3.2.2. Топология сети

Термин “топология” характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети, т.е. другими словами «форму» или «очертание» сети. Топология сети обуславливает ее характеристики и влияет на: состав необходимого сетевого оборудования, характеристики сетевого оборудования и способ управления сетью.

Все сети строятся на основе трех базовых топологий, к числу которых относятся: шина; звезда; кольцо. Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.

Заметим, что при компоновке сетей выделяют два типа соединений. Соединением типа «точка-к-точке» называется соединение между двумя и только двумя сетевыми устройствами (компьютерами, принтерами и т.п.) с использованием одного кабеля. При этом никакие промежуточные ответвления соединительного кабеля недопустимы. Многоточечным соединением называется соединение, при котором один кабель используется для соединения более двух сетевых устройств. Такой кабель имеет несколько промежуточных ответвлений.

Шина

Наиболее дешевой схемой организации сети является топология “шина” (см. рис. 3.3), предполагающая непосредственное подключение всех компьютеров к одному сетевому кабелю. Топологию “шина” часто называют «линейной шиной». Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель (магистраль), вдоль которого подключены все компьютеры сети. Тип соединения – многоточечный. В сети компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов, 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 больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее работает сеть. Кроме числа компьютеров на быстродействие сети влияет множество факторов:

• расстояние между компьютерами;

• тип сетевого кабеля;

• характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети.

Шина, как правило, – пассивная технология. Это означает, 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, как мы увидим далее, компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети. Максимальное допустимое количество абонентов в шине примерно 1000 и более.

Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети – от одного конца кабеля к другому. Если не принимать никаких мер, то сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществить передачу. Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают терминаторы (развязки), поглощающие эти сигналы. Разрыв сетевого кабеля приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети.

Применение общей шины снижает стоимость проводов, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность практически мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Основным недостатком топологии шина является ее низкая надежность и высокая вероятность выхода из строя всей сети при возникновении неисправности на любом участке сетевого кабеля. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть.

Звезда

Для построения большинства сетей в настоящее время применяется топология звезды. В данном случае недостаток, связанный с вероятностью возникновения обрыва в общем кабеле, преодолевается путем применения отдельных кабелей для подключения каждого из компьютеров к главному сетевому кабелю. Все компьютеры с помощью кабеля подключаются к центральному узлу, имеющему несколько портов и называемому концентратором (коммутатором, хабом) (см. рис.3.5). Тип подключения «точка-к-точке». В этих сетях подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованное.

Название "звезда" применяется для двух различных типов топологий: "активная звезда" и "пассивная звезда". "Активная звезда" предполагает наличие в центре некоторого активного оборудования, который создает каналы между двумя абонентами. В качестве такого активного оборудования может выступать коммутатор. "Пассивная звезда" фактически представляет собой шину, где абоненты соединены в виде звезды, в центре этой звезды нет абонента, и все кабели просто соединены между собой. Там же могут находиться повторители сигналов, т.е. некие пассивные преобразователи. В любом случае в центре "пассивной звезды" нет никакой обработки информации и никакого управления обменом.

В большинстве современных звездообразных сетей функции коммутации абонементов и управления сетью или разделены между коммутатором и сетевым сервером (последний подключается к коммутатору в этом случае с максимальным приоритетом), или сервер одновременно выполняет функции и коммутатора и сервера. В случае обрыва кабеля, соединяющего концентратор с рабочей станцией, связь с сетью утратит только эта станция. Остальные же смогут беспрепятственно продолжать работу в сети. Однако в случае выхода из строя концентратора связь с сетью теряют все подключенные к нему рабочие станции. Конечно, такого рода неисправность выявляется довольно легко, поскольку все пользователи, подключенные к этому концентратору, немедленно обратят внимание администратора сети на возникшую проблему. В отличие от топологии шины, где на отыскание неполадки уходит большое количество сил и времени, вышедший из строя концентратор буквально заявляет о себе сам.

Этот вид топологии сети имеет некоторые недостатки. Значительно увеличивается расход кабеля. Если центральный компонент выйдет из строя, нарушается работа всей сети. Однако, если выйдет из строя только один компьютер или кабель соединяющий его с концентратором, то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети.

Кольцо

Компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо (рис.3.6), поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключить терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии “шина”, здесь каждый компьютер усиливает сигналы и передает их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть. Эта топология обычно допускает значительное количество абонентов (1000 и более). В сетях с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями.

Рассмотренные выше сетевые топологии являются базовыми, на основании которых формируется конкретная структура реальной сети. Следует обратить внимание, что звездообразные, шинные и кольцевые сетевые топологии были характерны для первых локальных компьютерных систем. Современные высокоскоростные локальные компьютерные сети широко используют и другие топологии, в частности древовидную топологию. Заметим, что современный высокоскоростной вариант магистральной сети Fast Ethernet имеет древовидную структуру.