Сетевая топология шина: Топология сети: звезда, шина, кольцо

Содержание

2.3.1. Топология «шина» - Компьютерные сети

В топологии «шина» по своей структуре предполагается идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать только по очереди, так как линия связи единственная. В противном случае передаваемая информация будет искажаться в результате наложения сигналов (конфликта, коллизии). Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).

В топологии «шина» отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, что увеличивает ее надежность (ведь при отказе любого центра перестает функционировать вся управляемая этим центром система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями.

Так как разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента, аппаратура сетевого адаптера при топологии «шина» получается сложнее, чем при других топологиях. Однако из-за широкого распространения сетей с топологией «шина» (Ethernet, Arcnet) стоимость сетевого оборудования получается не слишком высокой.

Шине не страшны отказы отдельных компьютеров, так как все остальные компьютеры сети могут нормально продолжать обмен. Может показаться, что шине не страшен и обрыв кабеля, поскольку в этом случае мы получим две вполне работоспособные шины. Однако из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных согласующих устройств - терминаторов.

Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Так что при разрыве или повреждении кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть. Любой отказ сетевого оборудования в шине очень трудно локализовать, так как все адаптеры включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, не так-то просто.
 


При прохождении по линии связи сети с топологией «шина» информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи, кроме того, каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования. Для увеличения длины сети с топологией «шина» часто используют несколько сегментов (каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных восстановителей сигналов - репитеров, или повторителей.

Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно, так как существуют еще и ограничения, связанные с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.

"Шина" - топология сети: достоинства, недостатки

Придя в различные компании, можно обратить внимание на то, что сеть там обустроена по-разному – где-то используется "звезда", где-то - "кольцо", а где-то - "шина". Топология сети достаточно сильно влияет на качество и скорость обмена данными между компьютерами, но при этом многие зачастую не знают основных преимуществ и недостатков каждого отдельного варианта.

Что это такое?

Несмотря на то что именно этот вариант сегодня является наиболее распространенным, термин "топология" не предусматривает только технологию «шина». Топология сети представляет собой просто объединение нескольких компьютеров в сети, поэтому ее можно назвать аналогичным вариантом таких понятий, как конфигурация, или структура сети. Помимо этого, в понятии "топология" заключено также большое количество правил, которыми определяются места размещения компьютеров, технологии прокладки кабеля и размещения связующего оборудования, а также еще масса других моментов.

Какой она может быть?

На сегодняшний день сформировалось три основных варианта такого объединения компьютеров – это "звезда", "кольцо" и "шина". Топология в каждом отдельном случае является отличной от остальных, а также имеет свои особенности и преимущества. Именно поэтому важно знать эти тонкости перед тем, как проводить сеть между компьютерами на том или ином объекте.

"Шина"

По технологии «шина» топология предусматривает использование единственного кабеля, при помощи которого объединяются между собой все использующиеся рабочие станции.

Таким образом, один-единственный кабель применяется каждой станцией по очереди, а все сообщения, которые отправляются этими станциями, могут быть приняты и прослушаны любым компьютером, который находится в данной сети. Из этого потока все рабочие станции отбирают только те сообщения, которые изначально были адресованы именно им.

В чем преимущества?

Достоинства топологии "шина" являются следующими:

  • Настройка является предельно простой для любого продвинутого пользователя.
  • Система достаточно просто устанавливается и при этом обуславливает минимум финансовых затрат, если все рабочие станции располагаются на небольшом расстоянии между собой.
  • Если ломается или же начинает давать сбой какая-то конкретная станция в сети, все остальные продолжают работать в прежнем режиме без каких-либо проблем.

В чем недостатки?

Также есть и недостатки топологии "шина":

  • Если возникает неполадка в каком-нибудь месте, моментально выходит из строя полностью вся сеть.
  • Достаточно сложно найти какие-либо неполадки в случае их возникновения.
  • Довольно низкая производительность по сравнению с остальными технологиями. Это обуславливается тем, что топология сети «шина» предусматривает одновременную передачу данных только с одного компьютера, а если же количество рабочих станций увеличивается, параллельно снижается производительность используемой сети.
  • Неважная масштабируемость. Чтобы добавить новые рабочие станции, нужно полностью заменить участки уже используемой "шины".

Именно данная технология использовалась для подключения компьютеров в локальную сеть при использовании коаксиального кабеля. В данном случае в роли "шины" использовались отрезки коаксиального кабеля, объединенные между сбой при помощи Т-коннекторов. "Шина" прокладывается полностью через все помещение, после чего подключается к каждому отдельному компьютеру, а боковой вывод коннектора вставляется в разъем, установленный на сетевой карте.

В связи с тем, что такое оборудование уже безнадежно устарело, а более широкое распространение получила топология сети "звезда", "шина" практически не используется, но ее по сегодняшний день можно встретить на различных предприятиях.

"Кольцо"

"Кольцо" представляет собой такую топологию локальной сети, в соответствии с которой различные все рабочие станции объединяются между собой последовательно, образуя полностью замкнутый круг. В такой сети данные транслируются от одной рабочей станции к другой в единственном направлении, при этом каждый отдельный компьютер работает как повторитель, осуществляя ретрансляцию сообщения к следующему, образуя таким образом своеобразную эстафету. Такая система уже имеет мало общего с тем, что представляет собой топология «общая шина», в связи с чем имеет массу своих особенностей и преимуществ.

В чем преимущества?

  • Компьютеры достаточно просто объединяются в сеть.
  • Практически нет никакой необходимости в том, чтобы использовать дополнительное оборудование.
  • Можно добиться стабильной работы без какого-либо заметного падения скорости транслирования данных при серьезной загрузке сети.
  • Любая рабочая станция должна активно использоваться в процедуре передачи данных, и если сломается хотя бы один компьютер, или же в определенном месте оборвется кабель, вся система полностью перестанет функционировать.
  • Если будет подключаться новая рабочая станция, сеть нужно на определенное время выключить, так как требуется размыкание кольца в процессе установки нового оборудования.
  • Система отличается достаточно сложной конфигурацией и настройками.
  • При возникновении тех или иных неисправностей даже специалистам достаточно сложно найти, в чем именно заключается неполадка.

В чем недостатки?

В связи с этими минусами сегодня не так часто можно встретить использование кольцевой топологии, и наиболее часто она встречается в оптоволоконных сетях стандарта Token Ring.

"Звезда"

Если каждая рабочая станция подключена непосредственно к центральному устройству, которым может служить маршрутизатор или же коммутатор, то это топология "звезда". "Шина" была с течением времени заменена именно этой технологией, так как она отличается более высокой производительностью и эффективностью. Данная технология предусматривает управление всеми движениями пакетов в сети непосредственно центральным устройством, а каждый компьютер через собственную сетевую карту подключается к данному коммутатору полностью отдельным кабелем.

В случае необходимости можно объединить в одно целое одновременно несколько сетей, использующих описываемую топологию, вследствие чего в результате получится конфигурация сети, имеющая древовидную топологию. Древовидная топология распространяется в крупных организациях, однако она отличается целым рядом своих особенностей и тонкостей реализации.

Топология «звезда» на сегодняшний день используется в качестве основы при построении практически всех локальных сетей, и, в частности, это является результатом целого ряда преимуществ данной технологии объединения компьютеров.

В чем преимущества?

  • Если ломается какая-либо конкретная станция (или же повреждается ее кабель), на работе в целом всей сети это никак не сказывается, то есть все остальное оборудование продолжает стабильно работать.
  • Прекрасная масштабируемость. Для того чтобы подключить новую рабочую станцию, нужно просто проложить отдельный кабель от коммутатора.
  • Достаточно просто можно найти, и после этого устранить неисправности или же какие-либо обрывы в сети.
  • Предельно высокая производительность, особенно если сравнивать с аналогичными вариантами топологии.
  • Идеальная простота настройки и администрирования всего оборудования.
  • В сеть без труда можно встроить дополнительные устройства.
  • Если ломается центральный коммутатор, вся сеть перестает работать.
  • Чтобы использовать сетевое оборудование, нужно выделить также дополнительные затраты, так как требуется приобретение отдельного устройства, к которому будут подключаться все компьютеры, подключенные к сети.
  • Количество рабочих станций ограничивается количеством портов в используемом центральном коммутаторе.

В чем недостатки?

На сегодняшний день "звезда" является наиболее распространенной технологией для современных проводных или же беспроводных сетей. В качестве примера звездообразной топологии можно представить сеть, использующую кабель типа «витая пара», а также коммутатор, который представляет собой центральное устройство. Именно такие сети часто сегодня можно встретить в преимущественном большинстве компаний.

Топология и ее многозначительность

Топология сети позволяет определить не только физическое расположение компьютеров, но, что еще более важно, обеспечивает характер связи между ними, а также различные особенности распространения сигналов через сеть. Именно характером связи можно определить то, насколько отказоустойчивой является сеть, а также узнать требуемую сложность сетевой аппаратуры и наиболее актуальный метод управления обменом и множество других параметров. Если в литературе рассматривается топология локальных сетей «шина» или же другие технологии, то может предусматриваться четыре абсолютно разных понятия, которые относятся к разным типам сетевой архитектуры:

  • Физическая – схема расположения компьютеров, а также прокладки объединяющих их кабелей. В таком ключе пассивная "звезда" не имеет никаких отличий от активной, в связи с чем технология чаще всего называется просто «звезда».
  • Логическая – структура связей, а также то, каким образом сигналы распространяются по сети. Данное определение топологии, наверное, можно назвать наиболее правильным.
  • Управления обменом – принцип, а также последовательность передачи права на расторжение сетевой связи между определенными компьютерами.
  • Информационная – направление информационных потоков, которые передаются через сеть.

К примеру, сеть, имеющая физическую и логическую топологию формата «шина», может в качестве управления использовать эстафетную технологию передачи права захвата сети, а также обеспечить одновременную передачу всех данных через определенный выделенный компьютер. И в таком содержании представлять собой технологию «звезда».

Коаксиальный Ethernet кабель, сеть с топологией общая шина или зачем нужны хабы и сетевые концентраторы

Привет, посетитель сайта ZametkiNaPolyah.ru! Продолжаем изучать основы работы компьютерных сетей, напомню, что эти записи основаны на программе Cisco ICND1 и помогут вам подготовиться к экзаменам CCENT/CCNA. В данной теме мы разберемся с назначением хабов и сетевых концентраторов, а также обсудим особенности компьютерной сети с топологией общая шина и поговорим о правиле четырех хабов. Сразу же в самом начале стоит сказать, что сеть, построенная на хабах обладает практически всеми особенностями сети передачи данных с топологией общая шина.

На данный момент с практической точки зрения данная запись не имеет большой актуальности, так как хабы и коаксиальный Ethernet кабель вы скорее всего уже не встретите, поэтому, чтобы не тратить время в пустую мы будем не просто рассматривать недостатки хабов и общей шины, но и смотреть на преимущества, которые нам дают коммутаторы.

Перед началом я хотел бы вам напомнить, что ознакомиться с опубликованными материалами первой части нашего курса можно по ссылке: «Основы взаимодействия в компьютерных сетях».

1.18.1 Введение

Содержание статьи:

В прошлой теме мы немного попрактиковались и разобрались с вопросом: как объединить три и более компьютера в сеть, делали мы это при помощи коммутаторов, сразу отмечу, что на данный момент для вышеописанной задачи стоит выбирать именно коммутаторы и не стоит прибегать к использованию хабов, повторителей и коаксиального Ethernet кабеля, который использовался ранее в схемах соединения с общей шиной, так как это всё увеличит вам количество проблем, которые придется решать и которые будут влиять на качество работы вашей сети.

Вернее, все вышеописанные ухищрения по сути добавят вам одну единственную, но очень серьезную проблему, которую довольно неприятно решать, эта проблема называется коллизией. Коллизия – это наложение или столкновение двух пакетов, участок сети, на котором может возникнуть такая проблема называется доменом коллизий.

1.18.2 Зачем нужны хабы, повторители и сетевые концентраторы

Для начала давайте коротко поговорим о том, зачем же все-таки нужны или были нужны хабы, повторители и сетевые концентраторы. Ответ довольно прост: все эти устройства используются/использовались для объединения компьютеров в сеть. Но если хабы и сетевые концентраторы, скорее всего, на данный момент вы не встретите в Ethernet сетях, то повторители встретить можно, главным образом на междугородних оптических линиях.

Итак, давайте для начала буквально на пальцах разберемся с вопросом: в чем разница между коммутатором и хабом, а затем поговорим немного о частностях, которые касаются хабов и концентраторов, не сильно вдаваясь в детали, так как это уже не мейнстрим. Для сравнения будем использовать Cisco Packet Tracer, в котором реализуем две простые схемы, но в одной схеме будет использован хаб, а в другой коммутатор, обе схемы показаны на Рисунке 1.18.1. Если вы самостоятельно будете собирать схему в Cisco Packet Tracer, то обратите внимание на то, что порты хаба сразу загораются зеленым, то есть через них сразу могут идти данные, а коммутатору нужно немного подумать, прежде чем разрешить начать передачу данных.

Рисунок 1.18.1 Слева показана схема с хабом, справа – с коммутатором

Давайте перейдем в режим симуляции и попробуем запусить пинг с ноутбука до компьютера 192.168.1.2, в обеих схемах это крайний левый ПК. Начало везде одинаковое: оба ноутбука сформировали IP-пакет с ICMP вложением и пытаются отправить этот пакет на устройство с адресом 192.168.1.1, это показано на Рисунке 1.18.2.

Рисунок 1.18.2 Оба ноутбука сформировали IP-пакет с ICMP вложением

Следующим шагом наш пакет приходит в первом случае на порт хаба, который смотрит в сторону отправителя, а во втором случае на порт коммутатора, который смотрит в сторону отправителя, это показано на рисунке 1.18.3.

Рисунок 1.18.3 В обоих случаях пакет приходит на входящий порт устройств

Пока у нас нет никакой разницы, хотя на самом деле разница уже есть, но она сокрыта внутри устройств, и мы ее не увидим, дело в том, что коммутатор – устройство второго или канального уровня модели OSI, оно уже обладает определенной программной логикой, у его портов есть входные и выходные буферы, в которых своей участи ожидают Ethernet кадры, а поскольку коммутатор умеет работать с кадрами, то в его логику заложен принцип инкапсуляции данных. А вот хаб – это глупое устройство, которое относится к первому уровню модели OSI, то есть к физическому уровню и Рисунок 1.18.4 это хорошо демонстрирует.

Рисунок 1.18.4 Принципиальная разница между хабом и коммутатором

Сперва обратите внимание на схему с хабом: он получил от ноутбука Ethernet кадр, внутри которого находится IP-пакета, а вложением в этот пакет является ICMP запрос (вспоминаем о декомпозиции задачи сетевого взаимодействия, к сожалению, сетевой концентратор с таким понятием не знаком), а затем разослал этот кадр в три других активных порта. При этом компьютеры с IP-адресами 192.168.1.3 и 192.168.1.4, распаковав кадр и проанализировав IP-пакет поняли, что этот пакет им не предназначен (это показано красным крестиком) и просто проигнорируют его, а вот компьютер с адресом 192.168.1.2 понял, что данные предназначены для него, поэтому он ответит (дело в том, что заголовок IP-пакет содержит поле с IP-адресом получателя, именно это поле позволяет понять компьютеру: ему или кому-то другому предназначен тот или иной пакет, в нашем случае два компьютера, для которых пакет не предназначен, просто отбрасывают его).

А теперь обратите внимание на схему с коммутатором: здесь Ethernet кадр со всеми вложениями был отправлен конкретному устройству с IP-адресом 192.168.1.2, другие устройства этот кадр не получили. Все дело в том, что наши сетевые устройства помимо IP-адреса, имею MAC-адреса (протокол, который позволяет узнать по имеющемуся IP-адресу MAC-адрес, называется ARP), а коммутатор, помимо буферов на порт,у имеет специальную табличку, в которую записывает: за каким портом какой мак-адрес находится. Позже мы узнаем, как правильно называется эта таблица и каким образом коммутатор ее заполняет, сейчас лишь отметим, что у этой таблички ограниченный объем и есть несколько атак, которые позволяют забить эту таблицу до отказа, тем самым вызвав отказ в обслуживании. Обратите внимание на Рисунок 1.18.5.

Рисунок 1.18.5 Таблица мак-адресов коммутатора на схеме

Естественно, коммутатор ничего не знает ни о каких схемах и топологиях, ему невдомек что вы там у себя задумали, нарисовали и запланировали, коммутатор – это относительно простой компьютер, который решает определенные задачи, в нашем случае, это объединение четырех компьютеров в сеть. На Рисунке 1.18.5 показано как примерно он это делает, у коммутатора есть порты, к которым подключаются устройства, у этих устройств есть мак-адреса, коммутатор каким-то образом узнает эти мак-адреса и ведет учет в виде специальной таблицы: записывая, за каким портом какой мак-адрес находится, рисунок это демонстрирует. Отмечу, что в любой момент мак-адрес за портом может измениться по разным причинам, поэтому эта табличка периодически очищается и при необходимости заполняется вновь. Но вернемся к нашей схеме, мы помним, что, как в схеме с хабом, так и в схеме с коммутатором, компьютеры с адресом 192.168.1.2 должны ответить на ICMP запросы, посланные ноутбуком, я не буду показывать процесс передачи кадра от узла с адресом 192.168.1.2, а сразу покажу, что сделают хаб и коммутатор с ответом этого узла, посмотрите на Рисунок 1.18.6.

Рисунок 1.18.6 Хаб снова рассылает кадры во все порты, кроме того, откуда этот кадр пришел

Обратите внимание: коммутатор действует конкретно, он отсылает кадр с вложенным ICMP-ответом именно тому устройству, которое делало запрос, а вот хаб, можно сказать обычный повторитель, отправляет кадры во все порты, кроме того порта, в который этот кадр пришел, то есть компьютеры с адресами 192.168.1.3 и 192.168.1.4 снова вынуждены работать вхолостую, а их канал опять загружен бесполезной информацией.

Таким образом мы имеем полное право называть сетевой концентратор обычным повторителем, он просто копирует приходящие на один порт данные и рассылает их во все порты, и тут у нас появляется два очевидных минуса:

  1. Первый минус заключается в том, что это не безопасно, приходящие на хаб данные получают все устройства, подключенные к нему, в том числе и те, кому эти данные не предназначены.
  2. Второй минус заключается в том, что хаб создает дополнительную загрузку каналов связи, наша простенькая сеть без трафика это продемонстрировала, но она не демонстрирует весь масштаб бедствия, нам даже не стоит говорить про служебный трафик, который используется в канальной среде для поддержания взаимодействия между устройствами, достаточно представить такую картину: одним портом хаб включен в роутер, который подключен к сети Интернет, а еще три порта хаба используются для подключения трех клиентов, каждый порт имеет пропускную способность 100 Мбит/c и тут один из клиентов решает включить торрент и загружает свой канал на максимум, а теперь вспомните как работает хаб.

А теперь не очевидный минус – коллизии, сразу отмечу, что нормальная компьютерная Ethernet сеть, можно сказать, лишена этого недостатка, а вот компьютерная сеть, в которой есть хабы слеш сетевые концентраторы, даже с учетом того, что Ethernet имеет механизм по разруливанию этих коллизий имеет этот недостаток, чуть ниже мы это обсудим.

Самая важная вещь, которую вам нужно усвоить – не используйте хабы, даже если вам будут угрожать, если вам предлагают обслуживать сеть, в которой есть хабы, то это повод задуматься: а стоит ли вообще связываться с таким работодателем, и это всё без капли иронии.

Давайте подведем итог тому, что может называться хабом, повторителем (мы сейчас не имеем в виду те повторители, которые используются для усиления сигнала) или сетевым концентратором (что касается его технической части). Это устройство работает на физическом уровне модели OSI 7, оно просто дублирует входную последовательность бит во все порты, кроме того, откуда эта последовательность пришла, поэтому хаб ничего не знает ни про какие мак-адреса и уж тем более не в курсе про IP.

Тут же нам стоит отметить, что продемонстрированная схема с коммутатором имеют топологию, которая называется звезда (здесь есть одно центральное устройство, в данном случае это коммутатор, и есть несколько других устройств, которые логически и физически завязаны на центральное устройство), а вот схема, в которой мы использовали концентратор имеет топологию общая шина, все дело в том, что вместо хаба мы могли бы использовать какой-нибудь провод, к которому подключили бы все устройства и с логической точки зрения ничего бы не изменилось.

Устройства, включенные через хаб или несколько хабов, между собой образуют домен коллизий, так как на любом участке такой сети может возникнуть коллизия, в случае же со схемой, в которой используется коммутатор, домен коллизии ограничивается портом коммутатора, коллизия может произойти только между коммутатором и конкретным устройством и то только в такой ситуации, которая привела к рассинхронизации режимы работы портов коммутатора и удаленного устройства, обычно это глюк порта коммутатора или же глюк клиентского устройства.

С точки зрения сетевого администратора у хаба есть три важных характеристики: количество портов, пропускная способность этих портов и физический тип подключения, здесь можно выделить витую пару, коаксиальный кабель и оптические линии. В общем, на этом мы можем закончить разговор о концентраторах и повторителях.

1.18.3 Коаксиальная сеть Ethernet и топология общая шина с ее недостатками

Сделаем еще один шаг назад в эволюции компьютерных сетей и рассмотрим коаксиальную Ethernet сеть с топологией общая шина, и тут нам стоит сразу отметить, что в такой сети есть все недостатки, которые присущи сетям с хабами, но помимо всего прочего добавляется еще один: при повреждении кабеля сеть становится неработоспособной, ну и процесс траблшутинга или поиска неисправностей заметно усложняется. Обратите внимание на Рисунок 1.18.7, на нем показана сеть, построенная по топологии общая шина.

Рисунок 1.18.7 Компьютерная сеть с топологией общая шина

Стоит немного пояснить данный рисунок:

  1. Толстая синяя линия в центре – это общая шина, но по факту это коаксиальный Ethernet кабель.
  2. Устройство в центре шины – это повторитель, он ставился в том случае, когда длина общей шины была слишком большой, в этом случае сеть разбивается на сегменты, в нашем случае их два (если говорить про стандарт Ethernet 10BASE-2, то длина общей шины на одном сегменте не должна превышать 185 метров).
  3. Тонкие линии от шины до конечных устройств – это отводы, это тоже коаксиальный Ethernet кабель.
  4. Одной важной особенностью топологии общая шина являлось то, что каждый провод в такой схеме должен быть обязательно окончен каким-либо устройством, поэтому на краях общей шины устанавливались специальные устройства, называемые терминаторами, которые поглощали сигнал, в противном случае сигнал доходил бы до края общей шины, отражался от него и возвращался в сеть, из-за чего могла возникнуть коллизия, собственно, поэтому компьютерные сети с топологией общая шина были так чувствительны к обрывы кабеля, даже если это кабель идет от шины к конечному устройству, так как важная особенность общей шины заключалась в том, что кадр, отправленный одним конкретным устройством другому, приходил на все устройства, подключенные к общей шине.

Из-за того, что кадры, отправляемые устройством на общую шину, придут на все машины сети, все устройства в такой топологии обязаны проверять: кому предназначен кадр и отбрасывать кадры, если они предназначены не им. Конечно, это не безопасно, и, конечно, это увеличивает нагрузку на сеть.

Для избегания коллизий на сети с общей шиной применяется два метода: первый заключается в том, что в сети определяется главная станция, которая раздает указания всем остальным устройствам сети о том, когда и сколько передавать, второй метод заключается в том, что устройства самостоятельно прослушивают канал и если канал занят, они ничего не делают, если канал свободен, то устройство, если хочет начать передачу данных, сперва отсылает служебный сигнал, в котором сообщает всем остальным участникам о том, что сейчас начнется передача и просит не занимать канал, конечно, тут могут возникнуть разные ситуации и они описаны в документах, связанных с технологией Ethernet, сейчас мы вдаваться в это не будем.

Также стоит заметить, что ранние компьютерные сети, построенные на технологии Ethernet работали в полудуплексном режиме (half duplex), это означает, что по одной линии устройство могло либо передавать, либо принимать информацию, но не было возможности одновременно и передавать, и принимать, для снижения вероятности возникновения коллизий в ранних Ethernet сетях (IEEE 802.3) использовался механизм CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection или множественный доступ с прослушиванием несущей и обнаружением столкновений), эта как раз та ситуация, когда устройство само слушает канал и ищет свободные окна для передачи данных.

Пожалуй, единственным плюсом общей шины является то, что здесь используется минимальное количество соединительных линий, если сравнивать с другими топологиями компьютерных сетей. В общем-то, это, наверное, все, что следует знать про топологию сети Ethernet с общей шиной, хотя давайте еще посмотрим на физические устройства, которые образуют сеть с топологией общая шина.

На Рисунке 1.18.8 показан коаксиальный Ethernet кабель, который является основным компонентом сети с общей шиной.

Рисунок 1.18.8 Коаксиальный Ethernet кабель

Тут стоит обратить внимание на то, что коаксиальный Ethernet кабель отличается от того кабеля, который используется для предоставления услуг кабельного телевидения, и тут можно запутаться, так как в европейских и американских книгах и источниках можно найти информацию о том, что операторы кабельного телевидения предоставляют услуги доступа в Интернет по тем же коаксиальным линиям, что и телевидение, так вот, это совсем другая технология, отличная от Ethernet, ее мы рассматривать не будем.

Вернемся к нашему коаксиальному кабелю. У него есть медный сердечник, который защищен диэлектриком (белая трубка, в данном случае это полиэтилен) и медной луженной сеткой, которая называется оплетка, от всевозможных внешних помех и наводок, а черная трубка или внешняя оболочка защищает кабель от воздействия внешней среды (пыль, влага, температура, химия), в данном случае это поливинилхлорид. По-умному такой кабель называется RG-58, волновое сопротивление такого кабеля порядка 50 Ом, сейчас его используют в основном в системах видео наблюдения, российский аналог такого кабеля – РК-50.

Остальные пассивные элементы Ethernet сети с топологией общая шина показаны на Рисунке 1.18.9 (про условные обозначения стандартных физических компонентов компьютерной сети можно почитать здесь), каждый элемент снабжен подписью, но давайте дадим еще небольшие пояснения, чтобы закрыть все вопросы окончательно. Я называю элементы пассивными, потому что они не генерируют трафик и никак его не изменяют, они просто выполняют определенные физические задачи.

Рисунок 1.18.9 Пассивные элементы компьютерной сети с топологией общая шина

Итак, первое что стоит заметить – в любой локальной сети, построенной по топологии общая шина имеется ровно два терминатора на концах этой общей шины, один из терминаторов обязательно должен быть заземлен. Для подключения абонентских устройств используется специальный разъем или коннектор, который называется BNC. На Рисунке 1.18.10 показана сетевая карта с портом для подключения Ethernet кабеля.

Рисунок 1.18.10 Сетевая карта компьютера с BNC разъемом для коаксиального Ethernet кабеля

Обратите внимание на то, что к сетевой карте подключен T-коннектор (тройной переходник), таким образом можно последовательно включать несколько устройств друг за другом, если компьютерная сеть состоит ровно из двух участников, то один разъем Т-коннектора включает сетевую карту, в другой разъем включается кабель, а в третий разъем подключается терминатор, который представляет собой балластный резистор сопротивлением 50 Ом.

Если по каким-либо причинам вам не хватило длины кабеля, то для его наращивания используется l-коннектор. Обратите внимание: сейчас мы говорили про сеть Ethernet на тонком коаксиальном кабеле, который используется для объединения компьютеров в локальную сеть, есть еще и толстый Ethernet кабель, который использовался для объединения локальных сетей, об этом вы можете почитать, воспользовавшись Яндексом или Гуглом. На этом мы завершим разговор, который касался непосредственно коаксиального Ethernet кабеля и топологии сети с общей шиной.

1.18.4 Правило четырех хабов и домен коллизий

В этой теме нам осталось поговорить о правиле четырех хабов и разобраться с вопросом: что представляет собой домен коллизий. Начнем мы с правила четырех хабов, так будет проще понять, где образуется у нас домен коллизий и почему он образуется. Вернемся к алгоритму CSMA/CD, сейчас нам важно знать, что этот алгоритм основан на том, что все устройства сети с общей шиной слушают канал и, если он не занят, они отправляют специальную последовательность, которая сообщает всем участникам сети: сейчас начнется передача, не занимайте пожалуйста канал.

И тут нам не стоит забывать, что биты по проводу передаются не мгновенно, это означает, что кадр из точки А в точку Б будет передаваться за определенный промежуток времени и чем больше этот кадр, тем дольше он будет передаваться, собственно, правило четырех хабов гласит о том, что в одном широковещательном домене (в одной подсети), должно быть не более четырех хабов, иначе механизм CSMA/CD может не сработать и произойдет коллизия, например, у вас есть сеть, в которой шесть хабов, к каждому хабу подключено по два ПК, эта сеть показана на Рисунке 1.18.11.

Рисунок 1.18.11 Схема Ethernet сети с шестью хабами

И допустим, что компьютер 192.168.1.2 хочет начать обмениваться данными с компьютером 192.168.1.11 и отправляет в сеть специальную последовательность, а в это время компьютер 192.168.1.12 тоже начинает свою передачу данных, так как последовательность от компьютера 192.168.1.2 не успела дойти до 192.168.1.12, так как он был очень далеко, естественно происходит коллизия. Если машины начали передачу одновременно, то с наибольшей вероятностью коллизия происходит на участке между третьим и четвертым хабом, режим симуляции Cisco Packet Tracer это подтверждает, посмотрите на Рисунок 1.18.12.

Рисунок 1.18.12 Участок компьютерной сети, на котором происходит коллизия

Обратите внимание: хабы глупые устройства, они не умеют проверять целостность кадров, они их просто повторяют на все свои порты, кроме того порта, из которого кадр пришел. Хотя на самом деле хабы даже не знают о существование кадров, они транслируют последовательность бит, пришедшую на один порт, во все остальные порты, таким образом передача не прерывается, а искаженные кадры продолжают свое движение по сети до конечной точки и только конечное устройство сможет понять, что произошла коллизия и только тогда вступит в действие механизм CSMA/CD. Искаженный кадр отмечен огоньком на Рисунке 1.18.13.

Рисунок 1.18.13 Поврежденный в результате коллизии Ethernet кадр отмечен огоньком

Внутрь кадра можно заглянуть, нажав на него два раза левой кнопкой мышки, появится окно, в котором нужно выбрать вкладку OSI Model на этой вкладке можно посмотреть, что делает устройства с полученной информацией на разных уровнях модели OSI, в данном случае обработка идет только на физическом уровне модели OSI, так как информация проходит через хаб и хаб не видит, что произошла коллизия, об этом можно узнать по логу сообщений снизу, который на Рисунке 1.18.14 подсвечен синим, две других вкладки в этом окне позволяют увидеть структуру кадров и пакетов, нам это пока не нужно.

Рисунок 1.18.14 Хаб не смог определить, что Ethernet-кадр поврежден коллизией

Давайте посмотрим, что будет на этапе, когда отправленные кадры дойдут до получателей. Наша сеть будет выглядеть так, как показано на Рисунке 1.18.5.

Рисунок 1.18.15 Искаженный коллизией Ethernet-кадр дошел до конечного узла

А теперь посмотрим, что у нас внутри кадра и что как его обработал компьютер. Для этого нажмем на одном из кадров два раза левой кнопкой мыши, показано на Рисунке 1.18.16.

Рисунок 1.18.16 Искаженный коллизией кадр внутри конечного узла

Здесь мы видим, что конечный узел получил битовую последовательность, а при попытке собрать из битовой последовательности кадр, он обнаружил, что тот искажен коллизией и просто отбросил его, об этом нам говорит вторая запись, подсвеченная синим цветом. Далее компьютер запустит механизм CSMA/CD и тем самым узлы начнут договариваться о времени передачи данных. Мы сейчас не вдаемся в механизм CSMA/CD и не пытаемся понять, как узел определяет, что кадр битый, нам сейчас важно понять следующее: чем больше хабов в нашей компьютерной сети, тем больше вероятность возникновения коллизий, а раз так, то и больше время передачи данных, ведь узлам будет сложнее договориться о последовательности и времени передачи данных. Таким образом, пропускная способность компьютерной сети с хабами заметно снижается, как впрочем и другие важные характеристики компьютерной сети (пожалуй, за исключением стоимости).

Обратите внимание: правило четырех хабов не гарантирует, что коллизий в сети, в которой установлено не больше четырех хабов не будет, это правило гарантирует, что число коллизий в сети, в которой количество хабов больше четырех, сильно возрастет. Теперь перейдем к домену коллизий, сразу заметим, что в нашей схеме, с которой мы только что работали домен коллизий – это вся наша сеть, то есть вся наша сеть – это один большой домен коллизий, то есть участок, на котором может произойти наложение пакетов и кадров.

Если быть более формальным, то домен коллизий — это часть сети Ethernet, все узлы которой конкурируют за общую разделяемую среду передачи и, следовательно, каждый узел которой может создать коллизию с любым другим узлом этой части сети. Другими словами: домен коллизий – это участок сети, на котором в один момент времени может передавать только одно устройство, все остальные должны слушать и принимать, в противном случае произойдет наложение пакетов. Тут сразу можно сделать вывод: чем больше узлов на таком участке сети, тем выше вероятность возникновения коллизий, а еще в сетях half duplex невозможно реализовать сетевое взаимодействие типа h3H, так как оно подразумевает, что обе стороны могут одновременно и передавать и получать данные.

В современных компьютерных сетях с коммутаторами, порты которых работают в полнодуплексном режим (full duplex, этот режим означает, что устройства могут одновременно принимать и отправлять данные), доменов коллизий нет, за исключением ситуации, когда происходит рассинхронизация портов, например, порт коммутатора работает в режиме full duplex, а порт клиентского устройства по каким-то причинам перешел в режим half duplex, тогда домен коллизии ограничен портом коммутатора, также, если коммутатор и клиентское оборудование согласовали режим half duplex, домен коллизий ограничен портом коммутатора, но вероятность того, что коллизия возникнет очень мала, так как порт коммутатора имеет входные и выходные буферы, где кадры могут накапливаться и ждать своей очереди на отправку, впрочем, как и порт клиентского оборудования.

1.18.5 Выводы

Итак, мы осуществили небольшой исторический экскурс, во время которого мы обозначили некоторые темы, с которыми будем разбираться в части посвященной технологии Ethernet, но самое главное мы должны были сделать два вывода:

  1. В современных компьютерных сетях не стоит использовать хабы, повторители и сетевые концентраторы, так как благодаря этим устройствам физического уровня появляются домены коллизий, ошибки с которыми очень неприятно работать.
  2. В современных компьютерных сетях не стоит использовать коаксиальный Ethernet кабель, так как такие сети имеют все недостатки, которые есть у хабов, плюс добавляют несколько своих технических минусов.

Используя коммутаторы и витую пару вы можете забыть о доменах коллизий, правиле четырех хабов и всех тех неурядицах, которые были связаны с этими устройствами.

Ответы на вопрос "71. Топологии компьютерных сетей. Достоинства и недостатки."

 

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 «кольцо»

Топология кольцо (топология замкнутой сети) - это тип сетевой топологии, при котором все компьютеры подключены коммуникационному каналу, замкнутому на себе. В кольце сигналы передаются только в одном направлении. Сигнал в топологии кольцо возможно усиливать.

Преимущества и недостатки

Достоинства:
Отсутствие возможности для столкновения передающейся информации.
Возможность одновременной передачи данных сразу несколькими компьютерами.
Возможность промежуточного сигнала.

Недостатки:
Высокая стоимость и сложность обслуживания.
В случае выхода из строя кабеля или компа сеть прекращает функционировать.
Кольцо в 2.5 раза медленнее шины.
Топология «звезда»

В сетях, использующих топологию "звезда", сетевой носитель соединяет центральный концентратор с каждым устройством, подключенным к сети. Физический вид топологии "звезда" напоминает радиальные спицы, исходящие из центра колеса. В этой топологии используется управление из центральной точки, а связь между устройствами, подключенными к сети, осуществляется посредством двухточечных линий между каждым устройством и центральным каналом или концентратором. Весь сетевой трафик в звездообразной топологии проходит через концентратор. Вначале данные посылаются концентратору, а затем концентратор переправляет их устройству в соответствии с адресом, содержащимся в данных. В сетях с топологией "звезда" концентратор может быть активным или пассивным. Активный концентратор не только соединяет участки среды передачи, но и регенерирует сигнал, т.е. работает как многопортовый повторитель. Благодаря выполнению регенерации сигналов, активный концентратор позволяет данным перемещаться на более значительные расстояния. В отличие от активного концентратора, пассивный концентратор только соединяет участки сетевой среды передачи данных.

Преимущества и недостатки топологии «звезда»

Большинство проектировщиков сетей считают топологию "звезда" самой простой с точки зрения проектирования и установки. Это объясняется тем, что сетевая среда выходит непосредственно из концентратора и прокладывается к месту установки рабочей станции. Другим достоинством этой топологии является простота обслуживания: единственной областью концентрации является центр сети. Также топология "звезда" позволяет легко диагностировать проблемы и изменять схему прокладки. Кроме того, к сети, использующей топологию "звезда", легко добавлять рабочие станции. Если один из участков сетевой среды передачи данных обрывается или закорачивается, то теряет связь только устройство, подключенное к этой точке. Остальная часть сети будет функционировать нормально. Короче говоря, топология "звезда" считается наиболее надежной. В некотором смысле достоинства топологии "звезда" могут считаться и ее недостатками. Например, наличие отдельного отрезка кабеля для каждого устройства позволяет легко диагностировать отказы, однако, это же приводит и к увеличению количества отрезков. В результате повышается стоимость установки сети с топологией "звезда". Другой пример: концентратор может упростить обслуживание, поскольку все данные проходят через эту центральную точку; однако, если концентратор выходит из строя, то перестает работать вся сеть.

Область покрытия сети с топологией «звезда»

Максимально допустимая длина отрезков сетевого кабеля между концентратором и любой рабочей станцией (их еще называют горизонтальной кабельной системой) составляет 100 метров. Величина максимальной протяженности горизонтальной кабельной системы устанавливается Ассоциацией электронной промышленности (Electronic Industries Association, EIA) и Ассоциацией телекоммуникационной промышленности (Telecommunications Industry Association, TIA). Эти две организации совместно создают стандарты, которые часто называют стандартами EIA/TIA. В частности, для технического выполнения горизонтальной кабельной системы был и остается наиболее широко используемым стандарт EIA/T1A-568B. В топологии "звезда" каждый отрезок горизонтальной кабельной системы выходит из концентратора, во многом напоминая спицу колеса. Следовательно, локальная сеть, использующая этот тип топологии, может покрывать область 200x200 метров. Понятно, бывают случаи, когда область, которая должна быть покрыта сетью, превышает размеры, допускаемые простой топологией "звезда". Представим себе здание размером 250x250 метров. Сеть с простой звездообразной топологией, отвечающая требованиям к горизонтальной кабельной системе, устанавливаемым стандартом EIA/TIA-568B, не может полностью покрыть здание с такими размерами. Рабочие станции находятся за пределами области, которая может быть накрыта простой звездообразной топологией, и, как и изображено, они не являются частью этой сети. Когда сигнал покидает передающую станцию, он чистый и легко различимый. Однако по мере движения в среде передачи данных сигнал ухудшается и ослабевает — чем длиннее кабель, тем хуже сигнал; это явление называется аттенюацией. Поэтому, если сигнал проходит расстояние, которое превышает максимально допустимое, нет гарантии, что сетевой адаптер сможет этот сигнал прочитать.
Топология "расширенная звезда"

Если простая звездообразная топология не может покрыть предполагаемую область сети, то ее можно расширить путем использования межсетевых устройств, которые не дают проявляться эффекту аттенюации; результирующая топология называется топологией "расширенная звезда". Еще раз представим себе здание размером 250x250 метров. Для того чтобы звездообразная топология могла эффективно использоваться в этом здании, ее необходимо расширить. За счет увеличения длины кабелей горизонтальной кабельной системы это делать нельзя, поскольку нельзя превышать рекомендуемую максимальную длину кабеля. Вместо этого можно использовать сетевые устройства, которые препятствуют деградации сигнала. Чтобы сигналы могли распознаваться принимающими устройствами, используются повторители, которые берут ослабленный сигнал, очищают его, усиливают и отправляют дальше по сети. С помощью повторителей можно увеличить расстояние, на которое может простираться сеть. Повторители работают в тандеме с сетевыми носителями и, следовательно, относятся к физическому уровню эталонной модели OSI.

Место и роль локальных сетей

Немного истории компьютерной связи

Связь на небольшие расстояния в компьютерной технике существовала еще задолго до появления первых персональных компьютеров.

К большим компьютерам (mainframes), присоединялись многочисленные терминалы (или "интеллектуальные дисплеи"). Правда, интеллекта в этих терминалах было очень мало, практически никакой обработки информации они не делали, и основная цель организации связи состояла в том, чтобы разделить интеллект ("машинное время") большого мощного и дорогого компьютера между пользователями, работающими за этими терминалами. Это называлось режимом разделения времени, так как большой компьютер последовательно во времени решал задачи множества пользователей. В данном случае достигалось совместное использование самых дорогих в то время ресурсов - вычислительных (рис. 1.1).


Рис. 1.1.  Подключение терминалов к центральному компьютеру

Затем были созданы микропроцессоры и первые микрокомпьютеры. Появилась возможность разместить компьютер на столе у каждого пользователя, так как вычислительные, интеллектуальные ресурсы подешевели. Но зато все остальные ресурсы оставались еще довольно дорогими. А что значит голый интеллект без средств хранения информации и ее документирования? Не будешь же каждый раз после включения питания заново набирать выполняемую программу или хранить ее в маловместительной постоянной памяти. На помощь снова пришли средства связи. Объединив несколько микрокомпьютеров, можно было организовать совместное использование ими компьютерной периферии (магнитных дисков, магнитной ленты, принтеров). При этом вся обработка информации проводилась на месте, но ее результаты передавались на централизованные ресурсы. Здесь опять же совместно использовалось самое дорогое, что есть в системе, но уже совершенно по-новому. Такой режим получил название режима обратного разделения времени (рис. 1.2). Как и в первом случае, средства связи снижали стоимость компьютерной системы в целом.


Рис. 1.2.  Объединение в сеть первых микрокомпьютеров

Затем появились персональные компьютеры, которые отличались от первых микрокомпьютеров тем, что имели полный комплект достаточно развитой для полностью автономной работы периферии: магнитные диски, принтеры, не говоря уже о более совершенных средствах интерфейса пользователя (мониторы, клавиатуры, мыши и т.д.). Периферия подешевела и стала по цене вполне сравнимой с компьютером. Казалось бы, зачем теперь соединять персональные компьютеры (рис. 1.3)? Что им разделять, когда и так уже все разделено и находится на столе у каждого пользователя? Интеллекта на месте хватает, периферии тоже. Что же может дать сеть в этом случае?


Рис. 1.3.  Объединение в сеть персональных компьютеров

Самое главное — это опять же совместное использование ресурса. То самое обратное разделение времени, но уже на принципиально другом уровне. Здесь уже оно применяется не для снижения стоимости системы, а с целью более эффективного использования ресурсов, имеющихся в распоряжении компьютеров. Например, сеть позволяет объединить объем дисков всех компьютеров, обеспечив доступ каждого из них к дискам всех остальных как к собственным.

Но нагляднее всего преимущества сети проявляются, в том случае, когда все пользователи активно работают с единой базой данных, запрашивая информацию из нее и занося в нее новую (например, в банке, в магазине, на складе). Никакими дискетами тут уже не обойдешься: пришлось бы целыми днями переносить данные с каждого компьютера на все остальные, содержать целый штат курьеров. А с сетью все очень просто: любые изменения данных, произведенные с любого компьютера, тут же становятся видными и доступными всем. В этом случае особой обработки на месте обычно не требуется, и в принципе можно было бы обойтись более дешевыми терминалами (вернуться к первой рассмотренной ситуации), но персональные компьютеры имеют несравнимо более удобный интерфейс пользователя, облегчающий работу персонала. К тому же возможность сложной обработки информации на месте часто может заметно уменьшить объем передаваемых данных.


Рис. 1.4.  Использование локальной сети для организации совместной работы компьютеров

Без сети также невозможно обойтись в том случае, когда необходимо обеспечить согласованную работу нескольких компьютеров. Эта ситуация чаще всего встречается, когда эти компьютеры используются не для вычислений и работы с базами данных, а в задачах управления, измерения, контроля, там, где компьютер сопрягается с теми или иными внешними устройствами (рис. 1.4). Примерами могут служить различные производственные технологические системы, а также системы управления научными установками и комплексами. Здесь сеть позволяет синхронизировать действия компьютеров, распараллелить и соответственно ускорить процесс обработки данных, то есть сложить уже не только периферийные ресурсы, но и интеллектуальную мощь.

Именно указанные преимущества локальных сетей и обеспечивают их популярность и все более широкое применение, несмотря на все неудобства, связанные с их установкой и эксплуатацией.

Определение локальной сети

Способов и средств обмена информацией за последнее время предложено множество: от простейшего переноса файлов с помощью дискеты до всемирной компьютерной сети Интернет, способной объединить все компьютеры мира. Какое же место в этой иерархии отводится локальным сетям?

Чаще всего термин "локальные сети" или "локальные вычислительные сети" (LAN, Local Area Network) понимают буквально, то есть это такие сети, которые имеют небольшие, локальные размеры, соединяют близко расположенные компьютеры. Однако достаточно посмотреть на характеристики некоторых современных локальных сетей, чтобы понять, что такое определение не точно. Например, некоторые локальные сети легко обеспечивают связь на расстоянии нескольких десятков километров. Это уже размеры не комнаты, не здания, не близко расположенных зданий, а, может быть, даже целого города. С другой стороны, по глобальной сети (WAN, Wide Area Network или GAN, Global Area Network) вполне могут связываться компьютеры, находящиеся на соседних столах в одной комнате, но ее почему-то никто не называет локальной сетью. Близко расположенные компьютеры могут также связываться с помощью кабеля, соединяющего разъемы внешних интерфейсов (RS232-C, Centronics) или даже без кабеля по инфракрасному каналу (IrDA). Но такая связь тоже почему-то не называется локальной.

Неверно и довольно часто встречающееся определение локальной сети как малой сети, которая объединяет небольшое количество компьютеров. Действительно, как правило, локальная сеть связывает от двух до нескольких десятков компьютеров. Но предельные возможности современных локальных сетей гораздо выше: максимальное число абонентов может достигать тысячи. Называть такую сеть малой неправильно.

Некоторые авторы определяют локальную сеть как "систему для непосредственного соединения многих компьютеров". При этом подразумевается, что информация передается от компьютера к компьютеру без каких-либо посредников и по единой среде передачи. Однако говорить о единой среде передачи в современной локальной сети не приходится. Например, в пределах одной сети могут использоваться как электрические кабели различных типов (витая пара, коаксиальный кабель), так и оптоволоконные кабели. Определение передачи "без посредников" также не корректно, ведь в современных локальных сетях используются репитеры, трансиверы, концентраторы, коммутаторы, маршрутизаторы, мосты, которые порой производят довольно сложную обработку передаваемой информации. Не совсем понятно, можно ли считать их посредниками или нет, можно ли считать подобную сеть локальной.

Наверное, наиболее точно было бы определить как локальную такую сеть, которая позволяет пользователям не замечать связи. Еще можно сказать, что локальная сеть должна обеспечивать прозрачную связь. По сути, компьютеры, связанные локальной сетью, объединяются в один виртуальный компьютер, ресурсы которого могут быть доступны всем пользователям, причем этот доступ не менее удобен, чем к ресурсам, входящим непосредственно в каждый отдельный компьютер. Под удобством в данном случае понимается высокая реальная скорость доступа, скорость обмена информацией между приложениями, практически незаметная для пользователя. При таком определении становится понятно, что ни медленные глобальные сети, ни медленная связь через последовательный или параллельный порты не попадают под понятие локальной сети.

Из данного определения следует, что скорость передачи по локальной сети обязательно должна расти по мере роста быстродействия наиболее распространенных компьютеров. Именно это и наблюдается: если еще десять лет назад вполне приемлемой считалась скорость обмена в 10 Мбит/с, то сейчас уже среднескоростной считается сеть, имеющая пропускную способность 100 Мбит/с, активно разрабатываются, а кое-где используются средства для скорости 1000 Мбит/с и даже больше. Без этого уже нельзя, иначе связь станет слишком узким местом, будет чрезмерно замедлять работу объединенного сетью виртуального компьютера, снижать удобство доступа к сетевым ресурсам.

Таким образом, главное отличие локальной сети от любой другой — высокая скорость передачи информации по сети. Но это еще не все, не менее важны и другие факторы.

В частности, принципиально необходим низкий уровень ошибок передачи, вызванных как внутренними, так и внешними факторами. Ведь даже очень быстро переданная информация, которая искажена ошибками, просто не имеет смысла, ее придется передавать еще раз. Поэтому локальные сети обязательно используют специально прокладываемые высококачественные и хорошо защищенные от помех линии связи.

Особое значение имеет и такая характеристика сети, как возможность работы с большими нагрузками, то есть с высокой интенсивностью обмена (или, как еще говорят, с большим трафиком). Ведь если механизм управления обменом, используемый в сети, не слишком эффективен, то компьютеры могут подолгу ждать своей очереди на передачу. И даже если эта передача будет производиться затем на высочайшей скорости и безошибочно, для пользователя сети такая задержка доступа ко всем сетевым ресурсам неприемлема. Ему ведь не важно, почему приходится ждать.

Механизм управления обменом может гарантированно успешно работать только в том случае, когда заранее известно, сколько компьютеров (или, как еще говорят, абонентов, узлов), допустимо подключить к сети. Иначе всегда можно включить столько абонентов, что вследствие перегрузки забуксует любой механизм управления. Наконец, сетью можно назвать только такую систему передачи данных, которая позволяет объединять до нескольких десятков компьютеров, но никак не два, как в случае связи через стандартные порты.

Таким образом, сформулировать отличительные признаки локальной сети можно следующим образом:

  • Высокая скорость передачи информации, большая пропускная способность сети. Приемлемая скорость сейчас — не менее 10 Мбит/с.
  • Низкий уровень ошибок передачи (или, что тоже самое, высококачественные каналы связи). Допустимая вероятность ошибок передачи данных должна быть порядка 10-8 — 10-12.
  • Эффективный, быстродействующий механизм управления обменом по сети.
  • Заранее четко ограниченное количество компьютеров, подключаемых к сети.

При таком определении понятно, что глобальные сети отличаются от локальных прежде всего тем, что они рассчитаны на неограниченное число абонентов. Кроме того, они используют (или могут использовать) не слишком качественные каналы связи и сравнительно низкую скорость передачи. А механизм управления обменом в них не может быть гарантированно быстрым. В глобальных сетях гораздо важнее не качество связи, а сам факт ее существования.

Нередко выделяют еще один класс компьютерных сетей — городские, региональные сети (MAN, Metropolitan Area Network), которые обычно по своим характеристикам ближе к глобальным сетям, хотя иногда все-таки имеют некоторые черты локальных сетей, например, высококачественные каналы связи и сравнительно высокие скорости передачи. В принципе городская сеть может быть локальной со всеми ее преимуществами.

Правда, сейчас уже нельзя провести четкую границу между локальными и глобальными сетями. Большинство локальных сетей имеет выход в глобальную. Но характер передаваемой информации, принципы организации обмена, режимы доступа к ресурсам внутри локальной сети, как правило, сильно отличаются от тех, что приняты в глобальной сети. И хотя все компьютеры локальной сети в данном случае включены также и в глобальную сеть, специфики локальной сети это не отменяет. Возможность выхода в глобальную сеть остается всего лишь одним из ресурсов, разделяемых пользователями локальной сети.

По локальной сети может передаваться самая разная цифровая информация: данные, изображения, телефонные разговоры, электронные письма и т.д. Кстати, именно задача передачи изображений, особенно полноцветных динамических, предъявляет самые высокие требования к быстродействию сети. Чаще всего локальные сети используются для разделения (совместного использования) таких ресурсов, как дисковое пространство, принтеры и выход в глобальную сеть, но это всего лишь незначительная часть тех возможностей, которые предоставляют средства локальных сетей. Например, они позволяют осуществлять обмен информацией между компьютерами разных типов. Полноценными абонентами (узлами) сети могут быть не только компьютеры, но и другие устройства, например, принтеры, плоттеры, сканеры. Локальные сети дают также возможность организовать систему параллельных вычислений на всех компьютерах сети, что многократно ускоряет решение сложных математических задач. С их помощью, как уже упоминалось, можно управлять работой технологической системы или исследовательской установки с нескольких компьютеров одновременно.

Однако сети имеют и довольно существенные недостатки, о которых всегда следует помнить:

  • Сеть требует дополнительных, иногда значительных материальных затрат на покупку сетевого оборудования, программного обеспечения, на прокладку соединительных кабелей и обучение персонала.
  • Сеть требует приема на работу специалиста (администратора сети), который будет заниматься контролем работы сети, ее модернизацией, управлением доступом к ресурсам, устранением возможных неисправностей, защитой информации и резервным копированием. Для больших сетей может понадобиться целая бригада администраторов.
  • Сеть ограничивает возможности перемещения компьютеров, подключенных к ней, так как при этом может понадобиться перекладка соединительных кабелей.
  • Сети представляют собой прекрасную среду для распространения компьютерных вирусов, поэтому вопросам защиты от них придется уделять гораздо больше внимания, чем в случае автономного использования компьютеров. Ведь достаточно инфицировать один, и все компьютеры сети будут поражены.
  • Сеть резко повышает опасность несанкционированного доступа к информации с целью ее кражи или уничтожения. Информационная защита требует проведения целого комплекса технических и организационных мероприятий.

Ничто не дается даром. И надо хорошо подумать, стоит ли подключать к сети все компьютеры компании, или часть из них лучше оставить автономными. Возможно, что сеть вообще не нужна, так как породит гораздо больше проблем, чем позволит решить.

Здесь же следует упомянуть о таких важнейших понятиях теории сетей, как абонент, сервер, клиент.

Абонент (узел, хост, станция) — это устройство, подключенное к сети и активно участвующее в информационном обмене. Чаще всего абонентом (узлом) сети является компьютер, но абонентом также может быть, например, сетевой принтер или другое периферийное устройство, имеющее возможность напрямую подключаться к сети. Далее в тексте книги вместо термина "абонент" для простоты будет использоваться термин "компьютер".

Сервером называется абонент (узел) сети, который предоставляет свои ресурсы другим абонентам, но сам не использует их ресурсы. Таким образом, он обслуживает сеть. Серверов в сети может быть несколько, и совсем не обязательно, что сервер — самый мощный компьютер. Выделенный (dedicated) сервер — это сервер, занимающийся только сетевыми задачами. Невыделенный сервер может помимо обслуживания сети выполнять и другие задачи. Специфический тип сервера — это сетевой принтер.

Клиентом называется абонент сети, который только использует сетевые ресурсы, но сам свои ресурсы в сеть не отдает, то есть сеть его обслуживает, а он ей только пользуется. Компьютер-клиент также часто называют рабочей станцией. В принципе каждый компьютер может быть одновременно как клиентом, так и сервером.

Под сервером и клиентом часто понимают также не сами компьютеры, а работающие на них программные приложения. В этом случае то приложение, которое только отдает ресурс в сеть, является сервером, а то приложение, которое только пользуется сетевыми ресурсами — клиентом.

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 (рис. 1.5).


    Рис. 1.5.  Сетевая топология шина

  • Звезда (star) — к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи (рис. 1.6). Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального — одному или нескольким периферийным.


    Рис. 1.6.  Сетевая топология звезда

  • 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 (рис. 1.7).


    Рис. 1.7.  Сетевая топология кольцо

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

Прежде чем перейти к анализу особенностей базовых сетевых топологий, необходимо выделить некоторые важнейшие факторы, влияющие на физическую работоспособность сети и непосредственно связанные с понятием топология.

  • Исправность компьютеров (абонентов), подключенных к сети. В некоторых случаях поломка абонента может заблокировать работу всей сети. Иногда неисправность абонента не влияет на работу сети в целом, не мешает остальным абонентам обмениваться информацией.
  • Исправность сетевого оборудования, то есть технических средств, непосредственно подключенных к сети (адаптеры, трансиверы, разъемы и т.д.). Выход из строя сетевого оборудования одного из абонентов может сказаться на всей сети, но может нарушить обмен только с одним абонентом.
  • Целостность кабеля сети. При обрыве кабеля сети (например, из-за механических воздействий) может нарушиться обмен информацией во всей сети или в одной из ее частей. Для электрических кабелей столь же критично короткое замыкание в кабеле.
  • Ограничение длины кабеля, связанное с затуханием распространяющегося по нему сигнала. Как известно, в любой среде при распространении сигнал ослабляется (затухает). И чем большее расстояние проходит сигнал, тем больше он затухает (рис. 1.8). Необходимо следить, чтобы длина кабеля сети не была больше предельной длины Lпр, при превышении которой затухание становится уже неприемлемым (принимающий абонент не распознает ослабевший сигнал).


Рис. 1.8.  Затухание сигнала при распространении по сети

Топология шина

Топология шина (или, как ее еще называют, общая шина) самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов по доступу к сети. Компьютеры в шине могут передавать только по очереди, так как линия связи в данном случае единственная. Если несколько компьютеров будут передавать информацию одновременно, она исказится в результате наложения (конфликта, коллизии). В шине всегда реализуется режим так называемого полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).

В топологии шина отсутствует явно выраженный центральный абонент, через который передается вся информация, это увеличивает ее надежность (ведь при отказе центра перестает функционировать вся управляемая им система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями.

Поскольку центральный абонент отсутствует, разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента. В связи с этим сетевая аппаратура при топологии шина сложнее, чем при других топологиях. Тем не менее из-за широкого распространения сетей с топологией шина (прежде всего наиболее популярной сети Ethernet) стоимость сетевого оборудования не слишком высока.


Рис. 1.9.  Обрыв кабеля в сети с топологией шина

Важное преимущество шины состоит в том, что при отказе любого из компьютеров сети, исправные машины смогут нормально продолжать обмен.

Казалось бы, при обрыве кабеля получаются две вполне работоспособные шины (рис. 1.9). Однако надо учитывать, что из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных согласующих устройств, терминаторов, показанных на рис. 1.5 и 1.9 в виде прямоугольников. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. В случае разрыва или повреждения кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Подробнее о согласовании будет изложено в специальном разделе книги. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть.

Отказ сетевого оборудования любого абонента в шине может вывести из строя всю сеть. К тому же такой отказ довольно трудно локализовать, поскольку все абоненты включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, невозможно.

При прохождении по линии связи сети с топологией шина информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи. Причем каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования.

Если принять, что сигнал в кабеле сети ослабляется до предельно допустимого уровня на длине Lпр, то полная длина шины не может превышать величины Lпр. В этом смысле шина обеспечивает наименьшую длину по сравнению с другими базовыми топологиями.

Для увеличения длины сети с топологией шина часто используют несколько сегментов (частей сети, каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных усилителей и восстановителей сигналов — репитеров или повторителей (на рис. 1.10 показано соединение двух сегментов, предельная длина сети в этом случае возрастает до 2 Lпр, так как каждый из сегментов может быть длиной Lпр). Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно. Ограничения на длину связаны с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.


Рис. 1.10.  Соединение сегментов сети типа шина с помощью репитера

Топология звезда

Звезда — это единственная топология сети с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты. Обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который ложится большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он, как правило, заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии всех абонентов (как в шине) в данном случае говорить не приходится. Обычно центральный компьютер самый мощный, именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано.

Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера или его сетевого оборудования никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. В связи с этим должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры.

Обрыв кабеля или короткое замыкание в нем при топологии звезда нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.

В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи, каждая из которых передает информацию в одном направлении, то есть на каждой линии связи имеется только один приемник и один передатчик. Это так называемая передача точка-точка. Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных, внешних терминаторов.

Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в звезде проще, чем в случае шины, ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня. Предельная длина сети с топологией звезда может быть вдвое больше, чем в шине (то есть 2 Lпр), так как каждый из кабелей, соединяющий центр с периферийным абонентом, может иметь длину Lпр.

Серьезный недостаток топологии звезда состоит в жестком ограничении количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслуживать не более 8—16 периферийных абонентов. В этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, но за ними оно просто невозможно. В звезде допустимо подключение вместо периферийного еще одного центрального абонента (в результате получается топология из нескольких соединенных между собой звезд).

Звезда, показанная на рис. 1.6, носит название активной или истинной звезды. Существует также топология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 1.11). 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 — концентратор или, как его еще называют, хаб (hub), которое выполняет ту же функцию, что и репитер, то есть восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их во все другие линии связи.


Рис. 1.11.  Топология пассивная звезда и ее эквивалентная схема

Получается, что хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически речь идет о шинной топологии, так как информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам, а никакого центрального абонента не существует. Безусловно, пассивная звезда дороже обычной шины, так как в этом случае требуется еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды, в частности, упрощает обслуживание и ремонт сети. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную шину, которая считается малоперспективной топологией.

Можно выделить также промежуточный тип топологии между активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только ретранслирует поступающие на него сигналы, но и производит управление обменом, однако сам в обмене не участвует (так сделано в сети 100VG-AnyLAN).

Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности путем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невозможно, например, в случае шинной топологии), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К периферийному абоненту в случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два (каждый кабель передает в одном из двух встречных направлений), причем последнее встречается гораздо чаще.

Общим недостатком для всех топологий типа звезда (как активной, так и пассивной) является значительно больший, чем при других топологиях, расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как на рис. 1.5), то при выборе топологии звезда понадобится в несколько раз больше кабеля, чем при топологии шина. Это существенно влияет на стоимость сети в целом и заметно усложняет прокладку кабеля.

Топология кольцо

Кольцо — это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи с двумя другими: от одного он получает информацию, а другому передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник (связь типа точка-точка). Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.

Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает, усиливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера. Затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Если предельная длина кабеля, ограниченная затуханием, составляет Lпр, то суммарная длина кольца может достигать NLпр, где N — количество компьютеров в кольце. Полный размер сети в пределе будет NLпр/2, так как кольцо придется сложить вдвое. На практике размеры кольцевых сетей достигают десятков километров (например, в сети FDDI). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топологии.

Четко выделенного центра при кольцевой топологии нет, все компьютеры могут быть одинаковыми и равноправными. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует его. Понятно, что наличие такого единственного управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Ведь один из них обязательно получает информацию от компьютера, ведущего передачу в данный момент, раньше, а другие — позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на кольцо. В таких методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру. Подключение новых абонентов в кольцо выполняется достаточно просто, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае шины, максимальное количество абонентов в кольце может быть довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно обладает высокой устойчивостью к перегрузкам, обеспечивает уверенную работу с большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды), который может быть перегружен большими потоками информации.


Рис. 1.12.  Сеть с двумя кольцами

Сигнал в кольце проходит последовательно через все компьютеры сети, поэтому выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) нарушает работу сети в целом. Это существенный недостаток кольца.

Точно так же обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной. Из трех рассмотренных топологий кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в случае топологии кольца обычно предусматривают прокладку двух (или более) параллельных линий связи, одна из которых находится в резерве.

Иногда сеть с топологией кольцо выполняется на основе двух параллельных кольцевых линий связи, передающих информацию в противоположных направлениях (рис. 1.12). Цель подобного решения — увеличение (в идеале — вдвое) скорости передачи информации по сети. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).

Другие топологии

Кроме трех рассмотренных базовых топологий нередко применяется также сетевая топология дерево (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд. Причем, как и в случае звезды, дерево может быть активным или истинным (рис. 1.13) и пассивным (рис. 1.14). При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном — концентраторы (хабы).


Рис. 1.13.  Топология активное дерево


Рис. 1.14.  Топология пассивное дерево. К — концентраторы

Довольно часто применяются комбинированные топологии, среди которых наиболее распространены звездно-шинная (рис. 1.15) и звездно-кольцевая (рис. 1.16).


Рис. 1.15.  Пример звездно-шинной топологии


Рис. 1.16.  Пример звездно-кольцевой топологии

В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды. 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 (изображенные на рис. 1.16 в виде прямоугольников), к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи. В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов линии связи образуют замкнутый контур (как показано на рис. 1.16). 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.

В заключение надо также сказать о сеточной топологии (mesh), при которой компьютеры связываются между собой не одной, а многими линиями связи, образующими сетку (рис. 1.17).


Рис. 1.17.  Сеточная топология: полная (а) и частичная (б)

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.

Многозначность понятия топологии

Топология сети указывает не только на физическое расположение компьютеров, как часто считают, но, что гораздо важнее, на характер связей между ними, особенности распространения информации, сигналов по сети. Именно характер связей определяет степень отказоустойчивости сети, требуемую сложность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом, возможные типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (длина линий связи и количество абонентов) необходимость электрического согласования и многое другое.

Более того, физическое расположение компьютеров, соединяемых сетью, почти не влияет на выбор топологии. Как бы ни были расположены компьютеры, их можно соединить с помощью любой заранее выбранной топологии (рис. 1.18).


Рис. 1.18.  Примеры использования разных топологий

В том случае, если соединяемые компьютеры расположены по контуру круга, они могут соединяться, как звезда или шина. Когда компьютеры расположены вокруг некоего центра, их допустимо соединить с помощью топологий шина или кольцо.

Наконец когда компьютеры расположены в одну линию, они могут соединяться звездой или кольцом. Другое дело, какова будет требуемая длина кабеля.

Строго говоря, в литературе при упоминании о топологии сети, авторы могут подразумевать четыре совершенно разные понятия, относящиеся к различным уровням сетевой архитектуры:

  • Физическая топология (географическая схема расположения компьютеров и прокладки кабелей). В этом смысле, например, пассивная звезда ничем не отличается от активной, поэтому ее нередко называют просто звездой.
  • Логическая топология (структура связей, характер распространения сигналов по сети). Это наиболее правильное определение топологии.
  • Топология управления обменом (принцип и последовательность передачи права на захват сети между отдельными компьютерами).
  • Информационная топология (направление потоков информации, передаваемой по сети).

Например, сеть с физической и логической топологией шина может в качестве метода управления использовать эстафетную передачу права захвата сети (быть в этом смысле кольцом) и одновременно передавать всю информацию через выделенный компьютер (быть в этом смысле звездой). Или сеть с логической топологией шина может иметь физическую топологию звезда (пассивная) или дерево (пассивное).

Сеть с любой физической топологией, логической топологией, топологией управления обменом может считаться звездой в смысле информационной топологии, если она построена на основе одного сервера и нескольких клиентов, общающихся только с этим сервером. В данном случае справедливы все рассуждения о низкой отказоустойчивости сети к неполадкам центра (сервера). Точно так же любая сеть может быть названа шиной в информационном смысле, если она построена из компьютеров, являющихся одновременно как серверами, так и клиентами. Такая сеть будет мало чувствительна к отказам отдельных компьютеров.

Заканчивая обзор особенностей топологий локальных сетей, необходимо отметить, что топология все-таки не является основным фактором при выборе типа сети. Гораздо важнее, например, уровень стандартизации сети, скорость обмена, количество абонентов, стоимость оборудования, выбранное программное обеспечение. Но, с другой стороны, некоторые сети позволяют использовать разные топологии на разных уровнях. Этот выбор уже целиком ложится на пользователя, который должен учитывать все перечисленные в данном разделе соображения.

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.).

1.Топологии. Топология шина виды и разновидности, особенности использования, быстродействие, достоинства и недостатки.

Что такое компьютерная сеть?

Что такое компьютерная сеть? 1 Компьютерная сеть это группа компьютеров, соединённых линиями связи: электрические кабели телефонная линия оптоволоконный кабель (оптическое волокно) радиосвязь (беспроводные

Подробнее

Методика и этапы проектирования сети

Методика и этапы проектирования сети Последовательность этапов и варианты выбора при проектировании ЛС Исходные данные Требуемый размер сети Структура, иерархия и основные части сети Основные направления

Подробнее

Лабораторная работа 4

Лабораторная работа 4 Тема: Сетевые адаптеры Цель: научиться определять параметры сетевого адаптера, настраивать и устанавливать его. Средства для выполнения работы: аппаратные: компьютер, подключенный

Подробнее

Что такое компьютерная сеть?

Компьютерные сети Что такое компьютерная сеть? КОМПЬЮТЕРНАЯ СЕТЬ соединение компьютеров для обмена информацией и совместного использования ресурсов (принтер, модем и т. д) Линия передачи данных Компьютерные

Подробнее

Локальные вычислительные сети

Локальные вычислительные сети Вопросы 1. Основные понятия компьютерных сетей 2. Классификация компьютерных сетей 3. Среда передачи в компьютерных сетях 4. Топология сетей. Базовые топологии 5. Модель сетевого

Подробнее

Основы компьютерных сетей

Основы компьютерных сетей Сеть группа компьютеров и других устройств, соединенных каким-либо способом для обмена информацией и совместного использования ресурсов. Ресурсы аппаратное обеспечение (принтеры)

Подробнее

Компьютерные сети. Локальная сеть

Компьютерные сети Локальная сеть За период 1970 2002 гг. построены сотни национальных и международных компьютерных сетей. Благодаря этому в большинстве стран обеспечивается повсеместное внедрение информационных

Подробнее

Компьютерные сети. Локальные сети.

Компьютерные сети Компьютерная сеть объединение нескольких ЭВМ для совместного решения информационных, вычислительных, учебных и иных задач (справочные службы, продажа билетов, доступ к информационным

Подробнее

Рис. 1. Варианты связи компьютеров

ТЕХНОЛОГИИ ФИЗИЧЕСКОГО УРОВНЯ ПЕРЕДАЧИ ДАННЫХ Занятие 21 Топология сетей. Виды адресации узлов сети 1. Топология физических связей 2. Виды адресации узлов сети 3. Вопросы Топология физических связей Объединяя

Подробнее

Курс «Компьютерные сети»

Курс «Компьютерные сети» Лекция 2 Принципы функционирования физической среды передачи данных. Протоколы канального уровня. кафедра ЮНЕСКО по НИТ 1 Содержание Теоретические основы передачи данных Среды

Подробнее

Лекция Введение в компьютерные сети

Министерство образования Республики Беларусь Учреждение образования Гомельский государственный университет им. Ф. Скорины Физический факультет «Информационные системы и сети» Лекция Введение в компьютерные

Подробнее

ЛЕКЦИЯ 18 ЛОКАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ

ЛЕКЦИЯ 18 1 ЛОКАЛЬНЫЕ КОМПЬЮТЕРНЫЕ СЕТИ Локальные вычислительные сети (ЛВС) позволяют объединять компьютеры, расположенные в ограниченном пространстве. Локальные сети LAN (Local Area Network) являются

Подробнее

СЕКЦИЯ: ИНФОРМАЦИОННЫЕ ТЕХНОЛОГИИ

Тутейкина О.П. Проектирование и моделирование сетевой топологии с использованием симулятора сети Cisco Packet Tracer // Материалы по итогам VI ой Всероссийской научнопрактической конференции «Актуальные

Подробнее

Вычислительные сети. Лекция 2

Вычислительные сети Лекция 2 1 2 Структура презентации 1. Основные компоненты сети. 2. Внешнее устройство. Интерфейс. Драйвер. 3. Передача данных. 4. Топологии сетей. 5. Домашнее задание. Основные компоненты

Подробнее

Возможность использования ресурсов

Лекция 2 Возможность использования ресурсов Связь компьютера с периферийными устройствами Интерфейс в широком смысле формально определенная логическая и физическая границы между взаимодействующими независимыми

Подробнее

ЛЕКЦИЯ 8 СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА

ЛЕКЦИЯ 8 СЕТЕВЫЕ УСТРОЙСТВА Лектор Ст. преподаватель Купо А.Н. типы сетевых устройств и их функции Устройства, подключенные к какому-либо сегменту сети, называют сетевыми устройствами. Их принято подразделять

Подробнее

Вопросы к разделу «Теория информации»

Перечень экзаменационных вопросов по дисциплинам специальности 6М070400 - «Вычислительная техника и программное обеспечение» для поступающих в магистратуру Вопросы к разделу «Теория информации» 1. Области

Подробнее

Перейти на страницу с полной версией»

Федеральное агентство по образованию Государственное образовательное учреждение высшего профессионального образования Ивановский государственный химико-технологический университет С.В. Ситанов, С.С.Алаева

Подробнее

Модуль 6. Топология и архитектура сетей SDH

Модуль 6 Топология и архитектура сетей SDH 180 Функциональные задачи, решаемые сетью Основные функциональные задачи, решаемы сетью SDH 1. Сбор входных потоков через каналы доступа в агрегатный блок, пригодный

Подробнее

Практическая работа 5

Практическая работа 5 Тема «Изучение интерфейсов транспортной сети» Цель работы Изучить основные интерфейсы транспортной сети. Освоить принципы использования интерфейсов транспортных сетей Содержание отчета

Подробнее

Способы подключения к сети Интернет

Способы подключения к сети Интернет Самыми распространенными способами подключения к сети Интернет на сегодняшний день являются: Модемное соединение (Коммутируемый доступ) Dial-Up, ADSL Телевизионный коаксиальный

Подробнее

Топология компьютерной сети - сетка, звезда, шина, кольцо и гибрид

Геометрическое представление того, как компьютеры связаны друг с другом, называется топологией. Существует пять типов топологии - сетка, звезда, шина, кольцо и гибрид.

Типы топологии

В компьютерных сетях существует пять типов топологии:


1. Топология сетки
2. Звездная топология
3. Топология шины
4. Кольцевая топология
5. Гибридная топология

Топология сетки


В ячеистой топологии каждое устройство подключается ко всем остальным устройствам в сети через выделенный двухточечный канал.Когда мы говорим «выделенный», это означает, что по каналу передаются данные только для двух подключенных устройств. Допустим, у нас есть n устройств в сети, тогда каждое устройство должно быть связано с (n-1) устройствами сети. Количество ссылок в сетчатой ​​топологии из n устройств будет n (n-1) / 2.

Преимущества топологии сетки

1. Нет проблем с трафиком данных, поскольку существует выделенный канал между двумя устройствами, что означает, что канал доступен только для этих двух устройств.
2. Ячеистая топология является надежной и устойчивой, поскольку отказ одного канала не влияет на другие каналы и связь между другими устройствами в сети.
3. Ячеистая топология безопасна, поскольку существует связь точка-точка, поэтому несанкционированный доступ невозможен.
4. Обнаружение неисправностей очень просто.

Недостатки топологии Mesh

1. Количество проводов, необходимых для подключения каждой системы, утомительно и головно.
2. Поскольку каждое устройство должно быть связано с другими устройствами, количество требуемых портов ввода-вывода должно быть огромным.
3. Проблемы с масштабируемостью из-за того, что устройство не может быть подключено к большому количеству устройств с помощью выделенного канала точка-точка.

Звездная топология


В звездообразной топологии каждое устройство в сети подключено к центральному устройству, называемому концентратором. В отличие от топологии Mesh, звездообразная топология не допускает прямого взаимодействия между устройствами, устройство должно взаимодействовать через концентратор. Если одно устройство хочет отправить данные на другое устройство, оно должно сначала отправить данные на концентратор, а затем концентратор передать эти данные на назначенное устройство.

Преимущества топологии «звезда»

1. Менее дорого, потому что каждому устройству нужен только один порт ввода-вывода и его необходимо соединить с концентратором с помощью одного канала.
2. Легче установить
3. Требуется меньше кабелей, потому что каждое устройство необходимо подключать только к концентратору.
4. Надежный: если одна ссылка не работает, другие ссылки будут работать нормально.
5. Простое обнаружение неисправностей, поскольку связь может быть легко идентифицирована.

Недостатки топологии «звезда»

1. Если хаб выходит из строя, все выходит из строя, ни одно из устройств не может работать без хаба.
2. Концентратор требует больше ресурсов и регулярного обслуживания, потому что это центральная система звездообразной топологии.

Топология шины


В шинной топологии есть главный кабель, и все устройства подключаются к этому основному кабелю через линии ответвления. Существует устройство, называемое краном, которое соединяет линию ответвления с основным кабелем. Поскольку все данные передаются по основному кабелю, существует ограничение на количество линий ответвления и расстояние, которое может иметь основной кабель.

Преимущества шинной топологии

1. Простая установка, каждый кабель должен быть соединен с магистральным кабелем.
2.Требуется меньше кабелей по сравнению с топологией Mesh и звезда

Недостатки шинной топологии

1. Трудно обнаруживать неисправности.
2. Не масштабируется, поскольку существует ограничение на количество узлов, которое вы можете подключить с помощью магистрального кабеля.

Кольцевая топология


В кольцевой топологии каждое устройство связано с двумя устройствами по обе стороны от него. Устройство имеет два выделенных канала связи «точка-точка» с устройствами по обе стороны от него. Эта структура образует кольцо, поэтому она известна как кольцевая топология.Если устройство хочет отправить данные на другое устройство, оно отправляет данные в одном направлении, каждое устройство в кольцевой топологии имеет ретранслятор, если полученные данные предназначены для другого устройства, ретранслятор пересылает эти данные, пока предполагаемое устройство не получит их.

Преимущества кольцевой топологии

1. Простота установки.
2. Управление проще, поскольку для добавления или удаления устройства из топологии требуется изменить только две ссылки.

Недостатки кольцевой топологии

1.Сбой линии связи может привести к отказу всей сети, поскольку сигнал не будет продвигаться вперед из-за сбоя.
2. Проблемы с трафиком данных, так как все данные циркулируют по кольцу.

Гибридная топология


Комбинация двух или более топологий называется гибридной топологией. Например, сочетание звездообразной и ячеистой топологии известно как гибридная топология.

Преимущества гибридной топологии

1. Мы можем выбрать топологию на основе требований, например, масштабируемость является нашей задачей, тогда мы можем использовать топологию звезды вместо технологии шины.
2. Масштабируемость, поскольку мы можем в дальнейшем соединять другие компьютерные сети с существующими сетями с другой топологией.

Недостатки гибридной топологии

1. Обнаружение неисправности затруднено.
2. Установка затруднена.
3. Конструкция сложная, поэтому обслуживание требует больших затрат и, следовательно, дорого.

Автобус, кольцо, звезда, сетка, дерево, P2P, гибрид

Что такое топология?

Сетевые топологии описывают методы, в которых отображаются все элементы сети.Термин топология относится как к физическому, так и к логическому расположению сети.

В этом руководстве по сетевой топологии мы объясним:

Типы сетевых топологий

Два основных типа сетевых топологий: 1) Физическая топология 2) Логическая топология

Физическая топология:

Этот тип сети является фактическое расположение компьютерных кабелей и других сетевых устройств

Логическая топология:

Логическая топология дает представление о физическом устройстве сети.

Различные типы физических топологий:

  • Топология P2P
  • Топология шины
  • Кольцевая топология
  • Звездообразная топология
  • Древовидная топология
  • Сетчатая топология
  • Гибридная топология
Детальная топология сети Изучим каждую схему топологии сети 9000 :

Точка-точка

Топология точка-точка - самая простая из всех сетевых топологий. В этом методе сеть представляет собой прямое соединение между двумя компьютерами.

Схема топологии P2P

Преимущества:

  • Это быстрее и надежнее, чем другие типы подключений, поскольку существует прямое подключение.
  • Нет необходимости в сетевой операционной системе
  • Не нужен дорогой сервер, поскольку для доступа к файлам используются отдельные рабочие станции
  • Нет необходимости в каких-либо выделенных сетевых специалистах, потому что каждый пользователь устанавливает свои права

Недостатки:

  • Самый большой недостаток в том, что он может использоваться только для небольших помещений, где компьютеры находятся в непосредственной близости.
  • Вы не можете создавать резервные копии файлов и папок централизованно
  • Нет никакой безопасности, кроме разрешений. Пользователям часто не требуется входить в систему на своих рабочих станциях.

Топология шины

Схема топологии шины

Топология шины использует один кабель, который соединяет все включенные узлы. Главный кабель действует как стержень для всей сети. Один из компьютеров в сети действует как компьютерный сервер. Когда он имеет две конечные точки, это называется топологией линейной шины.

Преимущества:

Вот плюсы / преимущества использования шинной топологии:

  • Стоимость кабеля намного ниже по сравнению с другой топологией, поэтому он широко используется для построения небольших сетей.
  • Известны для сетей LAN, потому что они недороги и просты в установке.
  • Он широко используется, когда сетевая установка небольшая, простая или временная.
  • Это одна из пассивных топологий. Таким образом, компьютеры на шине только прослушивают отправляемые данные, которые не несут ответственности за передачу данных с одного компьютера на другой.

Недостатки:

Минусы / недостатки шинной топологии:

  • В случае выхода из строя общего кабеля вся система выйдет из строя.
  • При большом объеме сетевого трафика в сети возникают конфликты.
  • Когда сетевой трафик высок или узлов слишком много, время производительности сети значительно снижается.
  • Кабели всегда имеют ограниченную длину.

Кольцевая топология

Схема кольцевой топологии

В кольцевой сети каждое устройство имеет ровно два соседних устройства для связи.Это называется кольцевой топологией, так как ее образование похоже на кольцо. В этой топологии каждый компьютер подключен к другому компьютеру. Здесь последний узел объединен с первым.

Эта топология использует токен для передачи информации от одного компьютера к другому. В этой топологии все сообщения проходят через кольцо в одном направлении.

Преимущества:

Вот плюсы / преимущества кольцевой топологии:

  • Простота установки и перенастройки.
  • Для добавления или удаления кольцевой топологии устройства необходимо переместить только два соединения.
  • В кольцевой топологии процесс устранения неполадок затруднен.
  • Отказ одного компьютера может нарушить работу всей сети.
  • Обеспечивает равный доступ ко всем компьютерам в сети
  • Более быстрая проверка и подтверждение ошибок.

Недостатки:

Вот недостатки / минусы кольцевой топологии:

  • Однонаправленный трафик.
  • Обрыв одного кольца может привести к поломке всей сети
  • В наши дни высокоскоростные локальные сети сделали эту топологию менее популярной.
  • В кольце все время циркулируют топологические сигналы, что приводит к нежелательному потреблению энергии.
  • Устранение неполадок в кольцевой сети очень сложно.
  • Добавление или удаление компьютеров может нарушить сетевую активность.

Топология «звезда»

Схема топологии «звезда»

В топологии «звезда» все компьютеры соединяются с помощью концентратора. Этот кабель называется центральным узлом, и все остальные узлы подключаются с помощью этого центрального узла.Он наиболее популярен в локальных сетях, поскольку недорог и прост в установке.

Преимущества:

Вот плюсы / преимущества стартовой топологии:

  • Простота устранения неполадок, настройки и изменения.
  • Затронуты только те узлы, которые вышли из строя. Остальные узлы все еще работают.
  • Высокая производительность при небольшом количестве узлов и очень низком сетевом трафике.
  • В звездообразной топологии добавление, удаление и перемещение устройств очень просто.

Недостатки:

Вот минусы / недостатки использования Star:

  • При выходе из строя концентратора или концентратора подключенные узлы отключаются.
  • Установка звездообразной топологии требует больших затрат.
  • Плотный сетевой трафик иногда может значительно замедлить работу шины.
  • Производительность зависит от емкости концентратора
  • Поврежденный кабель или отсутствие надлежащей оконечной нагрузки может вывести сеть из строя.

Ячеистая топология

Ячеистая топология имеет уникальный сетевой дизайн, в котором каждый компьютер в сети подключается друг к другу. Он устанавливает соединение P2P (точка-точка) между всеми устройствами сети.Он предлагает высокий уровень резервирования, поэтому даже в случае выхода из строя одного сетевого кабеля данные все равно имеют альтернативный путь к месту назначения.

Типы топологии сетки:

  • Топология частичной сетки: В этом типе топологии большинство устройств подключаются почти так же, как полная топология. Единственная разница в том, что несколько устройств связаны всего с двумя или тремя устройствами.
Топология частично подключенной сетки
  • Топология полной сетки: В этой топологии все узлы или устройства напрямую связаны друг с другом.
Полностью подключенная топология ячеистой сети

Преимущества:

Вот плюсы / преимущества ячеистой топологии

  • Сеть может быть расширена без прерывания работы текущих пользователей.
  • Требуются дополнительные возможности по сравнению с другими топологиями LAN.
  • Сложная реализация.
  • Проблем с трафиком нет, поскольку узлы имеют выделенные каналы.
  • Он имеет несколько каналов, поэтому, если какой-либо один маршрут заблокирован, для передачи данных следует использовать другие маршруты.
  • Ссылки P2P упрощают процесс выявления неисправностей.
  • Это поможет вам избежать вероятности сбоя сети, подключив все системы к центральному узлу.

Недостатки:

  • Установка сложна, потому что каждый узел подключен к каждому узлу.
  • Специальные ссылки помогут вам решить проблему с трафиком.
  • Ячеистая топология надежна.
  • Каждая система имеет свою конфиденциальность и безопасность
  • Это дорого из-за использования большего количества кабелей. Нет правильного использования систем.
  • Требуется больше места для выделенных ссылок.
  • Из-за большого количества кабелей и количества входов-выходов его внедрение является дорогостоящим.
  • Для прокладки кабелей требуется большое пространство.

Древовидная топология

Древовидная топология

Древовидная топология имеет корневой узел, и все остальные узлы связаны между собой, образуя иерархию. Это также известно как иерархическая топология. Эта топология объединяет различные звездообразные топологии вместе на одной шине, поэтому она известна как топология звездообразной шины.Древовидная топология - это очень распространенная сеть, похожая на топологию шины и звезды.

Преимущества:

Вот плюсы / преимущества древовидной топологии:

  • Отказ одного узла никогда не влияет на остальную сеть.
  • Расширение узлов выполняется быстро и легко.
  • Обнаружение ошибок - простой процесс
  • Легко управлять и поддерживать

Недостатки:

Минусы / недостатки древовидной топологии:

  • Топология с сильным кабелем
  • Если добавлено больше узлов, тогда его обслуживание затруднено
  • При выходе из строя концентратора или концентратора подключенные узлы также отключаются.

Гибридная топология

Гибридная топология

Гибридная топология объединяет две или более топологии. Вы можете видеть в приведенной выше архитектуре таким образом, что результирующая сеть не демонстрирует одну из стандартных топологий.

Например, как вы можете видеть на изображении выше, в офисе в одном отделе используется топология «звезда» и P2P. Гибридная топология всегда создается, когда соединены две разные базовые сетевые топологии.

Преимущества:

Вот преимущества / плюсы использования гибридной топологии:

  • Предлагает самый простой метод обнаружения ошибок и устранения неполадок
  • Высокоэффективная и гибкая сетевая топология
  • Масштабируемость позволяет увеличить размер сети

Недостатки:

  • Разработка гибридной топологии сложна
  • Это один из самых затратных процессов

Как выбрать топологию сети?

Вот некоторые важные соображения для выбора наилучшей топологии для создания сети в вашей организации:

  • Топология шины, безусловно, является наименее затратной для установки сети.
  • Если вы хотите использовать более короткий кабель или планируете расширить сеть в будущем, то звездообразная топология - лучший выбор для вас.
  • Полностью ячеистая топология теоретически является идеальным выбором, поскольку каждое устройство подключено ко всем остальным устройствам.
  • Если вы хотите использовать для работы в сети кабель витой пары, вам следует строить звездообразную топологию.

Сводка

12 один кабель, который соединяет все включенные узлы
Топология Что это такое Изображение
P2P Сеть представляет собой прямую связь между двумя компьютерами
Кольцо Каждое устройство имеет ровно два соседних устройства для связи
Звезда Все компьютеры подключаются с помощью концентратора.
Сетка Ячеистая топология имеет уникальный сетевой дизайн, в котором каждый компьютер в сети подключается друг к другу.
Дерево Топологии дерева имеют корневой узел, и все остальные узлы связаны между собой, образуя иерархию.
Гибридная топология Гибридная топология объединяет две или более топологии

Руководство от А до Я и 5 лучших программных топологий внутри

Networking играет решающую роль в повседневной деятельности каждой организации.Помогает обменять конфиденциальные данные между узлами (компьютерными системами и сетевыми устройствами) через общая среда. Однако создание сети и организация сетей устройств - это непросто. Организациям необходимо разработать конкретные модели, следуя важные руководящие принципы и создавать физические и логические схемы сети или карта конфигурации для достижения оптимальной производительности сети. Различная топология инструменты могут помочь создать и понять структуру компьютерной сети и физические и виртуальные соединения компонентов, чтобы их было легче идентифицировать и устранять ошибки.

Что такое топология сети?

Выравнивание топологии сети настройка сети, чтобы каждый узел был связан с сетевыми ссылками или подключался линий. Это помогает организациям в мониторинге устройств, визуализации сети и диагностика сетевых проблем.

Пока есть несколько способов обустройства сети, каждый способ имеет свои преимущества и недостатки. В зависимости от степени подключения и безопасности организация При необходимости ИТ-команды могут разработать карту топологии сети.

Важность сетевой топологии

Топология сети используется для определения макета сети, ее структуры и формы, как физически и логически. Сеть может иметь одну физическую топологию и несколько логические топологии одновременно.

Физическая сеть макет относится к физическим соединениям устройств, таких как провода, кабели, и больше. Такие задачи, как подготовка, настройка и обслуживание, требуют понимания физическая планировка. С другой стороны, логическая схема сети представляет собой концептуальное представление того, как различные устройства работают на разных уровнях абстракция.Он предоставляет информацию о подключении нескольких узлы, способ передачи данных и среда передачи. Облако и виртуальные ресурсы подпадают под логическую схему сети.

Правильный выбор топология помогает организациям обнаруживать сбои, устранять ошибки и выделять ресурсы по сети. Благодаря лучшему пониманию сетевых концепций, команды могут максимально эффективно использовать ресурсы и сети составные части. Наличие хорошо управляемой и оптимизированной сетевой топологии снижает расходы на техническое обслуживание и эксплуатацию увеличиваются.

Типы топологии сети

Организации могут выбирать разные типы топологии сети в зависимости от пригодности различных операций в целом размер сети и бизнес-цели.

Автобус Топология

Автобус топологию иногда также называют линейной или магистральной топологией. В этом настройки сети, каждое устройство подключено к одному кабелю, проходящему по всей сеть. Команды могут подключать столько узлов, сколько им нужно; однако это может влияют на производительность сети.Один из подключенных узлов действует как сервер и передает данные в одном направлении от одного конца к другому. Меньше сети, использующие этот тип топологии, часто используют коаксиальный кабель или кабель RJ45 для соединения устройства вместе.

Преимущества

Работает топология шины хорошо подходит для небольших сетей и сохраняет макет чрезвычайно простым и понятным. Он надежный, гибкий и расширяемый. В топологии шины проще подключать и удалять устройства, не затрагивая другие в сети.А также, это экономически выгодно, так как для передачи данных используется один кабель.

Недостатки

Шинная топология очень уязвим к сбоям и замедлению работы сети. Один из основных Недостатки этой топологии в том, что для передачи данных используется один кабель, что может привести к различным проблемам. Если кабель не работает, весь сеть выходит из строя, что требует много времени для исправления и дорогостоящего восстановления. Во время высокого трафика производительность сети снижается по мере передачи данных. через один кабель.Эти ограничения делают эту топологию подходящей для небольших сети. Кроме того, топология шины является полудуплексной, что означает невозможность передачи данных. передаются в противоположных направлениях одновременно - недостаток для организаций с разветвленной сетью, где передача данных высокого уровня является регулярной упражняться.

Кольцевая топология

В кольцевая топология, устройства соединены в петлю, образуя кольцо. Пакеты данных переходят от одного компьютера к другому в одном направлении, чтобы достичь своих назначения.По этой причине кольцевая топология также известна как полудуплекс. Звенеть топологию можно преобразовать в топологию двойного кольца или полнодуплексную, что означает данные могут передаваться как по часовой, так и против часовой стрелки с помощью двух концентрических кольца или кабели, подключенные к каждому узлу. Топология двойного кольца используется в качестве резервной, если первичное кольцо выходит из строя.

Кольцо топология следует принципу передачи токена. Жетоны передаются с одного компьютер к другому в зависимости от способа передачи данных. Однажды компьютер получает токен, он передает данные и отправляет токен обратно с сигнал подтверждения.В топологии выбирается один узел для настройки сети и контролировать другие устройства в шлейфе. Этот тип сети Конфигурация в основном используется на малых предприятиях и в школах.

Преимущества

круговой поток данных и протоколы на основе токенов сводят к минимуму вероятность коллизия пакетов. Однонаправленность кольцевой топологии обеспечивает высокую скорость. Кольцевая топология способна обрабатывать большие объемы узлов в сети и интенсивный трафик по сравнению с шинной топологией.Устранение ошибок, таких как кабель устранять неисправности в кольцевой сети проще и удобнее. Обеспечивает отличный связь на большом расстоянии и экономична по сравнению с другими такие топологии, как сетка, гибрид и дерево. Топология двойного кольца предлагает дополнительные уровень безопасности данных, поскольку он более устойчив к сбоям из-за двойного подключение к сети. Если одна сеть выходит из строя, ее берет на себя другая.

Недостатки

отказ одного узла может вывести из строя всю сеть.Узлы в кольце топологию необходимо постоянно контролировать, чтобы гарантировать их работоспособность. Отказ линии передачи - еще один недостаток кольцевой топологии. Этот тип Конфигурация сети также вызывает проблемы с масштабируемостью. Добавление или удаление сетевых устройств может привести к задержкам связи.

Звездная топология

А Топология «звезда» - это наиболее часто используемая сетевая конфигурация. В этом типе топологии, узлы подключены к центральному устройству, например коммутатору или концентратору с с помощью коаксиального кабеля, оптического волокна или кабеля витой пары.Узел расположение в звездообразной топологии выполнено таким образом, что центральное устройство действует как сервер а периферийные устройства рассматриваются как клиенты. Центральное устройство отвечает за передачу данных по всей сети и выполняет ее работа неоднократно.

Преимущества

Звезда топология имеет несколько преимуществ, которые делают ее наиболее часто используемой сетью. конфигурация. Использование центрального сервера значительно снижает шансы сбой сети и потеря данных. Если узел перестает функционировать, это не влияет другие в сети.В отличие от кольцевой топологии, новые компьютеры и устройства можно добавляются, удаляются и изменяются в звездообразной топологии, не занимая всю сеть не в сети. Более того, этот тип топологии прост в настройке, управлении и требуется меньше кабелей для соединения узлов с центральным устройством.

Недостатки

В звездообразная топология, если центральное устройство не работает, вся сеть выходит из строя. вниз сразу. Администраторам необходимо контролировать и обслуживать центральное устройство. внимательно, чтобы не допустить ошибок.Производительность всей сети зависит исключительно о конфигурации, скорости и производительности центрального устройства.

Топология сетки

Сетка топология - это соединение точка-точка, в котором узлы инфраструктуры подключены напрямую, неиерархически и динамически к как можно большему количеству узлов можно передавать данные. Веб-структура конфигурации сети предлагает два метода передачи данных: маршрутизация и лавинная рассылка. Маршрутизация относится как узлы используют логику маршрутизации, чтобы найти кратчайшее расстояние до место назначения пакета.Флуд - это способ передачи данных. к узлам в сети. Это не требует логики маршрутизации.

Типы топологии сетки

Топология частичной сетки

В полностью взаимосвязанная ячеистая сеть, когда некоторые узлы подключены к одному или два узла (периферийные узлы), установка известна как частичная сетка. Если сеть или основные узлы выходят из строя, остальные узлы остаются неизменными.

Полная топология сетки

Когда каждый узел в сети взаимосвязан, настройка известна как полная сетка.Чтобы рассчитать количество подключений в сети, можно использовать формулу:

п (п-1) / 2

(п. количество компьютеров в сети)

Преимущества:

Сетка топологии чрезвычайно надежны. Они могут управлять большими объемами трафика как несколько узлов могут передавать данные одновременно. Прочные взаимосвязи сделать топологию устойчивой к сбоям. Дополнительные устройства не обременяют сети или нарушить передачу данных.

Недостатки:

Сетка топология требует много времени, дорого и иногда дает избыточные соединения. Макет сетки чрезвычайно сложен, и его сложно настроить, управлять и поддерживать.

Топология дерева

Топология дерева - это структура сети, в которой корневой узел соединен с другими узлами, расположенными в иерархия родитель-потомок. Топологии деревьев должны иметь как минимум три уровня иерархия, в которой существует только одна взаимная связь между двумя соединенными узлы.Топология представляет собой комбинацию звезды (узлов, подключенных к центральному серверная) и шинная (линейная) топологии. Благодаря гибкости и масштабируемости эта топология часто используется в глобальной сети для поддержки разнесенных устройств.

Преимущества

Проще добавить больше узлов в этом типе топологии, поскольку он следует иерархии родитель-потомок. В иерархия и выравнивание узлов облегчают ИТ-командам поиск и устранять ошибки.

Недостатки

Единственная точка В топологии дерева заботой является его корневой узел.Если он не работает, это влияет на все узлы подключены к его ветвям. Поддержание сети - непростая задача потому что при добавлении узлов становится сложно управлять всей сетью и каждый узел в нем. Более того, топология дерева требует значительного количества кабели для соединения узлов по всей иерархии, что делает компоновку более удобной. сложный.

Гибридная топология

А гибридная топология - это сочетание двух или более топологий, выделенных выше. Это самый обычно используется на крупных предприятиях, где отдельные отделы имеют персонализированные сетевые топологии в соответствии с их требованиями к использованию сети.В возможности и уязвимости сильно зависят от типа топологии вместе. Комбинация сети «звезда-шина» и «звезда-кольцо» конфигурации являются наиболее распространенными примерами гибридной сетевой топологии.

Преимущества

Гибрид топологии предлагают гибкость, надежность и масштабируемость за счет сочетания наиболее сильные стороны различных топологий в одной гибридной установке. Гибридный топологии могут быть изменены в соответствии с потребностями организации.

Недостатки

Гибрид топологии очень сложны. У каждого типа техники есть свои недостатки. Следовательно, администраторам необходимо управлять каждой топологией, включенной в гибридную настройка в соответствии с его уникальными требованиями.

Который Топология для рассмотрения?

Выбор топологии зависит от ряда факторов, таких как длина кабеля, тип кабеля, стоимость настройка и масштабируемость. Если приоритетом для бизнеса является сохранение настроек простая, шинная топология - самая легкая и простая в установке сеть конфигурация с точки зрения потребности в кабелях.Во всех топологиях обычно используется три типы кабелей: витые пары, коаксиальные кабели и волоконно-оптические кабели. В стоимость установки конфигурации сети также важна рассмотрение. Чем более сложную топологию выбирает организация, тем больше она приходится платить за ресурсы и время, потраченные на создание их установки.

Если организация планы по расширению сетевой инфраструктуры позже, командам следует рассмотреть выбор масштабируемой топологии не зависит от добавления устройств.Звездная топология - это идеальный выбор для этого требования, так как при добавлении узлы.

Топ 5 Программное обеспечение сетевой топологии

Из-за различий в топологии сети и ее поведения, включая точки давления, уникальные проблемы безопасности и проблемы управления, крайне важно автоматизировать задачи конфигурации и управления с помощью надежного и эффективного программного обеспечения для топологии сети. Программное обеспечение топологии использует различные методологии и интеграции для определения местоположения подключенных устройств.Это помогает ИТ-администраторам определять неэффективность и узкие места сети, а также проводить анализ первопричин сетевых проблем.

  1. SolarWinds Network Topology Mapper
  2. Intermapper
  3. Lucidchart
  4. Net-Probe
  5. Spiceworks Network Mapping Tool

1. SolarWinds Network Topology Mapper

SolarWinds ® Network Topology Mapper предлагает автоматическое сопоставление и обнаружение устройств по запросу. Этот инструмент помогает группам автоматически сканировать новые устройства и всю сеть организации с использованием протоколов SNMP, ICMP (Ping и Traceroute) и сканирования по расписанию, чтобы обеспечить точную и актуальную запись вашей сети.На основе собранных данных инструмент создает подробные отчеты и карты топологии, экономя ценные ресурсы, полосу пропускания и время. Эти карты можно экспортировать в форматы Microsoft Office Visio, PDF и PNG для целей распространения. Инструмент соответствует стандарту FIPS 140-2 и соответствует требованиям PCI, SOX и HIPAA.

Команды

могут использовать надежные инструменты отчетности для получения автоматизированного отчета об инвентаризации и управлении устройствами. Отчет помогает отслеживать инвентаризацию и сетевую информацию, экономит время и повышает производительность.Кроме того, команды могут хранить карты топологии и устанавливать функции автоматического обнаружения, чтобы в режиме реального времени получать информацию о новых устройствах, добавленных в сеть. Инструмент предлагает 14-дневную бесплатную пробную версию со всеми стандартными функциями.

2. Intermapper

Intermapper - это мощный инструмент сетевого мониторинга для Mac, Windows и Linux. Он включает в себя функцию автоматического сопоставления и обнаружения, чтобы помочь командам спланировать и создать собственную топологию сети с нуля. Живые и динамические карты отображают состояние сети организации в реальном времени.Функция автоматического обнаружения помогает ассимилировать визуальное представление всех IP-устройств, таких как коммутаторы, рабочие станции, ноутбуки, маршрутизаторы и ПК. Он также отправляет предупреждения соответствующим командам, чтобы выявлять и исправлять ошибки в сети. Инструмент также предлагает несколько функций мониторинга сети. Это помогает в планировании емкости, сканировании производительности сети и составлении отчетов о соответствии SLA. Intermapper прост в установке, развертывании и использовании. Он предлагает простые, предсказуемые модели ценообразования на основе устройств, что позволяет масштабировать его в соответствии с меняющимися условиями.Инструмент предлагает 30-дневную бесплатную пробную версию, которая может контролировать до 10 устройств.

3. Lucidchart

Lucidchart - это веб-ориентированная, удобная блок-схема или приложение для построения диаграмм, загруженное множеством функций для создания профессиональных диаграмм и обмена ими. Он помогает создавать блок-схемы, организационные диаграммы, каркасы и UML и многое другое. В нем есть специализированные библиотеки значков для различных отраслей и программного обеспечения, включая топологию сети. Хотя в этом инструменте нет функции автоматического обнаружения, карты можно экспортировать в различные форматы, включая Visio, для создания сети с нуля.Инструмент хорошо работает с бизнес-системами и популярными веб-приложениями, включая Google Apps, Google Drive, Jive и Atlassian. Инструмент предлагает бесплатную версию и 7-дневную бесплатную пробную версию платных версий. Однако бесплатная версия не включает функции импорта и экспорта. Чтобы использовать премиум-функции, команды могут выбирать модели на основе подписки. Тарифные планы указаны для учетной записи пользователя. Для более крупных команд групповой план снижает стоимость всей системы. Программное обеспечение можно установить на Linux, macOS, Windows, Chrome OS, iOS и Android.

4. Net-Probe

Net-Probe - это решение для мониторинга сети, развернутое на каждом узле для управления им. Net-Probe использует плагины для сбора сетевых данных и сетевых карт для устранения неисправностей. Инструмент предлагает функцию автоматического обнаружения, чтобы помочь составить инвентаризацию оборудования и настроить сетевую организацию. Живые карты отображают состояние устройства в реальном времени на значках оборудования и отправляют предупреждения на отдельном экране. Программное обеспечение работает в Windows с бесплатной стандартной версией, которая может контролировать до восьми устройств.Однако бесплатная версия не включает такие инструменты, как Ping, Traceroute и сканирование сети. Платные версии могут контролировать от 20 до 400 устройств, в зависимости от выбранного вами плана (Pro, Deluxe или Enterprise).

5. Инструмент сетевого сопоставления Spiceworks

Spiceworks Network Mapping Tool собирает данные инвентаризации подключенных устройств в сети и генерирует простые для понимания топологические карты. Инструмент редактора дизайна можно использовать для редактирования и модификации созданной карты.Инструмент автоматически обновляет сетевые карты по расписанию. Поэтому важно отключить эту функцию при создании настраиваемых сетевых карт, так как изменения могут быть удалены. Кроме того, автоматические обновления отображают использование пропускной способности сети для каждого устройства, что помогает выявлять узкие места в сети организации. Он также собирает информацию о каждом существующем и новом устройстве, включая номер модели, операционную систему и емкость. Этот бесплатный инструмент можно установить в Debian, Linux, Ubuntu, Windows и Mac OS.

Что есть лучший инструмент топологии сети?

Все Вышеупомянутые инструменты исключительно надежны и масштабируются для небольших, средние и крупные предприятия. Наряду с этими инструментами организации также могут использовать инструменты настройки сети для автоматизации повторяющихся задач и сети инструменты повышения производительности для мониторинга сбоев сети в реальном времени и проблем с производительностью. Инструменты управления конфигурацией сети помогают организациям понять различные сетевые уровни. Инструменты также автоматически обнаруживают новые узлы, добавленные в сеть, поэтому ИТ-группы могут развертывать стандартные конфигурации, необходимые для соответствия требованиям.Они дайте возможность командам защитить всю сеть, выявляя уязвимости. С другой стороны, инструменты управления производительностью сети время от времени отправляют предупреждения. замедления работы сети, чтобы команды могли эффективно выявлять и устранять неполадки вопросы. При сложной топологии трудно определить, какая часть в сети возникли проблемы. NPM и NCM предлагают стандартные функции, позволяющие легче определить такие проблемы. Оба эти инструмента можно использовать вместе с сетью. преобразователи топологии для расширенных функций.

Если организации ищут инструменты сетевой топологии с конкретными, надежными и расширенными функциями, я рекомендую SolarWinds Network Topology Mapper. Он специально разработан для создания карт, автоматического обнаружения устройств и выявления сетевых проблем с соблюдением нормативных требований.

Типы топологии сети - GeeksforGeeks

Расположение сети, которая включает узлы и соединительные линии через отправителя и получателя, называется сетевой топологией.Существуют различные сетевые топологии:

a) Ячеистая топология:

В ячеистой топологии каждое устройство подключается к другому устройству через определенный канал.

Рисунок 1 : Каждое устройство связано с другим через выделенные каналы. Эти каналы называются ссылками.



  • Если предположить, что количество устройств, подключенных друг к другу в ячеистой топологии, общее количество портов, необходимых для каждого устройства, равно N-1.На рисунке 1 5 устройств подключены друг к другу, следовательно, общее количество портов, требуемых каждому устройству, равно 4. Общее количество требуемых портов = N * (N-1).
  • Если предположить, что N устройств соединены друг с другом в топологии ячеистой сети, то общее количество выделенных каналов, необходимых для их соединения, составляет N C 2 то есть N (N-1) / 2. На рисунке 1 5 устройств, подключенных друг к другу, следовательно, общее количество необходимых каналов составляет 5 * 4/2 = 10.

Преимущества этой топологии:

  • Она надежна.
  • Неисправность легко диагностируется. Данные надежны, потому что данные передаются между устройствами по выделенным каналам или ссылкам.
  • Обеспечивает безопасность и конфиденциальность.

Проблемы с этой топологией:

  • Установка и настройка затруднены.
  • Стоимость кабелей высока, так как требуется объемная разводка, следовательно, они подходят для меньшего количества устройств.
  • Стоимость обслуживания высока.

b) Топология «звезда»:

В топологии «звезда» все устройства подключаются к одному концентратору с помощью кабеля.Этот концентратор является центральным узлом, а все остальные узлы подключены к центральному узлу. Концентратор может быть пассивным по своей природе, то есть не интеллектуальным концентратором, таким как устройства вещания, в то же время концентратор может быть интеллектуальным, известным как активные концентраторы. В активных концентраторах есть повторители.

Рисунок 2 : Топология «звезда», в которой четыре системы подключены к одной точке подключения, то есть к концентратору.

a Преимущества этой топологии:

  • Если N устройств подключены друг к другу по звездообразной топологии, то количество кабелей, необходимых для их соединения, равно N.Итак, это легко настроить.
  • Каждому устройству требуется только 1 порт, т.е. для подключения к концентратору, поэтому общее количество необходимых портов равно N.

Проблемы с этой топологией:



  • Если концентратор (концентратор), на котором вся топология полагается неудачно, вся система рухнет.
  • Стоимость установки высокая.
  • Производительность основана на одном концентраторе, то есть концентраторе.

c) Топология шины:

Топология шины - это тип сети, в котором каждый компьютер и сетевое устройство подключены к одному кабелю.Он передает данные от одного конца к другому в одном направлении. В шинной топологии нет двунаправленной функции. Это многоточечное соединение и ненадежная топология, потому что в случае отказа магистрали происходит сбой топологии.

Рисунок 3 : Топология шины с общим магистральным кабелем. Узлы подключаются к каналу через отводные линии.

Преимущества этой топологии:

  • Если N устройств подключены друг к другу в шинной топологии, то количество кабелей, необходимых для их соединения, равно 1, который известен как магистральный кабель, и требуется N ответвительных линий .
  • Стоимость кабеля меньше по сравнению с другими топологиями, но он используется для построения небольших сетей.

Проблемы с этой топологией:

  • Если общий кабель выйдет из строя, вся система выйдет из строя.
  • Если сетевой трафик большой, это увеличивает коллизии в сети. Чтобы избежать этого, на уровне MAC используются различные протоколы, известные как Pure Aloha, Slotted Aloha, CSMA / CD и т. Д.
  • Безопасность очень низкая.

d) Кольцевая топология:

В этой топологии он образует кольцо, соединяющее устройства ровно с двумя соседними устройствами.

Ряд повторителей используется для кольцевой топологии с большим количеством узлов, потому что, если кто-то хочет отправить некоторые данные на последний узел в кольцевой топологии со 100 узлами, тогда данные должны будут пройти через 99 узлов, чтобы достичь 100 узел. Следовательно, для предотвращения потери данных в сети используются повторители.

Передача является однонаправленной, но ее можно сделать двунаправленной, имея 2 соединения между каждым сетевым узлом, это называется топологией двойного кольца.


Рисунок 4 : Кольцевая топология состоит из 4 станций, соединенных каждой, образующих кольцо.

В кольцевой топологии выполняются следующие операции:

  1. Одна станция известна как станция монитора , которая берет на себя всю ответственность за выполнение операций.
  2. Для передачи данных станция должна удерживать жетон. После завершения передачи маркер должен быть выпущен для использования другими станциями.
  3. Когда ни одна станция не передает данные, токен будет циркулировать по кольцу.
  4. Существует два типа методов освобождения маркера: Ранний выпуск маркера выпускает маркер сразу после передачи данных и Выпуск маркера задержки выпускает маркер после того, как подтверждение получено от получателя.

Преимущества этой топологии:

  • Возможность коллизии минимальна в этом типе топологии.
  • Недорого в установке и расширении.

Проблемы с этой топологией:

  • Устранение неполадок в этой топологии затруднено.
  • Добавление станций между ними или удаление станций может нарушить всю топологию.
  • Менее безопасный.

e) Топология дерева:

Эта топология является разновидностью топологии «звезда».Эта топология имеет иерархический поток данных.

Рисунок 5 : В этом случае различные вторичные концентраторы подключены к центральному концентратору, который содержит репитер. В этом потоке данных сверху вниз, то есть от центрального концентратора к вторичному, а затем к устройствам или снизу вверх, то есть от устройств к вторичному концентратору, а затем к центральному концентратору. Это многоточечное соединение и ненадежная топология, потому что в случае отказа магистрали происходит сбой топологии.
Преимущества этой топологии:

  • Это позволяет подключать больше устройств к одному центральному концентратору, таким образом, это увеличивает расстояние, которое проходит сигнал, чтобы прийти к устройствам.
  • Позволяет изолировать сеть от разных компьютеров и назначать им приоритеты.

Проблемы с этой топологией:

  • Если центральный концентратор выходит из строя, отказывает вся система.
  • Высокая стоимость из-за прокладки кабелей.

Вниманию читателя! Не прекращайте учиться сейчас. Изучите все концепции GATE CS с бесплатными живыми классами на нашем канале YouTube.

Что такое топология сети? Лучшее руководство по типам и схемам

Конфигурация или топология сети является ключом к определению ее производительности. Топология сети - это способ организации сети, включая физическое или логическое описание того, как ссылки и узлы настроены для связи друг с другом.

Существует множество способов организации сети, все со своими достоинствами и недостатками, и некоторые из них более полезны в определенных обстоятельствах, чем другие.Когда дело доходит до выбора топологии сети, у администраторов есть ряд возможностей, и это решение должно учитывать размер и масштаб их бизнеса, его цели и бюджет. Несколько задач входят в эффективное управление топологией сети, включая управление конфигурацией, визуальное отображение и общий мониторинг производительности. Ключевым моментом является понимание ваших целей и требований для создания и управления топологией сети в соответствии с требованиями вашего бизнеса.

После подробного определения топологии сети в этой статье будут рассмотрены основные типы топологий сети, их преимущества и недостатки, а также соображения по определению того, какая из них лучше всего подходит для вашего бизнеса.Я также расскажу об использовании и преимуществах программного обеспечения для отображения топологии сети, такого как SolarWinds ® Network Topology Mapper, при настройке сети, визуализации способа подключения устройств и устранении неполадок в сети.

Что такое топология сети?
Почему важна топология сети?
Типы топологии сети

Звездная топология
Топология шины
Кольцевая топология
Древовидная топология
Ячеистая топология
Гибридная топология

Какая топология лучше всего подходит для вашей сети?
Какие инструменты помогают управлять сетями и контролировать их?

Что такое топология сети?

Сетевая топология - это то, как различные узлы, устройства и соединения в вашей сети физически или логически расположены по отношению друг к другу.Думайте о своей сети как о городе, а о топологии как о дорожной карте. Подобно тому, как есть много способов организовать и поддерживать город - например, проследить, чтобы проспекты и бульвары могли облегчить передвижение между частями города, получающими наибольшее движение, - существует несколько способов организовать сеть. У каждого из них есть свои преимущества и недостатки, и в зависимости от потребностей вашей компании определенные меры могут дать вам большую степень подключения и безопасности.

Существует два подхода к топологии сети: физический и логический.Топология физической сети, как следует из названия, относится к физическим соединениям и взаимосвязям между узлами и сетью - проводами, кабелями и т. Д. Логическая топология сети является немного более абстрактной и стратегической, имея в виду концептуальное понимание того, как и почему сеть устроена так, как она есть, и как данные перемещаются через нее.

Почему важна топология сети?

Схема вашей сети важна по нескольким причинам. Прежде всего, он играет важную роль в том, как и насколько хорошо работает ваша сеть.Выбор правильной топологии для операционной модели вашей компании может повысить производительность, упростив обнаружение неисправностей, устранение ошибок и более эффективное распределение ресурсов в сети для обеспечения оптимального состояния сети. Оптимизированная и правильно управляемая топология сети может повысить эффективность использования энергии и данных, что, в свою очередь, может помочь снизить эксплуатационные расходы и затраты на обслуживание.

Дизайн и структура сети обычно отображаются и управляются на созданной программным образом схеме топологии сети.Эти диаграммы важны по нескольким причинам, но особенно для того, как они могут обеспечить визуальное представление как физических, так и логических схем, позволяя администраторам видеть соединения между устройствами при устранении неполадок.

Способ организации сети может улучшить или нарушить функциональность сети, возможность подключения и защиту от простоев. Вопрос: «Что такое топология сети?» можно ответить с объяснением двух категорий в топологии сети.

  1. Физическая - Топология физической сети относится к фактическим соединениям (провода, кабели и т. Д.)) того, как устроена сеть. Задачи настройки, обслуживания и инициализации требуют понимания физической сети.
  2. Логический - Логическая топология сети - это идея более высокого уровня о том, как настроена сеть, в том числе о том, какие узлы соединяются друг с другом и какими способами, а также о том, как данные передаются через сеть. Логическая топология сети включает любые виртуальные и облачные ресурсы.

Эффективное управление и мониторинг сети требуют четкого понимания физической и логической топологии сети, чтобы обеспечить ее эффективность и работоспособность.

Вернуться к началу

Какой тип топологии сети наиболее распространен?

Построение топологии локальной сети (LAN) может быть решающим фактором для вашего бизнеса, поскольку вы хотите создать устойчивую, безопасную и простую в обслуживании топологию. Существует несколько различных типов топологии сети, и все они подходят для разных целей, в зависимости от общего размера сети и ваших целей.

Как и в большинстве случаев, здесь нет «правильного» или универсального варианта.Имея это в виду, я проведу вас по наиболее распространенным определениям топологии сети, чтобы вы почувствовали преимущества и недостатки каждого из них.

Что такое звездообразная топология?

Топология «звезда», наиболее распространенная сетевая топология, построена таким образом, что каждый узел в сети напрямую подключается к одному центральному концентратору через коаксиальный, витую пару или оптоволоконный кабель. Выступая в качестве сервера, этот центральный узел управляет передачей данных - поскольку информация, отправляемая из любого узла в сети, должна пройти через центральный, чтобы достичь места назначения, - и функционирует как ретранслятор, что помогает предотвратить потерю данных.

Преимущества топологии «звезда»

Топологии

«звезда» широко распространены, поскольку они позволяют удобно управлять всей сетью из одного места. Поскольку каждый из узлов независимо подключен к центральному концентратору, в случае отказа одного из них остальная часть сети продолжит функционировать без изменений, что делает звездообразную топологию стабильной и безопасной сетевой схемой.

Кроме того, устройства можно добавлять, удалять и изменять без отключения всей сети.

С физической точки зрения структура топологии «звезда» использует относительно небольшое количество кабелей для полного подключения к сети, что обеспечивает простую настройку и управление с течением времени по мере расширения или сжатия сети. Простота конструкции сети также облегчает жизнь администраторам, поскольку легко определить, где возникают ошибки или проблемы с производительностью.

Недостатки звездообразной топологии

С другой стороны, если центральный концентратор выйдет из строя, остальная часть сети не сможет работать.Но если центральным узлом правильно управлять и поддерживать его в хорошем состоянии, у администраторов не должно возникнуть особых проблем.

Общая пропускная способность и производительность сети также ограничиваются конфигурацией и техническими характеристиками центрального узла, что делает установку и эксплуатацию звездообразной топологии дорогостоящей.

Вернуться к началу

Что такое топология шины?

Шинная топология ориентирует все устройства в сети по одному кабелю, идущему в одном направлении от одного конца сети к другому, поэтому ее иногда называют «линейной топологией» или «магистральной топологией».«Поток данных в сети также следует по маршруту кабеля, двигаясь в одном направлении.

Преимущества шинной топологии

Топологии

Bus - хороший и экономичный выбор для небольших сетей, поскольку их компоновка проста и позволяет подключать все устройства через один коаксиальный кабель или кабель RJ45. При необходимости к сети можно легко добавить больше узлов, подключив дополнительные кабели.

Недостатки шинной топологии

Однако, поскольку топологии шины используют один кабель для передачи данных, они несколько уязвимы.Если кабель выходит из строя, вся сеть выходит из строя, что может занять много времени и дорого для восстановления, что может быть менее серьезной проблемой для небольших сетей.

Топологии шины

лучше всего подходят для небольших сетей, так как пропускная способность ограничена, а каждый дополнительный узел снижает скорость передачи.

Кроме того, данные являются «полудуплексными», что означает, что их нельзя отправлять в двух противоположных направлениях одновременно, поэтому такая схема не является идеальным выбором для сетей с огромным объемом трафика.

Вернуться к началу

Что такое кольцевая топология? Одиночный против двойного

Кольцевая топология - это когда узлы расположены по кругу (или кольцу). Данные могут проходить через кольцевую сеть в одном или обоих направлениях, при этом каждое устройство имеет ровно двух соседей.

Плюсы кольцевой топологии

Поскольку каждое устройство подключено только к устройствам на каждой стороне, при передаче данных пакеты также перемещаются по кругу, проходя через каждый из промежуточных узлов, пока не прибудут в пункт назначения.Если большая сеть организована по кольцевой топологии, повторители могут использоваться для обеспечения правильной доставки пакетов без потери данных.

Только одной станции в сети разрешено отправлять данные за раз, что значительно снижает риск конфликтов пакетов, делая кольцевую топологию эффективной для передачи данных без ошибок.

В целом кольцевые топологии экономичны и недороги в установке, а сложная двухточечная связь узлов позволяет относительно легко выявлять проблемы или неправильные конфигурации в сети.

Минусы кольцевой топологии

Несмотря на свою популярность, кольцевая топология все еще уязвима для сбоев без надлежащего управления сетью. Поскольку поток передачи данных движется в одном направлении между узлами по каждому кольцу, если один узел выходит из строя, он может забрать с собой всю сеть. Вот почему крайне важно, чтобы каждый из узлов находился под контролем и содержался в хорошем состоянии. Тем не менее, даже если вы бдительны и внимательно следите за производительностью узла, ваша сеть все равно может быть отключена из-за отказа линии передачи.

Следует также учитывать вопрос масштабируемости. В кольцевой топологии все устройства в сети совместно используют полосу пропускания, поэтому добавление дополнительных устройств может способствовать общим задержкам связи. Сетевые администраторы должны помнить об устройствах, добавленных в топологию, чтобы не перегружать ресурсы и пропускную способность сети.

Кроме того, вся сеть должна быть отключена для перенастройки, добавления или удаления узлов. И хотя это еще не конец света, планирование времени простоя сети может быть неудобным и дорогостоящим.

Что такое топология с двойным кольцом?

Сеть с кольцевой топологией является полудуплексной, что означает, что данные могут перемещаться только в одном направлении за раз. Кольцевые топологии можно сделать полнодуплексными, добавив второе соединение между сетевыми узлами, создав двойную кольцевую топологию.

Преимущества топологии с двойным кольцом

Основным преимуществом топологии с двойным кольцом является ее эффективность: поскольку каждый узел имеет два соединения с каждой стороны, информация может передаваться по сети как по часовой, так и против часовой стрелки.Вторичное кольцо, включенное в конфигурацию топологии с двойным кольцом, может действовать как резервный уровень и резервное копирование, что помогает устранить многие недостатки традиционной кольцевой топологии. Топологии двойного кольца также предлагают немного дополнительную безопасность: если одно кольцо выходит из строя в узле, другое кольцо все еще может отправлять данные.

Вернуться к началу

Что такое топология дерева?

Древовидная топологическая структура получила свое название от того, как центральный узел функционирует как своего рода магистраль для сети, при этом узлы выходят наружу в виде ветвей.Однако, если каждый узел в звездообразной топологии напрямую подключен к центральному концентратору, древовидная топология имеет иерархию «родитель-потомок» в отношении того, как подключены узлы. Те, которые подключены к центральному концентратору, линейно подключены к другим узлам, поэтому два подключенных узла используют только одно взаимное соединение. Поскольку древовидная топологическая структура является одновременно чрезвычайно гибкой и масштабируемой, она часто используется в глобальных сетях для поддержки множества разнесенных устройств.

Плюсы топологии дерева

Объединение элементов топологии «звезда» и «шина» позволяет легко добавлять узлы и расширять сеть.Устранение ошибок в сети также является несложным процессом, поскольку каждое из филиалов может быть индивидуально оценено на предмет проблем с производительностью.

Минусы топологии дерева

Как и в случае с топологией «звезда», вся сеть зависит от состояния корневого узла в структуре топологии дерева. Если центральный концентратор выйдет из строя, различные ветви узлов будут отключены, хотя связь внутри - но не между - системами останется.

Из-за иерархической сложности и линейной структуры схемы сети добавление дополнительных узлов в древовидную топологию может быстро сделать надлежащее управление громоздким, не говоря уже о дорогостоящем опыте.Древовидные топологии дороги из-за огромного количества кабелей, необходимых для подключения каждого устройства к следующему в иерархической структуре.

