3. Типові топології

Об'єднуючи в мережу декілька (більше двох) комп'ютерів, необхідно вирішити, яким чином з'єднати їх один з одним, іншими словами, вибрати конфігурацію фізичних зв'язків, або топологію.

Під топологією мережі розуміють конфігурацію графу, вершинам якого відповідають кінцеві вузли мережі (наприклад, комп'ютери) і комунікаційне обладнання (наприклад, маршрутизатори), а ребрам — фізичні або інформаційні зв'язки між вершинами.

Число можливих варіантів конфігурацій різко зростає при збільшенні числа зв'язуваних пристроїв.

Ми можемо з’єднувати кожний комп'ютер з кожним або ж зв'язувати їх послідовно, припускаючи, що вони «спілкуватимуться», передаючи повідомлення один одному «транзитом». Транзитні вузли повинні бути оснащені спеціальними засобами, що дозволяють їм виконувати цю специфічну посередницьку операцію. У якості транзитного вузла може виступати як універсальний комп'ютер, так і спеціалізований пристрій.

Від вибору топології зв'язків істотно залежать характеристики мережі. Наприклад, наявність між вузлами декількох шляхів підвищує надійність мережі і робить можливим балансування завантаження окремих каналів. Простота приєднання нових вузлів, властива деяким топологіям, надає можливість легко розширювати мережу. Економічні міркування часто призводять до вибору топологій, для яких характерна мінімальна сумарна довжина ліній зв'язку.

Серед множини можливих конфігурацій розрізняють повнозв'язні і неповнозв'язні.

Повнозв'язна топологія (рис. 9.2, а) відповідає мережі, в якій кожний комп'ютер безпосередньо пов'язаний зі всіма іншими. Не дивлячись на логічну простоту, цей варіант виявляється громіздким і неефективним. Дійсно, у такому разі кожний комп'ютер в мережі повинен мати велику кількість комунікаційних портів, достатню для зв'язку з кожним з решти комп'ютерів мережі. Для кожної пари комп'ютерів повинна бути виділена окрема фізична лінія зв'язку. (В деяких випадках навіть дві, якщо неможливе використання цієї лінії для двосторонньої передачі.) Повнозв'язні топології в крупних мережах застосовуються рідко, оскільки для зв'язку N вузлів потрібен N(N-1)/2 фізичних дуплексних ліній зв'язку. Частіше цей вид топології використовується в мережах, які об’єднують невелику кількість комп’ютерів.

Рисунок 9. 1 – Варіанти зв’язку між комп’ютерами

Інші варіанти засновані на неповнозв’язних топологіях, коли для обміну даними між двома комп'ютерами може бути потрібна транзитна передача даних через інші вузли мережі.

Комірчаста топологія може бути одержана з повнозв'язної шляхом видалення деяких зв'язків (рис. 9.1, б). Комірчаста топологія допускає з'єднання великої кількості комп'ютерів і характерна, як правило, для великих мереж.

В мережах з кільцевою топологією (рис. 9.2, в) дані передаються по кільцю від одного комп'ютера до іншого. Головною перевагою кільця є те, що воно по своїй природі забезпечує резервування зв'язків. Дійсно, будь-яка пара вузлів сполучена тут двома шляхами — за годинниковою стрілкою і проти неї. Кільце є дуже зручною конфігурацією і для організації зворотного зв'язку — дані, зробивши повне коло, повертаються до вузла-джерела. Тому джерело може контролювати процес доставки даних адресату. Часто ця властивість кільця використовується для тестування зв'язності мережі і пошуку вузла, що працює некоректно. В той же час в мережах з кільцевою топологією необхідно вживати спеціальних заходів, щоб у разі виходу з ладу або відключення якого-небудь комп'ютера не порушувався канал зв'язку між рештою вузлів кільця.

Зіркоподібна топологія (рис. 9.2, г) утворюється у разі, коли кожний комп'ютер підключається безпосередньо до загального центрального пристрою, який називається концентратором. До функцій концентратора входить направлення інформації, що передається комп'ютером, одному або всій решті комп'ютерів мережі. У якості концентратора може виступати як універсальний комп'ютер, так і спеціалізований пристрій. До недоліків топології типу зірка відноситься більш висока вартість мережного устаткування через необхідність придбання спеціалізованого центрального пристрою. Крім того, можливості по нарощуванню кількості вузлів в мережі обмежуються кількістю портів концентратора. Іноді має сенс будувати мережу з використанням декількох концентраторів, ієрархічно сполучених між собою зв'язками типу зірка (рис. 9.2, д). Одержану в результаті структуру називають ієрархічною зіркою, а також деревом. В даний час дерево є найпоширенішою топологією зв'язків як в локальних, так і глобальних мережах.

Рисунок 9.2 – Типові топології мереж

Особливим окремим випадком зірки є конфігурація спільна шина (рис. 9.2, є). Тут як центральний елемент виступає пасивний кабель, до якого за схемою «монтажного АБО» підключається декілька комп'ютерів (таку ж топологію мають багато мереж, що використовують безпроводовий зв'язок — роль спільної шини тут грає спільне радіосередовище). Інформація, що передається, розповсюджується по кабелю і доступна одночасно всім комп'ютерам, приєднаним до цього кабелю. Основними перевагами такої схеми є її дешевизна і простота приєднання нових вузлів до мережі, а недоліками — низька надійність (будь-який дефект кабелю повністю паралізує всю мережу) і невисока продуктивність (в кожний момент часу тільки один комп'ютер може передавати дані по мережі, тому пропускна спроможність ділиться тут між всіма вузлами мережі).

Тоді як невеликі мережі, як правило, мають типову топологію — зірка, кільце або спільна шина, для великих мереж характерна наявність довільних зв'язків між комп'ютерами. В таких мережах можна виділити окремі довільно зв'язані фрагменти (підмережі), що мають типову топологію, тому їх називають мережами зі змішаною топологією (рис. 9.3).

Рисунок 9.3 – Змішана топологія