подходящим решением

Топология сети типа шина bus

В этой топологии все компьютеры соединяются друг с другом одним кабелем (рисунок 1).

Рисунок 1 — Схема топологии сети тип «шина»

В сети с топологией «шина» компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов — аппаратных MAC-адресов МАС — адрес — это уникальный идентификатор, сопоставляемый с различными типами оборудования для компьютерных сетей. Большинство сетевых протоколов канального уровня используют одно из трёх пространств MAC-адресов, управляемых IEEE: MAC-48, EUI-48 и EUI-64. Адреса в каждом из пространств теоретически должны быть глобально уникальными. Не все протоколы используют MAC-адреса, и не все протоколы, использующие MAC-адреса, нуждаются в подобной уникальности этих адресов.. Чтобы понять процесс взаимодействия компьютеров по шине, нужно уяснить следующие понятия:

передача сигнала

отражение сигнала

терминатор

1. Передача сигнала

Данные в виде электрических сигналов, передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу. Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть. Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети

частота, с которой компьютеры передают данные

тип работающих сетевых приложений

тип сетевого кабеля

расстояние между компьютерами в сети

Шина — пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

2. Отражение сигнала

Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети — от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить.

3. Терминатор

Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают заглушки (терминаторы, terminators), поглощающие эти сигналы (Рисунок 2). Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру или к баррел-коннектору — для увеличения длины кабеля. К любому свободному — неподключенному — концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.

Рисунок 2 — Установка терминатора

Нарушение целостности сети может произойти, если разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети. Сеть «падает». Сами по себе компьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

У такой топологии сети есть достоинства и недостатки. К достоинствам можно отнести:

небольшое время установки сети

дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств)

простота настройки

выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети

Недостатки такой топологии следующие.

такие сети трудно расширять (увеличивать число компьютеров в сети и количество сегментов — отдельных отрезков кабеля, их соединяющих).

поскольку шина используется совместно, в каждый момент времени передачу может вести только один из компьютеров.

«шина» является пассивной топологией — компьютеры только «слушают» кабель и не могут восстанавливать затухающие при передаче по сети сигналы.

надежность сети с топологией «шина» невысока. Когда электрический сигнал достигает конца кабеля, он (если не приняты специальные меры) отражается, нарушая работу всего сегмента сети.

Проблемы, характерные для топологии «шина», привели к тому, что эти сети, столь популярные еще десять лет назад, сейчас уже практически не используются.

Топология сети типа «шина» известна как логическая топология Ethernet 10 Мбит/с.

Общая шина

Шинная топология.

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного дня всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети. Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем (скорость передачи данных 10 Мбит/с). Выключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.

Новые технологии предлагают пассивные штепсельные коробки, через которые можно отключать и / или включать рабочие станции во время работы вычислительной сети.

Благодаря тому, что рабочие станции можно включать без прерывания сетевых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать информацию, т.е. ответвлять информацию из коммуникационной среды.

В ЛВС с прямой (не модулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна станция, передающая информацию. Для предотвращения коллизий в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительное право на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке снижаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (англ. Terminal Access Point — точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему.

В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой эти рабочие станции могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т.е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся соответственно модемы для модуляции и демодуляции. Техника широкополосных сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как она все равно в дальнейшем будет преобразована.

Сеть передачи данных

Локальная вычислительная сеть (ЛВС) – это комплекс оборудования и программного обеспечения, обеспечивающий передачу, хранение и обработку информации.

Назначение локальных сетей

Назначение локальной сети — осуществление совместного доступа к данным, программам и оборудованию. У коллектива людей, работающего над одним проектом появляется возможность работать с одними и теми же данными и программами не по-очереди, а одновременно. Локальная сеть предоставляет возможность совместного использования оборудования. Оптимальный вариант — создание локальной сети с одним принтером на каждый отдел или несколько отделов. Файловый сервер сети позволяет обеспечить и совместный доступ к программам и данным.

У локальной сети есть также и административная функция. Контролировать ход работ над проектами в сети проще, чем иметь дело с множеством автономных компьютеров.

В состав локальной сети (ЛВС) входит следующее оборудование:

• Активное оборудование – коммутаторы, маршрутизаторы, медиаконвекторы
• Пассивное оборудование – кабели, монтажные шкафы, кабельные каналы, коммутационные панели, информационные розетки
• Компьютерное и периферийное оборудование – серверы, рабочие станции, принтеры, сканеры.

В зависимости от требований, предъявляемых к проектируемой сети, состав оборудования, используемый при монтаже может варьироваться.

Основные характеристики локальной сети

В настоящее время в различных странах мира созданы и эксплуатируются различные типы ЛВС с различными размерами, топологией, алгоритмами работы, архитектурной и структурной организацией. Независимо от типа сетей, к ним предъявляются общие требования:

• Скорость — важнейшая характеристика локальной сети
• Адаптируемость — свойство локальной сети расширяться и устанавливать рабочие станции там, где это требуется
• Надежность — свойство локальной сети сохранять полную или частичную работоспособность вне зависимости от выхода из строя некоторых узлов или конечного оборудования. 

Топология локальных сетей

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи

Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.

Существует три базовые топологии сети:

Шина (bus) — все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам

Звезда (star) — бывыает двух основных видов:

• Активная звезда (истинная звезда) — к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального — одному или нескольким периферийным
• Пассивная звезда, которая только внешне похожа на звезду (рис. 2). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство — коммутатор или, как его еще называют, свитч (switch) (Что такое Коммутатор?), который восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их непосредственно получателю.

Кольцо (ring) — компьютеры последовательно объединены в кольцо.

Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера.

На практике нередко используют и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии.