Древовидная топология сети – Топология дерево: основные плюсы и минусы

Топология дерево: основные плюсы и минусы

Топология дерево: основные плюсы и минусы

Топология дерево представляет собой особый тип структуры, в которой многие соединенные элементы расположены как ветви дерева. Они, как правило, используются для организации компьютеров в корпоративной сети или информации в базе данных.

Особенности

Топология дерева базируется на двух топологиях — шины и звезды. Несмотря на то что такая конфигурация не является широко используемой сетевой топологией, она все же применяется в определенных обстоятельствах, например, когда требуется масштабируемая иерархическая связь между двумя сетями.

В древовидной топологии между любыми двумя связанными узлами может быть только одно соединение. Поскольку любые два узла могут иметь только одну взаимную связь, такая структура образует естественную родительски-дочернюю иерархию. Например, в компьютерных сетях топология дерева также известна как топология звездной шины, потому что как уже было сказано выше, она включает в себя элементы как шинной, так и звездной конфигурации.

Древовидная топология — это иерархическая структура, в которой каждый уровень связан со следующим уровнем, и находится он, как правило, выше текущего. Таким образом, в ней могут объединяться несколько звездообразных структур, что позволяет, например, если речь идет о сети, пользователям соединятся с большим количеством серверов. Такая иерархическая структура считается лучшим вариантом для подключения больших сетей.

Топология дерево

Преимущества

  • Гибкость. В древовидную топологию можно легко добавлять новые узлы (компьютеры), просто подключив к ней концентратор. Это фактически позволяет добавлять несколько компьютеров в сеть одновременно.
  • Простой централизованный мониторинг. Данная конфигурация позволяет пользователям легко контролировать и управлять большой сеткой. Кроме того, ее очень легко перенастраивать.
  • Масштабируемость. Она очень масштабируема, потому что конечные узлы могут концентрировать в себе несколько подключений от новых узлов. Такое разветвление с каждым новых подключением множит количество потенциальных подключений.
  • Простое подключение “точка-точка”. Подключение“точка-точка” к центральному концентратору на каждом промежуточном узле соответствует узлу в шинной топологии. Фактически, в древовидной топологии каждый компьютер подключен к концентратору, а также каждая часть сети подключена к главному кабелю.
  • Доступ. Поскольку древовидная топология представляет собой большую сеть, все компьютеры будут иметь лучший доступ к сети. Это фактически делает ее наиболее эффективным способом подключения нескольких компьютеров к одному дереву.
  • Надежность. В древовидной топологии другие иерархические сети не затрагиваются, если одна из них повреждена. Это делает ее очень надежной и эффективной.
  • Поддерживается аппаратными и программными поставщиками. Она также поддерживается многими аппаратными и программными поставщиками, а это означает, что компоненты, которые требуются для конфигурации и обслуживания легкодоступны на рынке.
  • Простая идентификация системы. Благодаря древовидной конфигурации очень легко идентифицировать конкретную систему, а также подключиться к более крупной сетке.
  • Обмен информацией. Она также позволит обмениваться информацией по крупной сети, что очень удобно для крупных корпораций.
  • Позволяет использовать несколько серверов. Топология дерева также позволяет пользователям подключаться к нескольким серверами. Это фактически делает ее расширяемой и способной одновременно вместить множество компьютеров.
  • Снижение трафика. Поскольку древовидная топология включает несколько серверов, это поможет значительно уменьшить трафик независимо от количества компьютеров, находящихся в сети.

Вид топологии

Недостатки и минусы

  • Одна точка отказа.Если магистраль всей сети выходит из строя, то ее отдельные части не смогут взаимодействовать друг с другом.
  • Необходимы огромные кабели. Поскольку в древовидной топологии имеется несколько точек подключения, наверняка понадобятся, большое количество длинных кабелей, а это довольно затратно.
  • Сложности в настройке. Иногда такую топологию достаточно сложно настроить. Во-первых, потому что, как правило, большая сеть подразумевает большое количество подключений, во-вторых, структура подключения в реальной жизни может быть довольно запутанной, и не всегда совпадает со схемой.
  • Длина сети ограничена типом кабеля. При такой конфигурации длина сети ограничена типом кабеля, который будет использоваться. Таким образом, потребуется использовать высококачественные кабели для расширения, иначе сигнал не будет проходить.
  • Обслуживание. Подобные структуры нуждаются в постоянном мониторинге и обслуживании. Причина состоит в том, что большое количество точек подключения, подразумевает относительно регулярный выход из строя того или иного узла.

Рекомендации

Древовидная структура подходит лучше всего в случае, когда сеть широко распространена и разбита на множество ветвей. Как и любая другая топология, древовидная имеет свои преимущества и недостатки. Подобная конфигурация, как правило, не подходит для небольших сетей, потому что она подразумевает приобретение дорогостоящего кабеля использование, которого может быть нецелесообразным. Топология дерева имеет некоторые ограничения, и конфигурация должна соответствовать этим ограничениям. Стоит отметить, что на практике древовидная структура хорошо подходит для прокладки кабелей и сетей по всей территории многоэтажных зданий, таких как общественные антенные системы или кабельное телевидение.

Во время конфигурации компьютерной сети нужно выбрать одну из топологий, которая идеально будет соответствовать конкретным требованиям. Выбор необходимо сделать в пользу той топологии, при которой можно достичь результата при минимальных затратах. Также стоит отметить, что необязательно зацикливаться на одной конфигурации, так как существуют комбинированные топологии, которые имеют свои преимущества.

Похожие записи

plusiminusi.ru

3. Другие возможные сетевые топологии

3.1 Топология сети типа "дерево" (tree)

Реальные компьютерные сети постоянно расширяются и модернизируются. Поэтому почти всегда такая сеть является гибридной, т.е. ее топология представляет собой комбинацию нескольких базовых топологий. Легко представить себе гибридные топологии, являющиеся комбинацией "звезды" и "шины", либо "кольца" и "звезды". Однако особо следует выделить топологию "дерево" (tree), которую можно рассматривать как объединение нескольких "звезд" (рисунок 5). Именно эта топология сегодня является наиболее популярной при построении локальных сетей.

Рисунок 5 - Схема топологии сети типа "дерево"

Дерево может быть активным или истинным (рисунок 6) и пассивным (рисунок 7). При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном - концентраторы (хабы).

Рисунок 6 - Схема топологии сети типа "активное дерево"

Рисунок 7 - Схема топологии сети типа "пассивное дерево"

3.2 Комбинированные топологии сети

Довольно часто применяются комбинированные топологии, среди них наиболее распространены звездно-шинная и звездно-кольцевая.

В звездно-шинной (star-bus) топологии (Рисунок 8) используется комбинация шины и пассивной звезды.

Рисунок 8 - Схема комбинированной топологии сети типа "star-bus"

К концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты. На самом деле реализуется физическая топология шина, включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. В результате получается звездно-шинное дерево. Таким образом, пользователь может гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети. С точки зрения распространения информации данная топология равноценна классической шине.

В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии (Рисунок 9) в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы, к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи.

Рисунок 8 - Схема комбинированной топологии сети типа "star-ring"

В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов линии связи образуют замкнутый контур (как показано на рисунке 9). Данная топология дает возможность комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети. Если говорить о распространении информации, данная топология равноценна классическому кольцу.

3.3 "Сеточная" топология сети

Наконец, следует упомянуть о сетчатой, или сеточной (mesh) топологии, в которой все либо многие компьютеры и другие устройства соединены друг с другом напрямую (рисунок 10).

Рисунок 10 - Схема сеточной топологии сети

Такая топология исключительно надежна - при обрыве любого канала передача данных не прекращается, поскольку возможно несколько маршрутов доставки информации. Сеточные топологии (чаще всего не полные, а частичные) используются там, где требуется обеспечить максимальную отказоустойчивость сети, например, при объединении нескольких участков сети крупного предприятия или при подключении к Интернету, хотя за это, конечно, приходится платить: существенно увеличивается расход кабеля, усложняется сетевое оборудование и его настройка.

На практике используется сеточная топология полная и частичная (Рисунок 11).

Рисунок 11 - Схема полной и частичной сеточной типологии

В полной сеточной топологии каждый компьютер напрямую связан со всеми остальными компьютерами. В этом случае при увеличении числа компьютеров резко возрастает количество линий связи. Кроме того, любое изменение в конфигурации сети требует внесения изменений в сетевую аппаратуру всех компьютеров, поэтому полная сеточная топология не получила широкого распространения.

Частичная сеточная топология предполагает прямые связи только для самых активных компьютеров, передающих максимальные объемы информации. Остальные компьютеры соединяются через промежуточные узлы. Сеточная топология позволяет выбирать маршрут для доставки информации от абонента к абоненту, обходя неисправные участки. С одной стороны, это увеличивает надежность сети, с другой же - требует существенного усложнения сетевой аппаратуры, которая должна выбирать маршрут.

studfile.net

Урок 9. Топологии локальных сетей

 

В компьютерных сетях существует множество схем подключения устройств друг к другу. Все зависит от используемых технологий, конкретных требований и условий.

Рассмотрим основные топологии сетей и перечислим с какими технологиями они могут использоваться.

 


Шина (Bus)

Данная схема часто использовалась в технологии Ethernet (10Base2 и 10Base5). Компьютеры в локальной сети подключались друг к другу посредством коаксиального кабеля через Т-образные коннекторы. На концах кабеля устанавливались специальные загрушки - терминаторы, для поглощения сигнала

 


Принцип работы прост. Сигнал распространяется по кабелю. Все хосты принимают сигнал, если он адресован им, то принимают его.
При такой схеме возможна передача только одного компьютера. Все остальные слушают. То есть устройства начинают передавать данные по очереди, что не очень удобно. Длина передачи зависит от используемой технологии. Например, в технологии Ethernet 10Base2 максимальная длина составляла 185 м, в Ethernet 10Base5 - 500 м.
При обрыве кабеля обрывается связь для всех узлов.

В таблице описаны достоинства и недостатки данной схемы сети

Достоинства Недостатки
Простота установки Небольшой размер сети
Дешевая и доступная установка Обрыв кабеля приводит к полной неработоспособности сети
Отказ одного узла не влияет на работу остальных узлов Ограниченная длина кабеля

 

 

 

 

 

 

 

Звезда (Star)

При таком способе все конечные узлы подключаются к центральному устройству, который берет на себя все функции по усилению и коммутации сигнала

 


Обычно в качестве центрального устройства берется хаб или коммутатор. Данная схема наиболее распространена на сегодняшний день. В качестве передающей среды используются симметричные кабели на витой паре, оптические кабели и радиорелейные антенны.

Максимальная длина от конечного узла до центрального зависит от технологии и типа кабеля. Например, витая пара в сетях Ethernet передает сигнал на расстояние до 100 м.

Обрыв кабеля, ведущего к одному из конечных узлов не повлияет на работу остальных узлов. Однако при выходе из строя центрального узла оборвется связь на всей сети.

 

Достоинства Недостатки
Возможность для расширения сети Отказ центрального узла  ведет к отказу всей сети
Каждому узлу предоставляется выделенный канал (при использовании коммутатора) Требуется много кабеля для установки
Отказ одного узла не влияет на работу остальных узлов  

 

 

 

 

 

 

 

 

Кольцо (Ring)

Устройства при таком способе являются ретрансляторами. Сигнал передается по кругу в определенном направлении и проходит через все узлы, подключенные к кольцу. Если принятые пакеты адресованы узлу, принявшему пакеты, то он передает их дальше по стеку. В противном случае транслирует дальше по сети. Кольцевая топология в основном используется в технологиях Token Ring и FDDI

 

Достоинства Недостатки
Простота установки Отказ одного узла ведет к отказу всей сети

 

 

 

 

 

Дерево (Tree)

Данная топология имеет разветвленную структуру и представляет собой сеть, состоящую из нескольких подсетей, подключенных по схеме “Star”.

В такую схему можно включать любые устройства, включая коммутаторы и маршрутизаторы

 

 

 

Достоинства Недостатки
Хорошо масштабируемая сеть (большой потенциал для расширения) Зависимость нижестоящих узлов от вышестоящих, то есть отказ одного вышестоящего узла приведет к отказу всей ветки
Легко найти неисправности Требуется много кабеля

 

 

 

 

 

 

 

Каждый с каждым (Full Mesh)

Такая схема подключения является самой надежной, так как к одному узлу сразу подключены как минимум 2 соседних устройства. В то же время такая схема сети является и самой дорогой

 

Достоинства Недостатки
Хорошо масштабируемая сеть (большой потенциал для расширения) Дорогостоящая
Отказоустойчивая В некоторых случаях тяжело реализовать

 

 

 

 

Каждая топология имеет свои достоинства и недостатки. Поэтому при проектировании сетей часто используют смешанные варианты.

 

Комментарии для сайта Cackle

easy-network.ru

Лекция 02. Топология локальных сетей. Состав и конфигурация сетевой аппаратуры в зависимости от топологии сети.

Топология локальных сетей.

Состав и конфигурация сетевой аппаратуры в зависимости от топологии сети.

1. Понятие топологии сети

Общая схема соединения компьютеров в локальные сети называется топологией сети

Топология - это физическая конфигурация сети в совокупности с ее логическими характеристиками. Топология - это стандартный термин, который используется при описании основной компоновки сети. Если понять, как используются различные топологии, то можно будет определить, какими возможностями обладают различные типы сетей.

Существует два основных типа топологий:

  • физическая
  • логическая

Логическая топология описывает правила взаимодействия сетевых станций при передаче данных.

Физическая топология определяет способ соединения носителей данных.

Термин "топология сети" характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология физических связей может принимать разные «геометрические» формы, при этом существенным является не геометрическое расположение кабеля, а лишь наличие связи между узлами (замкнутость/незамкнутость, наличие центра и т.д.).

Топология сети обуславливает ее характеристики.

Выбор той или иной топологии влияет на:

  • состав необходимого сетевого оборудования
  • характеристики сетевого оборудования
  • возможности расширения сети
  • способ управления сетью

Конфигурация сети может быть или децентрализованной (когда кабель "обегает" каждую станцию в сети), или централизованной (когда каждая станция физически подключается к некоторому центральному устройству, распределяющему фреймы и пакеты между станциями). Примером централизованной конфигурации является звезда с рабочими станциями, располагающимися на концах ее лучей. Децентрализованная конфигурация похожа на цепочку альпинистов, где каждый имеет свое положение в связке, а все вместе соединены одной веревкой. Логические характеристики топологии сети определяют маршрут, проходимый пакетом при передаче по сети.

При выборке топологии нужно учитывать, чтобы она обеспечивала надежную и эффективную работу сети, удобное управление потоками сетевых данных. Желательно также, чтобы сеть по стоимости создания и сопровождения получилась недорогой, но в то же время оставались возможности для ее дальнейшего расширения и, желательно, для перехода к более высокоскоростным технологиям связи. Это непростая задача! Чтобы ее решить, необходимо знать, какие бывают сетевые топологии.

По топологии связей различают:

  • сети с топологией "общая шина (шина) ";
  • сети с топологией "звезда";
  • сети с топологией "кольцо"»;
  • сети с древовидной топологией;
  • сети со смешанной топологией

2. Базовые топологии сети

Существует три базовые топологии, на основе которых строится большинство сетей.

  • шина (bus)
  • звезда (star)
  • кольцо (ring)

"Шиной" называется топология, в которой компьютеры подключены вдоль одного кабеля.

"Звездой" называется топология, в которой компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора.

"Кольцом" называется топология, если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо.

Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.

2.1 Топология сети типа "шина" (bus)

В этой топологии все компьютеры соединяются друг с другом одним кабелем. Каждый компьютер присоединяется к общему кабелю, на концах которого устанавливаются терминаторы. Сигнал проходит по сети через все компьютеры, отражаясь от конечных терминаторов.

 

 

Схема топологии сети тип "шина"

Топология "шина" порождается линейной структурой связей между узлами. Аппаратно такая топология может быть реализована, например, путём установки на центральные компьютеры двух сетевых адаптеров. В целях предотвращения отражения сигнала на концах кабеля должны быть установлены терминаторы, поглощающие сигнал.

В сети с топологией "шина" компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов - аппаратных MAC-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. 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 ни к чему) концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.

 

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.

Достоинств топологии "шина":

  • небольшое время установки сети
  • дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств)
  • простота настройки
  • выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети

Недостатки топологии "шина":

  • 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 сейчас уже практически не используются.

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

2.2 Базовая топология сети типа "звезда" (star)

При топологии "звезда" все компьютеры подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub). Каждый компьютер подсоединяется к сети при помощи отдельного соединительного кабеля. Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным.

В «звезде» всегда есть центр, через который проходит любой сигнал в сети. Функции центрального звена выполняют специальные сетевые устройства, причём передача сигнала в них может идти по-разному: в одних случаях устройство направляет данные всем узлам, кроме узла-отправителя, в других устройство анализирует, какому узлу предназначаются данные и направляет их только ему.

Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.

 

 

Схема топологии сети типа "звезда"

Достоинства типологии "звезда":

  • выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом
  • хорошая масштабируемость сети
  • лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети
  • высокая производительность сети (при условии правильного проектирования)
  • гибкие возможности администрирования

Недостатки типологии "звезда":

  • выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом
  • для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий
  • конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель витая пара. UTP категория 3 или 5. (Категории кабеля «витая пара», которые нумеруются от 1 до 7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины).

Топология типа "звезда" нашла свое отражение в технологии Fast Ethernet6.

2.3 Базовая топология сети типа "кольцо" (ring)

При топологии "кольцо" компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии "шина", здесь каждый компьютер выступает в роли репитера (повторителя), усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

 

 

Схема сети типа "кольцо"

Функционирование замкнутой топологии «кольцо» основано на передаче маркера.

Маркер – пакет данных, разрешающий компьютеру передавать данные в сеть.

 

Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который "хочет" передать данные. Компьютер, желающий начать передачу, «захватывает» маркер, изменяет его, помещает адрес получателя в данные и посылает их по кольцу получателю.

Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных. После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приёма данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создаёт новый маркер и возвращает его в сеть.

На первый взгляд, кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается практически со скоростью света. В кольце диаметром 200 метров маркер может циркулировать с частотой 10 000 оборотов в секунду.

Достоинства топологии "кольцо":

  • простота установки
  • практически полное отсутствие дополнительного оборудования
  • возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.

Недостатки топологии "кольцо":

  • выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети
  • сложность конфигурирования и настройки
  • сложность поиска неисправностей

Наиболее широкое применение получила в оптоволоконных сетях. Используется в стандартах FDDI8, Token ring9.

3. Другие возможные сетевые топологии

Реальные компьютерные сети постоянно расширяются и модернизируются. Поэтому почти всегда такая сеть является гибридной, т.е. ее топология представляет собой комбинацию нескольких базовых топологий. Легко представить себе гибридные топологии, являющиеся комбинацией "звезды" и "шины", либо "кольца" и "звезды".

3.1 Топология сети типа "дерево" (tree)

Топологию "дерево" (tree), можно рассматривать как объединение нескольких "звезд". Именно эта топология сегодня является наиболее популярной при построении локальных сетей.

 

 

Схема топологии сети типа "дерево"

В древовидной топологии есть корень дерева, от которого произрастают ветви и листья.

Дерево может быть активным или истинным и пассивным. При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном - концентраторы (хабы).

 

 

Рисунок 6 - Схема топологии сети типа "активное дерево"

 

 

Рисунок 7 - Схема топологии сети типа "пассивное дерево"

3.2 Комбинированные топологии сети

Довольно часто применяются комбинированные топологии, среди них наиболее распространены звездно-шинная и звездно-кольцевая.

В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды.

 

Схема комбинированной топологии сети типа "star-bus"

К концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты. На самом деле реализуется физическая топология шина, включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. В результате получается звездно-шинное дерево. Таким образом, пользователь может гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети. С точки зрения распространения информации данная топология равноценна классической шине.

В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы, к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи.

 

 

Схема комбинированной топологии сети типа "star-ring"

В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов линии связи образуют замкнутый контур (как показано на рисунке 9). Данная топология дает возможность комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети. Если говорить о распространении информации, данная топология равноценна классическому кольцу.

 

3.3 "Сеточная" топология сети

Наконец, следует упомянуть о сетчатой, или сеточной (mesh) топологии, в которой все либо многие компьютеры и другие устройства соединены друг с другом напрямую (рисунок 10).

 

 

Рисунок 10 - Схема сеточной топологии сети

Такая топология исключительно надежна - при обрыве любого канала передача данных не прекращается, поскольку возможно несколько маршрутов доставки информации. Сеточные топологии (чаще всего не полные, а частичные) используются там, где требуется обеспечить максимальную отказоустойчивость сети, например, при объединении нескольких участков сети крупного предприятия или при подключении к Интернету, хотя за это, конечно, приходится платить: существенно увеличивается расход кабеля, усложняется сетевое оборудование и его настройка.

В настоящее время, подавляющее большинство современных сетей используют топологию "звезда" или гибридную топологию, представляющую собой объединение нескольких "звезд" (например, топологию типа "дерево"), и метод доступа к среде передачи CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений).

Фрагмент вычислительной сети

 

Фрагмент вычислительной сети включает основные типы коммуникационного оборудования, применяемого сегодня для образования локальных сетей и соединения их через глобальные связи друг с другом. Для построения локальных связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем, сетевые адаптеры, концентраторы-повторители, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. Для подключения локальных сетей к глобальным связям используются специальные выходы (WAN порты) мостов и маршрутизаторов, а также аппаратура передачи данных по длинным линиям – модемы (при работе по аналоговым линиям) или же устройства подключения к цифровым каналам (TA – терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.).

infofiz.ru

2.4.2 Древовидная топология | IC-LINE.RU

Поскольку GEPON в классическом виде имеет древовидную структуру, не обратить внимание на эту топологию было бы преступлением.

Древовидная топология сама по себе предполагает наличие таких топологических элементов, как «корень», «ствол», «ветви» и «листья».

Сразу определимся с терминологией, которая в данном разделе будет несколько вольной:
— «дерево» — вся пассивная оптическая сеть, подключенная ко всем EPON портам OLT;
— «поддерево» — пассивная оптическая сеть, подключенная к одному конкретному EPON порту OLT.

«Корнем»древовидных структур в PON является собственноOLT, из которого «произрастает» пассивное «дерево» (состоящее, как мы помним, из абонентских «поддеревьев»).

«Стволом» пассивного дерева является обычно самый толстый (читай: ёмкий) кабель, проложенный от «корня» до первого (корневого) делителя.

В качестве «ветвей» можно рассматривать оптические кабелиразной ёмкости, проложенные на всём пути от корневого делителя к «листьям».

В роли «листьев» выступают ONU и всё стоящее за ONU клиентское оборудование.

*Таким образом, на базе одного Low-Level BDCOM OLT (который имеет 4 EPON порта)возможно построить одно дерево, состоящее из четырех поддеревьев суммарной ёмкостью 256 абонентов (по 64 абонента каждое поддерево).

Топологию «дерево» можно строить как угодно (лишь бы фантазии хватило), но концептуально все древовидные топологии можно разделить на два типа:

  1. Направление и географическое положение дерева и поддеревьев в нем совпадают (например, пассивное дерево «растет и ветвится» только на север от корня).
  2. Поддеревья «произрастают» независимо друг от друга (например, первое поддерево «растет и ветвится» на север от корня, второе – на северо-запад, третье-на юг…).

Первый тип деревьев представляет собой дерево четыре-в-одном, корень, ствол, ветви и узлы деления которого «наложены» друг на друга и географически представляют собой одну и ту же точку или линию.

*в простонародье дерево первого типа называют «мультидеревом»*

Деревья второго типа используют географически независимые друг от друга узлы деления, то есть поддеревья«произрастают» как-бы отдельно от остальных своих собратьев, имея при этом общий корень.

Другими словами, разница в том, что первый тип дерева (мультидерево) имеет большую ёмкость абонентов (256 и более) и использует общий магистральный кабель (4, 8, редко – больше волокон) для обслуживания абонентов, а второй тип обслуживает до 64-х оптических абонентов на каждое направление, используя отдельный кабель.

*здесь и далее будет указываться цифра 64, характерная для оборудования компании BDCOM и ряда других производителей*

Используя первый тип дерева (мультидерево) можно построить мощную и очень ёмкую инфраструктуру в целом населённом пункте(возможно, даже в небольшом спальном районе города), используя группу OLT’ов на стороне провайдера и одно магистральное дерево.

Второй тип дерева логично использовать для обеспечения связью небольших локальных районов (до 4-х независимых районов на один Low-Level OLT).

Первый тип дерева(«мультидерево») более элегантный, но более сложный с точки зрения проектирования. По сути, именно этот тип дерева и является классикой построения древовидных пассивных сетей. Классическое PON-дерево удобно разворачивать в небольших населенных пунктах или микрорайонах с высокой плотностью застройки и большим количеством потенциальных абонентов, географически расположенных рядом.

Основной задачей инженера-проектировщика при построении топологии будущей сети типа «мультидерево» является грамотный выбор местоположения узлов деления.

Это связано с тем, что до последнего (абонентского) узла деления ствол и ветви мультидерева  будут содержать в себе волокна от всех включенных в корень поддеревьев.

*Число волокон в мультидереве (до абонентского узла деления) должно быть равно количеству EPON портов в корне или кратно ему. Кратность нужна в случае, если планируется расширение абонентской базы в заданном районе: в этом случае в корень придется ставить еще один OLT, к которому потребуется подключать дополнительные волокна (а это очень удобно делать, когда они уже в наличии, а не когда надо судорожно и в спешке прокладывать новый кабель).*

Ветви «мультидерева» обязательно должны покрыть всю площадь предполагаемого района подключения, а листья, как и во всех остальных случаях, отводятся под абонентские подключения. Проектировать такую пассивную сеть удобно, разбивая жилой массив на квадраты (квадратно-гнездовой способ) и устанавливая в центре каждого квадрата делитель 1хM, обеспечивающий транспорт сигнала на M направлений внутри этого квадрата. (Рисунок 9).

 Рисунок 9 – квадратно-гнездовой способ проектирования топологии PON типа «мультидерево» с использованием планарных делителей 1х4

Фактически, сеть будет представлять собой N независимых поддеревьев (где N кратно числу EPON портов в корне мультидерева и, соответственно, числу волокон в кабеле) в одном физическом дереве.

*Применительно к оборудованию BDCOM, работает это так:
— если абонентов в районе покрытия PON не планируется более 256 – надо ставить Low-LevelOLTP3310B (4 EPON порта по 64 абонента на каждом) и строить «мультидерево» на четырехволоконном кабеле;
— если абонентов районе покрытия PON планируется более 256, но на данный момент готово подключиться до 256 абонентов, при этом не известно, когда количество абонентов будет больше ёмкости одного стандартного OLT – прокладывается восьмиволоконныйкабель (или кабель большей ёмкости, если денег не жалко или если есть уверенность в том, что от абонентов не будет отбоя).При полной загрузке одного OLT (256 абонентов) в корень дерева ставится еще один такой же OLT (или старый заменяется на более мощный и с большим количеством портов), а свободные волокна в дереве подключаются к новым EPON портам.*

После того, как обозначены основные узлы деления и проложен кабель, начинается пошаговое  развитие «мультидерева». В корневом N-волоконном кабеле, идущем от станции провайдера до абонентских узлов деления, задействуется первое волокно (начинает расти ствол первого поддерева). Во всех узлах деления это волокно соединяется необходимыми делителями (первое поддерево начинает ветвиться), а остальные волокна остаются «разорванными» (Рисунок 10).  Таким образом, становится активным первое из N поддеревьев в «мультидереве».

Рисунок 10 – основной узел деления при развитии топологии PON типа «мультидерево»

Как только любой из абонентских делителей (тот, из которого растут «листья» абонентских подключений) на определенном направлении полностью заполняется абонентами, в этом же направлении начинает развиваться второе из N деревьев – и так до тех пор, пока все волокна на всех направлениях не будут заняты

«Мультидерево» может быть построено на базе любых делителей: FBT 1×2, PLC 1х2, 1х4, 1х8, 1х16. Концепция PON-дерева предполагает, что пассивная сеть может быть построена на базе комбинации любых делителей с учётом соблюдения основного правила: каждое поддерево нельзя делить больше, чем на N абонентов с соблюдением оптического бюджета системы.

*как уже было сказано выше, для оборудования BDCOM N = 64 при оптическом бюджете системы 30дБ).*

Основным достоинством «мультидерева» является экономия волокна и простота включения нового абонента.

Основные недостатки: сложность первоначального проектирования и риски, связанные с неверным планированием числа возможных абонентов.


На рисунке 11 изображен второй тип дерева. Вариаций построения топологии такого типа много, но для простоты восприятия показан самый простой случай, отдалённо напоминающий FTTX.


На стороне провайдера, сразу за OLT, устанавливается делитель 1х8, который одной стороной подключается к PON порту OLT, а другой – к восьмиволоконному кабелю, играющему роль «ствола» будущего поддерева. По мере необходимости, «ствол» режется, от него ответвляется и разваривается одно волокно, из которого начинает расти «ветвь» на 8 абонентов, а остальные волокна пускаются дальше. Каждое ответвление от основной магистрали поддерева может быть выполнено с использованием делителя 1х8 или комбинации делителей 1х2 и 1х4.

 

Рисунок 11 – топология PON типа «дерево»

Основным достоинством второго типа дерева является простота понимания процесса построения сети. Кроме того, второй тип дерева обеспечивает относительно удобное освоение конкретного направления: один порт на один микрорайон с возможностью ветвления «на месте».

Главным недостатком является отклонение от концепции экономии волокна в пользу простоты исполнения топологии сети: используется несколько независимых многоволоконных магистральных кабелей (по одному кабелю на каждый EPON порт OLT) для построения пассивной сети под управлением одного OLT (читай как: у пассивного дерева такого типа может быть только ОДИН корень).

И первый, и второй типы деревьев, как уже было сказано выше, могут ветвиться с использованием любых делителей 1хN, образуя разнообразные причудливые формы. Главное – соблюдение двух правил:

А) «Правило оптического бюджета»: оптический бюджет потерь необходимо «уложить» в минимальный оптический бюджет системы. При этом желательно оставить 3дБ «про запас»;
Б) «Правило деления на N»: ни одно волокно, выходящее из PON-порта OLT, не должно быть поделено больше, чем на N конечных волокон, и к нему должно быть подключено не более N ONU (зависит от программных возможностей системы).

Однако, как показывает практика, не все комбинации делителей одинаково полезны хороши. Рассмотрим самые «ходовые» комбинации в цифрах (Рисунок 12). При строительстве ирасчётах каждой комбинации наиболее правильно использовать комбинированную «механическо-сварную» методологию включения делителей: вход делителя сварен с корневымUpLink волокном, а выходы соединяются с DownLink волокнами(ветвями или абонентскими патч-кордами) посредством механического соединения типа SC/UPC-SC/UPC.

Ниже показаны самые распространенные топологии типа «дерево», численные данные по которым можно найти в приложенных таблицах, показанных в качестве примера. Каждая таблица с расчётами включает в себя потери на соединении SFPOLT с корневымволокномподдерева, а также потери на соединении «абонентскийпатч-корд – ONU».

Рисунок 12 – Основные способы ветвления пассивного дерева.

PLC 1×8 + PLC 1×8.

Самый распространённый набор делителей для любого типа древовидной топологии. Для полной загрузки одного поддерева (64 абонента для одного EPON порта оборудования BDCOM) таких делителей нужно 9: один корневой + восемь абонентских (см. Рисунок 9 и Рисунок 12). Для полной загрузки стандартного«мультидерева» на 256 абонентов (опять же, и далее в том числе, для оборудования BDCOM), построенного по принципу «1х8 + 1х8», необходимо 36 этих самых «1х8» (см. Рисунок 10, Рисунок 12).

Что касательно бюджета потерь и остаточного оптического бюджета – его проиллюстрирует Таблица 3, в которой показаны значения уровня сигнала после каждого элемента дерева (SC/UPC-SC/UPC механические соединения и делители 1х8). Напомним, что за исходное значение мощности принята мощность 4dBm, а минимальная чувствительность ONU по паспорту равна -26dBm.

Как видно из таблицы, дерево 1х8 + 1х8 имеет нормальные показатели в плане потерь мощности. Остаточный оптический бюджет ~7дБ способен обеспечить глубину дерева до 19 км (без учёта сварок, перегибов и проч.) при затухании на длине волны 1310nm = 0,36дБ/км.

PLC 1×4 + PLC 1×4 + PLC 1×4.

Достаточно удобная топология для жилых массивов, в которых абоненты расположены кучно близко друг к другу, но каждая группа абонентов обособлена от других таких же групп (Рисунок 12). Набор делителей 1х4 и 1х16 можно использовать двумя способами: или сначала поделить корень поддерева на 4 ветви, а потом каждую из них поделить еще на 16, или наоборот (сначала на 16, а потом на 4). Сторонники есть и у того, и у другого способа. Бюджет потерь одинаков: от перемены мест слагаемых сумма… ну, вы в курсе.

Количество делителей для первого случая: 4 штуки 1×4 + 16 штук 1х16. Для второго случая: 4 штуки 1х16 + 48 штук 1х4 (естественно, для 256 абонентов в мультидереве). Потери в дереве проиллюстрирует Таблица 5.
Видно, что потери такие же, как и при использовании 1х8 + 1х8 (Таблица 3), а мобильность сети также возрастает (по отношению к базовой топологии 1х8 + 1х8).

PLC 1×4 + PLC 1×16.

Достаточно удобная топология для жилых массивов, в которых абоненты расположены кучно близко друг к другу, но каждая кучка группа абонентов обособлена от других таких же групп (Рисунок 10). Набор делителей 1х4 и 1х16 можно использовать двумя способами: или сначала поделить UpLink на 4 DownLink`a, а потом каждый из них поделить еще на 16, или наоборот (сначала на 16, а потом на 4). Сторонники есть и у того, и у другого способа. Бюджет потерь одинаков: от перемены мест слагаемых сумма… ну, вы в курсе.

Количество делителей для первого случая: 4 штуки 1×4 + 16 штук 1х16. Для второго случая: 4 штуки 1х16 + 48 штук 1х4 (естественно, для 256 абонентов в дереве). Потери в дереве проиллюстрирует Таблица 5.
Видно, что потери такие же, как и при использовании 1х8 + 1х8 (Таблица 3), а мобильность сети возрастает в разы.

PLC 1×2 + PLC1x4 + PLC1x8.
Самая масштабируемая (читать как «мобильная») древовидная топология (Рисунок 10). 6 вариантов строительства дерева делают этот набор делителей практически универсальным средством для построения PON:

  • 1×2 + 1×4 + 1×8;
  • 1×2 + 1×8 + 1×4;
  • 1×4 + 1×2 + 1×8;
  • 1×4 + 1×8 + 1×2’
  • 1×8 + 1×2 + 1×4;
  • 1×8 + 1×4 + 1×2;

Как и в предыдущем случае, бюджет потерь для всех вариаций одинаков (см. Таблица 6).
Как видно, мощность на приёмнике ONU схожая с вариантом 1х4 + 1х4 + 1х4 (Таблица 4), мобильность выше. Одна из самых «ветвистых»среди наиболее распространенных топологий.

На самом деле, все вышеперечисленные комбинации – это только «верхушка айсберга» PON. Иногда потребность такова, что вместо планарных делителей 1х2 необходимо использовать сварные с неравноплечим коэффициентом затуханий на каждом выходе. Иногда требуется каскад планарных делителей 1х2 (вплоть до 6 делителей подряд). Все возможные комбинации перечислить просто невозможно, и в этом большой плюс: берем карту местности, включаем фантазию и делаем то, что никто никогда еще не делал! Оптический бюджет стерпит!

 

<< Топология «звезда»      Топология типа «Шина» >>

ic-line.ru

Лекция 02. Топология локальных сетей. Состав и конфигурация сетевой аппаратуры в зависимости от топологии сети.

Топология локальных сетей.

Состав и конфигурация сетевой аппаратуры в зависимости от топологии сети.

1. Понятие топологии сети

Общая схема соединения компьютеров в локальные сети называется топологией сети

Топология - это физическая конфигурация сети в совокупности с ее логическими характеристиками. Топология - это стандартный термин, который используется при описании основной компоновки сети. Если понять, как используются различные топологии, то можно будет определить, какими возможностями обладают различные типы сетей.

Существует два основных типа топологий:

  • физическая
  • логическая

Логическая топология описывает правила взаимодействия сетевых станций при передаче данных.

Физическая топология определяет способ соединения носителей данных.

Термин "топология сети" характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология физических связей может принимать разные «геометрические» формы, при этом существенным является не геометрическое расположение кабеля, а лишь наличие связи между узлами (замкнутость/незамкнутость, наличие центра и т.д.).

Топология сети обуславливает ее характеристики.

Выбор той или иной топологии влияет на:

  • состав необходимого сетевого оборудования
  • характеристики сетевого оборудования
  • возможности расширения сети
  • способ управления сетью

Конфигурация сети может быть или децентрализованной (когда кабель "обегает" каждую станцию в сети), или централизованной (когда каждая станция физически подключается к некоторому центральному устройству, распределяющему фреймы и пакеты между станциями). Примером централизованной конфигурации является звезда с рабочими станциями, располагающимися на концах ее лучей. Децентрализованная конфигурация похожа на цепочку альпинистов, где каждый имеет свое положение в связке, а все вместе соединены одной веревкой. Логические характеристики топологии сети определяют маршрут, проходимый пакетом при передаче по сети.

При выборке топологии нужно учитывать, чтобы она обеспечивала надежную и эффективную работу сети, удобное управление потоками сетевых данных. Желательно также, чтобы сеть по стоимости создания и сопровождения получилась недорогой, но в то же время оставались возможности для ее дальнейшего расширения и, желательно, для перехода к более высокоскоростным технологиям связи. Это непростая задача! Чтобы ее решить, необходимо знать, какие бывают сетевые топологии.

По топологии связей различают:

  • сети с топологией "общая шина (шина) ";
  • сети с топологией "звезда";
  • сети с топологией "кольцо"»;
  • сети с древовидной топологией;
  • сети со смешанной топологией

2. Базовые топологии сети

Существует три базовые топологии, на основе которых строится большинство сетей.

  • шина (bus)
  • звезда (star)
  • кольцо (ring)

"Шиной" называется топология, в которой компьютеры подключены вдоль одного кабеля.

"Звездой" называется топология, в которой компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора.

"Кольцом" называется топология, если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо.

Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.

2.1 Топология сети типа "шина" (bus)

В этой топологии все компьютеры соединяются друг с другом одним кабелем. Каждый компьютер присоединяется к общему кабелю, на концах которого устанавливаются терминаторы. Сигнал проходит по сети через все компьютеры, отражаясь от конечных терминаторов.

 

 

Схема топологии сети тип "шина"

Топология "шина" порождается линейной структурой связей между узлами. Аппаратно такая топология может быть реализована, например, путём установки на центральные компьютеры двух сетевых адаптеров. В целях предотвращения отражения сигнала на концах кабеля должны быть установлены терминаторы, поглощающие сигнал.

В сети с топологией "шина" компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов - аппаратных MAC-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. 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 ни к чему) концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.

 

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.

Достоинств топологии "шина":

  • небольшое время установки сети
  • дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств)
  • простота настройки
  • выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети

Недостатки топологии "шина":

  • 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 сейчас уже практически не используются.

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

2.2 Базовая топология сети типа "звезда" (star)

При топологии "звезда" все компьютеры подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub). Каждый компьютер подсоединяется к сети при помощи отдельного соединительного кабеля. Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным.

В «звезде» всегда есть центр, через который проходит любой сигнал в сети. Функции центрального звена выполняют специальные сетевые устройства, причём передача сигнала в них может идти по-разному: в одних случаях устройство направляет данные всем узлам, кроме узла-отправителя, в других устройство анализирует, какому узлу предназначаются данные и направляет их только ему.

Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.

 

 

Схема топологии сети типа "звезда"

Достоинства типологии "звезда":

  • выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом
  • хорошая масштабируемость сети
  • лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети
  • высокая производительность сети (при условии правильного проектирования)
  • гибкие возможности администрирования

Недостатки типологии "звезда":

  • выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом
  • для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий
  • конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель витая пара. UTP категория 3 или 5. (Категории кабеля «витая пара», которые нумеруются от 1 до 7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины).

Топология типа "звезда" нашла свое отражение в технологии Fast Ethernet6.

2.3 Базовая топология сети типа "кольцо" (ring)

При топологии "кольцо" компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии "шина", здесь каждый компьютер выступает в роли репитера (повторителя), усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

 

 

Схема сети типа "кольцо"

Функционирование замкнутой топологии «кольцо» основано на передаче маркера.

Маркер – пакет данных, разрешающий компьютеру передавать данные в сеть.

 

Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который "хочет" передать данные. Компьютер, желающий начать передачу, «захватывает» маркер, изменяет его, помещает адрес получателя в данные и посылает их по кольцу получателю.

Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных. После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приёма данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создаёт новый маркер и возвращает его в сеть.

На первый взгляд, кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается практически со скоростью света. В кольце диаметром 200 метров маркер может циркулировать с частотой 10 000 оборотов в секунду.

Достоинства топологии "кольцо":

  • простота установки
  • практически полное отсутствие дополнительного оборудования
  • возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.

Недостатки топологии "кольцо":

  • выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети
  • сложность конфигурирования и настройки
  • сложность поиска неисправностей

Наиболее широкое применение получила в оптоволоконных сетях. Используется в стандартах FDDI8, Token ring9.

3. Другие возможные сетевые топологии

Реальные компьютерные сети постоянно расширяются и модернизируются. Поэтому почти всегда такая сеть является гибридной, т.е. ее топология представляет собой комбинацию нескольких базовых топологий. Легко представить себе гибридные топологии, являющиеся комбинацией "звезды" и "шины", либо "кольца" и "звезды".

3.1 Топология сети типа "дерево" (tree)

Топологию "дерево" (tree), можно рассматривать как объединение нескольких "звезд". Именно эта топология сегодня является наиболее популярной при построении локальных сетей.

 

 

Схема топологии сети типа "дерево"

В древовидной топологии есть корень дерева, от которого произрастают ветви и листья.

Дерево может быть активным или истинным и пассивным. При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном - концентраторы (хабы).

 

 

Рисунок 6 - Схема топологии сети типа "активное дерево"

 

 

Рисунок 7 - Схема топологии сети типа "пассивное дерево"

3.2 Комбинированные топологии сети

Довольно часто применяются комбинированные топологии, среди них наиболее распространены звездно-шинная и звездно-кольцевая.

В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды.

 

Схема комбинированной топологии сети типа "star-bus"

К концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты. На самом деле реализуется физическая топология шина, включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. В результате получается звездно-шинное дерево. Таким образом, пользователь может гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети. С точки зрения распространения информации данная топология равноценна классической шине.

В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы, к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи.

 

 

Схема комбинированной топологии сети типа "star-ring"

В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов линии связи образуют замкнутый контур (как показано на рисунке 9). Данная топология дает возможность комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети. Если говорить о распространении информации, данная топология равноценна классическому кольцу.

 

3.3 "Сеточная" топология сети

Наконец, следует упомянуть о сетчатой, или сеточной (mesh) топологии, в которой все либо многие компьютеры и другие устройства соединены друг с другом напрямую (рисунок 10).

 

 

Рисунок 10 - Схема сеточной топологии сети

Такая топология исключительно надежна - при обрыве любого канала передача данных не прекращается, поскольку возможно несколько маршрутов доставки информации. Сеточные топологии (чаще всего не полные, а частичные) используются там, где требуется обеспечить максимальную отказоустойчивость сети, например, при объединении нескольких участков сети крупного предприятия или при подключении к Интернету, хотя за это, конечно, приходится платить: существенно увеличивается расход кабеля, усложняется сетевое оборудование и его настройка.

В настоящее время, подавляющее большинство современных сетей используют топологию "звезда" или гибридную топологию, представляющую собой объединение нескольких "звезд" (например, топологию типа "дерево"), и метод доступа к среде передачи CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений).

Фрагмент вычислительной сети

 

Фрагмент вычислительной сети включает основные типы коммуникационного оборудования, применяемого сегодня для образования локальных сетей и соединения их через глобальные связи друг с другом. Для построения локальных связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем, сетевые адаптеры, концентраторы-повторители, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. Для подключения локальных сетей к глобальным связям используются специальные выходы (WAN порты) мостов и маршрутизаторов, а также аппаратура передачи данных по длинным линиям – модемы (при работе по аналоговым линиям) или же устройства подключения к цифровым каналам (TA – терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т.п.).

infofiz.ru

Наиболее распространенные виды топологий сетей:

Линейная сеть. Содержит только два оконечных узла, любое число промежуточных узлов и имеет только один путь между любыми двумя узлами.

Кольцевая сеть. Сеть, в которой к каждому узлу присоединены две и только две ветви.

Древовидная сеть. Сеть, которая содержит более двух оконечных узлов и по крайней мере два промежуточных узла, и в которой между двумя узлами имеется только один путь.

Звездообразная сеть. Сеть, в которой имеется только один промежуточный узел.

Ячеистая сеть. Сеть, которая содержит по крайней мере два узла, имеющих два или более пути между ними.

Полносвязанная сеть. Сеть, в которой имеется ветвь между любыми двумя узлами. Важнейшая характеристика компьютерной сети — её архитектура.

Архитектура сети — это реализованная структура сети передачи данных, определяющая её топологию, состав устройств и правила их взаимодействия в сети. В рамках архитектуры сети рассматриваются вопросы кодирования информации, её адресации и передачи, управления потоком сообщений, контроля ошибок и анализа работы сети в аварийных ситуациях и при ухудшении характеристик.

Наиболее распространённые архитектуры:

  • Ethernet (англ. ether — эфир) — широковещательная сеть. Это значит, что все станции сети могут принимать все сообщения. Топология — линейная или звездообразная. Скорость передачи данных 10 или 100 Мбит/сек.

  • Arcnet (Attached Resource Computer Network — компьютерная сеть соединённых ресурсов) — широковещательная сеть. Физическая топология — дерево. Скорость передачи данных 2,5 Мбит/сек.

  • Token Ring (эстафетная кольцевая сеть, сеть с передачей маркера) — кольцевая сеть, в которой принцип передачи данных основан на том, что каждый узел кольца ожидает прибытия некоторой короткой уникальной последовательности битов — маркера — из смежного предыдущего узла. Поступление маркера указывает на то, что можно передавать сообщение из данного узла дальше по ходу потока. Скорость передачи данных 4 или 16 Мбит/сек.

  • FDDI (Fiber Distributed Data Interface) — сетевая архитектура высокоскоростной передачи данных по оптоволоконным линиям. Скорость передачи — 100 Мбит/сек. Топология — двойное кольцо или смешанная (с включением звездообразных или древовидных подсетей). Максимальное количество станций в сети — 1000. Очень высокая стоимость оборудования.

  • АТМ (Asynchronous Transfer Mode) — перспективная, пока ещё очень дорогая архитектура, обеспечивает передачу цифровых данных, видеоинформации и голоса по одним и тем же линиям. Скорость передачи до 2,5 Гбит/сек. Линии связи оптические.

Особенности оптических систем связи.

 Волоконно-оптические линии связи - это вид связи, при      котором информация передается по оптическим диэлектрическим волноводам, известным под названием "оптическое волокно". Оптическое волокно в настоящее время считается самой совершенной физической средой для передачи информации, а также самой перспективной средой для передачи больших потоков информации на значительные расстояния. Основания так считать вытекают из ряда особенностей, присущих оптическим волноводам.

Физические особенности.

Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой несущей частотой. Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка  1.1 Терабит/с. Говоря другими словами, по одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут.

Очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0.22 дБ/км на длине волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. Для сравнения, лучшее волокно Sumitomo на длине волны 1.55 мкм имеет затухание 0.154 дБ/км. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более "прозрачные", так называемые фтороцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 дБ/км на длине волны 2.5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

1.2 Технические особенности.

Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди.

Оптические волокна имеют диаметр около 1 – 0,2 мм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике.

Стеклянные волокна - не металл, при строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Применяя особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и другие преграды.

Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии. Теоретически существуют способы обойти защиту путем мониторинга, но затраты на реализацию этих способов будут столь велики, что превзойдут стоимость перехваченной информации.

Для обнаружения перехватываемого сигнала понадобится перестраиваемый интерферометр Майкельсона специальной конструкции. Причем, видность интерференционной картины может быть ослаблена большим количеством сигналов, одновременно передаваемых по оптической системе связи. Можно распределить передаваемую информацию по множеству сигналов или передавать несколько шумовых сигналов, ухудшая этим условия перехвата информации. Потребуется значительный отбор мощности из волокна, чтобы несанкционированно принять оптический сигнал, а это вмешательство легко зарегистрировать системами мониторинга.

Важное свойство оптического волокна - долговечность. Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.

Физические особенности.

Широкополосность оптических сигналов, обусловленная чрезвычайно высокой несущей частотой. Это означает, что по оптической линии связи можно передавать информацию со скоростью порядка  1.1 Терабит/с. Говоря другими словами, по одному волокну можно передать одновременно 10 миллионов телефонных разговоров и миллион видеосигналов. Скорость передачи данных может быть увеличена за счет передачи информации сразу в двух направлениях, так как световые волны могут распространяться в одном волокне независимо друг от друга. Кроме того, в оптическом волокне могут распространяться световые сигналы двух разных поляризаций, что позволяет удвоить пропускную способность оптического канала связи. На сегодняшний день предел по плотности передаваемой информации по оптическому волокну не достигнут.

Очень малое (по сравнению с другими средами) затухание светового сигнала в волокне. Лучшие образцы российского волокна имеют затухание 0.22 дБ/км на длине волны 1.55 мкм, что позволяет строить линии связи длиной до 100 км без регенерации сигналов. Для сравнения, лучшее волокно Sumitomo на длине волны 1.55 мкм имеет затухание 0.154 дБ/км. В оптических лабораториях США разрабатываются еще более "прозрачные", так называемые фтороцирконатные волокна с теоретическим пределом порядка 0,02 дБ/км на длине волны 2.5 мкм. Лабораторные исследования показали, что на основе таких волокон могут быть созданы линии связи с регенерационными участками через 4600 км при скорости передачи порядка 1 Гбит/с.

1.2 Технические особенности.

Волокно изготовлено из кварца, основу которого составляет двуокись кремния, широко распространенного, а потому недорогого материала, в отличие от меди.

Оптические волокна имеют диаметр около 1 – 0,2 мм, то есть очень компактны и легки, что делает их перспективными для использования в авиации, приборостроении, в кабельной технике.

Стеклянные волокна - не металл, при строительстве систем связи автоматически достигается гальваническая развязка сегментов. Применяя особо прочный пластик, на кабельных заводах изготавливают самонесущие подвесные кабели, не содержащие металла и тем самым безопасные в электрическом отношении. Такие кабели можно монтировать на мачтах существующих линий электропередач, как отдельно, так и встроенные в фазовый провод, экономя значительные средства на прокладку кабеля через реки и другие преграды.

Системы связи на основе оптических волокон устойчивы к электромагнитным помехам, а передаваемая по световодам информация защищена от несанкционированного доступа. Волоконно-оптические линии связи нельзя подслушать неразрушающим способом. Всякие воздействия на волокно могут быть зарегистрированы методом мониторинга (непрерывного контроля) целостности линии. Теоретически существуют способы обойти защиту путем мониторинга, но затраты на реализацию этих способов будут столь велики, что превзойдут стоимость перехваченной информации.

Для обнаружения перехватываемого сигнала понадобится перестраиваемый интерферометр Майкельсона специальной конструкции. Причем, видность интерференционной картины может быть ослаблена большим количеством сигналов, одновременно передаваемых по оптической системе связи. Можно распределить передаваемую информацию по множеству сигналов или передавать несколько шумовых сигналов, ухудшая этим условия перехвата информации. Потребуется значительный отбор мощности из волокна, чтобы несанкционированно принять оптический сигнал, а это вмешательство легко зарегистрировать системами мониторинга.

Важное свойство оптического волокна - долговечность. Время жизни волокна, то есть сохранение им своих свойств в определенных пределах, превышает 25 лет, что позволяет проложить оптико-волоконный кабель один раз и, по мере необходимости, наращивать пропускную способность канала путем замены приемников и передатчиков на более быстродействующие.

Недостатки волоконно-оптической технологии:

  1. Необходимы также оптические коннекторы (соединители) с малыми оптическими потерями и большим ресурсом на подключение-отключение.

Точность изготовления таких элементов линии связи должна соответствовать длине волны излучения, то есть погрешности должны быть порядка доли микрона. Поэтому производство таких компонентов оптических линий связи очень дорогостоящее.

  1. Другой недостаток заключается в том, что для монтажа оптических волокон требуется прецизионное, а потому дорогое, технологическое оборудование.

  2. Как следствие, при аварии (обрыве) оптического кабеля затраты на восстановление выше, чем при работе с медными кабелями

Тем не менее, преимущества от применения волоконно-оптических линий связи (ВОЛС) настолько значительны, что, несмотря на перечисленные недостатки оптического волокна, эти линии связи все шире используются для передачи информации.

studfile.net

Отправить ответ

avatar
  Подписаться  
Уведомление о