Вернуться к началу

Что такое топология сетки?

Ячеистая топология - это сложная и продуманная структура соединений точка-точка, в которой узлы связаны между собой. Mesh-сети могут быть полными или частичными. Топологии с частичной сеткой в ​​основном связаны между собой, при этом несколько узлов имеют всего два или три соединения, в то время как топологии с полной сеткой - удивительно! - полностью взаимосвязаны.

Веб-структура топологий ячеистой сети предлагает два различных метода передачи данных: маршрутизацию и лавинную рассылку. Когда данные маршрутизируются, узлы используют логику для определения кратчайшего расстояния от источника до пункта назначения, а когда данные лавинно перенаправляются, информация отправляется на все узлы в сети без необходимости в логике маршрутизации.

Преимущества топологии сетки

Топологии

Mesh надежны и стабильны, а сложная степень взаимосвязанности между узлами делает сеть устойчивой к сбоям.Например, отключение ни одного устройства не может привести к отключению сети.

Недостатки топологии сетки

Топологии

Mesh невероятно трудозатратны. Каждое соединение между узлами требует кабеля и конфигурации после развертывания, поэтому установка может занять много времени. Как и в случае с другими топологическими структурами, стоимость кабельной разводки быстро увеличивается, и сказать, что ячеистые сети требуют большого количества кабелей, - это ничего не сказать.

Вернуться к началу

Что такое гибридная топология?

Гибридные топологии объединяют две или более различных топологических структур. Древовидная топология является хорошим примером интеграции шинной и звездообразной схем.Гибридные структуры чаще всего встречаются в крупных компаниях, где отдельные отделы имеют персонализированные сетевые топологии, адаптированные к их потребностям и использованию сети.

Преимущества гибридной топологии

Основным преимуществом гибридных структур является степень гибкости, которую они обеспечивают, поскольку в самой сетевой структуре есть несколько ограничений, которые гибридная установка не может принять.

Недостатки гибридной топологии

Тем не менее, каждый тип топологии сети имеет свои недостатки, и по мере роста сложности сети возрастают также опыт и ноу-хау, необходимые со стороны администраторов, чтобы все работало оптимальным образом.При создании гибридной сетевой топологии следует также учитывать денежные затраты.

Вернуться к началу

Какая топология лучше всего подходит для вашей сети?

Ни одна сетевая топология не идеальна или даже лучше по своей природе, чем другие, поэтому определение правильной структуры для вашего бизнеса будет зависеть от потребностей и размера вашей сети. Вот ключевые элементы, которые следует учитывать:

  • Необходимая длина кабеля
  • Тип кабеля
  • Стоимость
  • Масштабируемость

Длина кабеля

Как правило, чем больше кабелей задействовано в топологии сети, тем больше работы потребуется для настройки.Топологии «шина» и «звезда» являются более простыми, поскольку обе они довольно легкие, в то время как ячеистые сети гораздо более трудоемки и трудоемки.

Тип кабеля

Второй момент, который следует учитывать, - это тип кабеля, который вы собираетесь установить. В коаксиальном кабеле и кабеле с витой парой используется изолированная медная проводка или проводка на основе меди, а оптоволоконные кабели изготавливаются из тонких и гибких пластиковых или стеклянных трубок. Кабели с витой парой экономичны, но имеют меньшую полосу пропускания, чем коаксиальные кабели.Волоконно-оптические кабели обладают высокими характеристиками и могут передавать данные намного быстрее, чем витая пара или коаксиальные кабели, но они также, как правило, намного дороже в установке, поскольку требуют дополнительных компонентов, таких как оптические приемники. Таким образом, как и в случае с выбранной вами топологией сети, выбор проводки зависит от потребностей вашей сети, включая то, какие приложения вы будете запускать, расстояние передачи и желаемую производительность.

Стоимость

Как я уже упоминал, важно учитывать стоимость установки, поскольку для установки более сложных топологий сети потребуется больше времени и средств.Это может усугубиться, если вы комбинируете разные элементы, например, соединяете более сложную сетевую структуру с помощью более дорогих кабелей (хотя использование оптоволоконных кабелей в ячеистой сети, если вы спросите меня, переусердствует из-за того, как взаимосвязана топология является). Таким образом, определение правильной топологии для ваших нужд - это вопрос достижения правильного баланса между затратами на установку и эксплуатацию, а также уровнем производительности, который вам необходим от сети.

Масштабируемость

Последний элемент, который следует учитывать, - это масштабируемость.Если вы ожидаете расширения своей компании и сети - или если вы хотите, чтобы это было возможно - вы сэкономите время и избавитесь от лишних хлопот, чтобы использовать легко изменяемую топологию сети. Звездообразные топологии настолько распространены, потому что они позволяют добавлять, удалять и изменять узлы с минимальным нарушением работы остальной сети. Кольцевые сети, с другой стороны, должны быть полностью отключены для внесения любых изменений в любой из узлов.

Как отобразить топологию сети

Когда вы начинаете проектировать сеть, вам могут пригодиться топологические схемы.Они позволяют вам видеть, как информация будет перемещаться по сети, что, в свою очередь, позволяет прогнозировать потенциальные узкие места. Визуальное представление упрощает создание оптимизированного и эффективного сетевого дизайна, а также служит хорошей точкой отсчета, если вам нужно устранить ошибки.

Схема топологии также важна для полного понимания функций вашей сети. Помимо помощи в процессе устранения неполадок, представление с высоты птичьего полета, представленное на диаграмме топологии, может помочь вам визуально определить элементы инфраструктуры, которых не хватает в вашей сети, или то, какие узлы нуждаются в мониторинге, обновлении или замене.

Хорошая новость в том, что вам не нужно делать это вручную: вы можете легко создать карту топологии вашей сети с помощью инструментов.

Вернуться к началу

На рынке представлено несколько продуктов для отображения топологии сети. Одним из наиболее распространенных является Microsoft Visio, который позволяет «рисовать» вашу сеть, добавляя различные узлы и устройства в интерфейс, похожий на холст. Хотя это может работать для небольших сетей, рисование каждого дополнительного узла быстро становится громоздким, если вы работаете с множеством устройств и топологий, распределенных по всей компании.Другие варианты, такие как Lucidchart и LibreOffice Draw, либо бесплатны, либо предлагают бесплатные пробные версии, и, хотя они являются жизнеспособными вариантами, особенно если вызывает беспокойство стоимость, они не поставляются с полным набором инструментов сетевого картографирования премиум-класса для управления. сеть проще и требует меньше времени.

Из-за различий в топологии сети и различных способов поведения сетей, включая их уникальные проблемы безопасности, точки давления и проблемы управления, часто бывает полезно автоматизировать задачи настройки и управления с помощью сетевого программного обеспечения.

Конфигурация сети

Во-первых, рассмотрите возможность использования инструмента управления конфигурацией сети. Этот вид инструментов может помочь вам правильно настроить вашу сеть и автоматизировать повторяющиеся задачи, чтобы снять нагрузку с сетевого администратора. По мере роста вашей организации или сети топология сети может становиться более многоуровневой или более сложной, и может стать труднее развернуть конфигурации во всей сети с уверенностью. Однако с инструментами управления конфигурацией сложная топология сети не проблема: инструменты обычно могут автоматически обнаруживать каждый узел в сети, позволяя вам развертывать стандартные конфигурации, которые могут потребоваться по соображениям соответствия, или отмечать любые конфигурации, выходящие за рамки ожидаемых.

Инструменты управления конфигурацией сети

также могут выявлять уязвимости, чтобы вы могли исправить эти проблемы и сохранить свою сеть в большей безопасности. Наконец, эти виды инструментов также должны отображать жизненный цикл устройств в вашей сети, предупреждая вас об устройствах, которые подходят к окончанию срока службы или окончания срока службы, чтобы вы могли заменить их до того, как начнут возникать проблемы.

Устранение неполадок производительности сети

Для отслеживания общей производительности следует использовать программное обеспечение для управления сетью.Менеджер по производительности может отслеживать сетевые проблемы, сбои и проблемы с производительностью. Инструмент управления производительностью также будет иметь функциональные возможности для установки базовых показателей производительности сети и создания четкой картины того, как ваша сеть обычно ведет себя в исправном состоянии. Затем, установив предупреждения, когда ваша сеть работает неожиданно или за пределами этих базовых показателей, вы можете быстро отслеживать, точно определять и устранять проблемы.

При сложной топологии сети может быть трудно точно определить, в какой части сети возникают проблемы.Некоторые менеджеры производительности создают визуальное отображение топологии вашей сети, чтобы вы могли видеть всю сеть в виде обзора одной карты. Это может показать вам, как устроена ваша сеть, привлечь ваше внимание к изменениям в топологии и отметить, где возникают проблемы. Чтобы понять топологию вашей сети, вы можете бесплатно попробовать такой инструмент, как Network Topology Mapper, в течение 14 дней. Этот инструмент автоматически обнаруживает и генерирует подробные карты топологии вашей сети и может создавать карты нескольких типов без необходимости каждый раз повторно сканировать вашу сеть.

Это одна из причин, по которой мне очень нравится SolarWinds Network Topology Mapper (NTM). Независимо от размера вашей сети, он может не только автоматически обнаруживать все устройства и создавать для вас диаграмму топологии вашей сети, но также заполнять карту значками, относящимися к отрасли, для облегчения визуального различения. В дополнение к функции автоматического обнаружения программное обеспечение предлагает интуитивно понятный мастер сети, позволяющий перетаскивать узлы и группы узлов (которые также можно настроить).Визуализация различных соединений между узлами на одной карте или диаграмме может быть обременительной, особенно если вы работаете с обширной глобальной сетью, но интерфейс в NTM позволяет вам сортировать различные уровни соединений в зависимости от вашего уровня. пытаюсь осмотреть.

Вы можете настроить NTM на периодическое повторное сканирование вашей сети, чтобы поддерживать ваши схемы в актуальном состоянии. Он легко интегрируется с другими программами и предлагает надежную систему отчетности, позволяющую отслеживать показатели, от инвентаризации устройств до производительности сети, и при этом поддерживать соответствие PCI.

Отображение топологии для поставщиков управляемых услуг

Отображение топологии важно не только для управления отдельной сетью. Это также ключевой аспект основных обязанностей поставщиков управляемых услуг (MSP) для сотен или даже тысяч различных клиентов в нескольких сетях.

Из-за особых потребностей MSP часто бывает недостаточно использовать тот же инструмент, который вы могли бы использовать для своей личной или корпоративной сети. Стоит отметить, что другой продукт SolarWinds MSP (в настоящее время N-способный), N-central ® , имеет специализированный инструмент для этого варианта использования.

Решение для отображения топологии сети N-central позволяет выполнять глубокую оценку сетей, которыми вы управляете. Вы можете выполнять сканирование по требованию и сканирование по расписанию, а также получать доступ к подробным данным, представленным наглядно и наглядно.

Что нужно знать о топологии сети сегодня

Лучший совет, который я могу дать относительно топологии сети, заключается в том, что вы должны быть хорошо знакомы с потребностями и требованиями к использованию вашей сети. Общее количество узлов в сети является одним из основных факторов, которые необходимо учитывать, поскольку от этого зависит, возможно ли использовать более простую топологию или вам придется вкладывать средства в более сложную структуру сети.

Как я упоминал ранее, ни одна топология не является «лучшей». Каждый предлагает свой набор преимуществ и недостатков в зависимости от сетевой среды, с которой вы работаете или пытаетесь настроить. По этой причине я бы не стал делать немедленных выводов о любой сетевой топологии, основываясь исключительно на приведенных здесь описаниях. Прежде чем принять решение, попробуйте использовать инструмент отображения топологии сети, чтобы набросать план, который вы собираетесь использовать. Network Topology Mapper, мой личный фаворит, позволяет построить всю структуру вашей сети таким образом, чтобы его было легко использовать и легко анализировать, а также предлагает 14-дневную бесплатную пробную версию.

Учебное пособие по сетям

Учебное пособие по сетям

Сетевая топология

Топология сети - это физическая структура сети, которая расположение компьютеров и способ прокладки кабеля между ними. Это Важно использовать правильную топологию. У каждой топологии своя сильные и слабые стороны.

Топология шины
Топология шины соединяет компьютеры одним или несколькими кабелями с подключите линейно, как показано на рисунке 1. Сеть, использующая топологию шины, является называемая «автобусной сетью», которая была первоначальной формой Ethernet сети.Ethernet 10Base2 (также известный как thinnet) используется для шины топология.


Шинная топология - самый дешевый способ подключения компьютеров к рабочая группа или ведомственная локальная сеть, но у нее есть недостаток в том, что одна неплотное соединение или обрыв кабеля могут вывести из строя всю локальную сеть

Терминатор - важная проблема в шинных сетях. В электрический сигнал от передающего компьютера свободно проходит через по всей длине кабеля. Без прекращения, когда сигнал достигает конца провода, он отскакивает назад и возвращается вверх по провод.Когда сигнал раздается эхом взад и вперед по незавершенной шине, это называется звонком. Терминаторы поглощают электрическую энергию и останавливают размышления.

Преимущества автобуса следующие. Автобус
прост в использовании и понимании, а недорогая простая сеть
Сеть легко расширить, добавив кабель с повторителем, который усиливает сигнал и позволяет ему перемещаться на большее расстояние.

Недостатки следующие.
Топология шины замедляется из-за интенсивного сетевого трафика с большим количеством компьютер, потому что сети не координируются друг с другом, чтобы зарезервировать раз передать.
Устранение неполадок в шине затруднено из-за обрыва или ослабления кабеля. разъем вызовет отражения и выйдет из строя всю сеть.

Звездообразная топология
Звездообразная топология связывает компьютеры отдельными кабелями с центральным устройство, обычно концентратор, как показано на рисунке 2. Когда компьютер или другая сеть компонент передает сигнал в сеть, сигнал идет к центр. Затем концентратор пересылает сигнал одновременно на все остальные компоненты, подключенные к хабу.Ethernet 10BaseT - это сеть, основанная на звездная топология. Топология звезды - самый популярный способ подключения компьютеры в сети рабочей группы или отдела.


Рисунок 2: Звездная топология

Преимущества звездообразной топологии: \
Выход из строя одного компьютера или кабеля не приводит к выходу из строя вся сеть.
Централизованное сетевое оборудование может снизить затраты в долгосрочной перспективе значительно упростив управление сетью.
Он позволяет использовать несколько типов кабелей в одной сети с концентратором, который может подходят для нескольких типов кабелей.

Недостатки звездообразной топологии:
Отказ центрального концентратора вызывает отказ всей сети.
Это немного дороже, чем использование топологии шины.

Кольцевая топология
Кольцевая топология соединяет компьютеры по единому пути, концы которого соединены в круг, как на рисунке 3. Круг может быть логичным только но физическое расположение кабелей может быть похоже на звезду топология с концентратором или концентратором в центре.Кольцевая топология обычно используется в сетях Token Ring, что кольцо сети Token Ring сосредоточен внутри устройства, называемого блоком многостанционного доступа (MAU) и волоконно-оптических сетей с интерфейсом распределенных данных (FDDI), в этом случае это и физическое, и логическое кольцо, и обычно оно проходит вокруг кампус или совокупность зданий для формирования высокоскоростной магистральной сети.


Рисунок 3: Топология кольца

Преимущества следующие:
Один компьютер не может монополизировать сеть.
Он продолжает работать после превышения емкости, но скорость быть медленным.

Недостатки следующие:
Отказ одного компьютера может повлиять на всю сеть.
Устранение неполадок затруднено.
Добавление и удаление компьютеров нарушает работу сети.

Топология сетки
В ячеистой топологии каждый компьютер в сети имеет избыточные пути к данным. как показано на рисунке 4. Топология ячеистой сети обеспечивает отказоустойчивость - если провод, концентратор, коммутатор или другой компонент выходит из строя, данные могут перемещаться по альтернативный путь.Схема ячеистой сети выглядит как рыболовная сеть. А Ячеистая топология чаще всего используется в крупных магистральных сетях, в которых отказ одного коммутатора или маршрутизатора может привести к большой части сеть выходит из строя.


Рисунок 4: Топология сетки

Вернуться на главную страницу

Что такое топология шины на примере

Топология шины - это тип локальная сеть, в которой узлы (устройства или рабочие станции) подключены к одиночный кабель или одиночная магистраль.Кабель, который используется для подключения устройств, известный как коаксиальный кабель или кабель RJ-45.

Проблема с топологией шины заключается в том, что при неисправности кабеля вся сеть перестает работать. Там в сети может быть более одного линейного кабеля в целях безопасности. Это простой тип сетевой топологии, которая легко настраивается. Топология шины также экономична установить. Схема топологии шины

Топология шины не требуется дополнительные кабели во время установки, т.е. требуется несколько кабелей по сравнению с другим тип топологий.

Если какой-либо узел выходит из строя в сеть, тогда другие узлы продолжают работать. Легко добавлять новые узлы в сеть без перестановки других узлов.

Топология шины не подходит для междугородные сети, потому что может произойти потеря некоторых данных. Если узлы разбросаны по разным направлениям, то топология шины в этом случае не работает. случай, и лучше использовать топологию сетки, топологию кольца или топологию звезды.

Топология шины подходит для сети на малых расстояниях. Также требуется меньше кабелей, чем при топологии звездообразной сети.Если новые устройства добавляются в автобусную сеть, это замедляет передачу данных. скорость передачи, что является недостатком. Также терминаторы нужны с обеих сторон. кабеля.

Если в сети тогда трудно обнаружить и отладить проблему.

Примеры топологии шины:
  • An Пример шинной топологии - соединение двух этажей одной линией.
  • Ethernet сети также используют топологию шины
  • В шине топология, один компьютер в сети работает как сервер и другой компьютеры ведут себя как клиентов .

Добавить комментарий

Ваш адрес email не будет опубликован. Обязательные поля помечены *