Ktorá topológia je najspoľahlivejšia. Lokálne počítačové siete: základné pojmy, topológia

Kapitola 3 Topológia lokálnych sietí

Pod topológiou (rozloženie, konfigurácia, štruktúra) počítačová sieť zvyčajne označuje fyzické umiestnenie počítačov v sieti voči sebe navzájom a spôsob, akým sú prepojené komunikačnými linkami. Je dôležité poznamenať, že pojem topológia sa vzťahuje predovšetkým na lokálne siete, v ktorých sa dá ľahko vysledovať štruktúra spojení. IN globálne sieteŠtruktúra pripojení je zvyčajne pred používateľmi skrytá a nie je veľmi dôležitá, pretože každá komunikačná relácia môže prebiehať svojou vlastnou cestou.

Topológia určuje požiadavky na vybavenie, typ použitého kábla, prípustné a najpohodlnejšie spôsoby riadenia výmeny, spoľahlivosť prevádzky a možnosti rozšírenia siete. A hoci si používateľ siete musí len zriedkavo vybrať topológiu, je potrebné poznať vlastnosti hlavných topológií, ich výhody a nevýhody.

Existujú tri základné sieťové topológie:

Pneumatika(zbernica) - všetky počítače sú zapojené paralelne na jednu komunikačnú linku. Informácie z každého počítača sú súčasne prenášané do všetkých ostatných počítačov (obr. 1.5).

Ryža. 1.5. Zbernica topológie siete

Hviezda(hviezda) - na jeden centrálny počítač sú pripojené ďalšie periférne počítače, každý z nich pomocou samostatnej komunikačnej linky (obr. 1.6). Informácie z periférneho počítača sa prenášajú iba do centrálneho počítača az centrálneho počítača - do jedného alebo viacerých periférnych.

Ryža. 1.6. Topológia hviezdnej siete

Prsteň(ring) - počítače sa postupne spájajú do kruhu. Prenos informácií v ringu prebieha vždy len jedným smerom. Každý počítač prenáša informácie iba do jedného počítača nasledujúceho v reťazci za sebou a prijíma informácie iba z predchádzajúceho počítača v reťazci (obr. 1.7.)

Ryža. 1.7. Krúžok topológie siete

V praxi sa často používajú iné topológie lokálnej siete, ale väčšina sietí je zameraná na tri základné topológie.

Predtým, ako prejdeme k analýze vlastností základných sieťových topológií, je potrebné zdôrazniť niektoré z najdôležitejších faktorov, ktoré ovplyvňujú fyzický výkon siete a priamo súvisia s konceptom topológie.

Obslužnosť počítačov (predplatiteľov) pripojených k sieti. V niektorých prípadoch môže porucha účastníka zablokovať prevádzku celej siete. Porucha účastníka niekedy neovplyvňuje prevádzku siete ako celku a nebráni iným účastníkom vo výmene informácií.

Obslužnosť sieťových zariadení, tj technických zariadení priamo pripojených k sieti (adaptéry, transceivery, konektory atď.). Porucha sieťového zariadenia jedného účastníka môže ovplyvniť celú sieť, ale môže narušiť komunikáciu iba s jedným účastníkom.

Integrita sieťového kábla. Ak dôjde k pretrhnutiu sieťového kábla (napríklad v dôsledku mechanických nárazov), môže dôjsť k narušeniu výmeny informácií v celej sieti alebo v jednej z jej častí. Pre elektrické káble je to rovnako dôležité skrat v kábli.

Obmedzenie dĺžky kábla v dôsledku útlmu signálu šíriaceho sa pozdĺž neho. Ako je známe, v akomkoľvek médiu, keď sa signál šíri, zoslabne (utlmí). A čím väčšiu vzdialenosť signál prejde, tým viac sa tlmí (obr. 1.8). Je potrebné zabezpečiť, aby dĺžka sieťového kábla nepresiahla maximálnu dĺžku L pr, po prekročení ktorej sa útlm stáva neprijateľným (prijímajúci účastník nepozná oslabený signál).

Ryža. 1.8.Útlm signálu pri šírení cez sieť

3.1 Topológia zbernice

Zbernicová topológia (alebo, ako sa tiež nazýva, spoločná zbernica) svojou štruktúrou predpokladá identitu sieťového vybavenia počítačov, ako aj rovnosť všetkých účastníkov v prístupe k sieti. Počítače na zbernici môžu prenášať iba jeden po druhom, keďže komunikačná linka je v tomto prípade jediná. Ak niekoľko počítačov prenáša informácie súčasne, budú skreslené v dôsledku prekrývania ( konflikt, kolízie). Autobus vždy realizuje tzv polovičný duplex(polovičný duplex) výmena (v oboch smeroch, ale nie súčasne).

V zbernicovej topológii nie je jasne definovaný centrálny účastník, cez ktorého sa prenášajú všetky informácie, zvyšuje sa tým jej spoľahlivosť (v prípade výpadku centra totiž prestáva fungovať celý ním riadený systém). Pridávanie nových účastníkov do zbernice je pomerne jednoduché a zvyčajne je možné aj počas prevádzky siete. Vo väčšine prípadov zbernica vyžaduje minimálne množstvo prepojovacieho kábla v porovnaní s inými topológiami.

Keďže neexistuje žiadny centrálny účastník, riešenie možných konfliktov v tomto prípade pripadá na rad sieťový hardvér každého jednotlivého predplatiteľa. V tomto ohľade je sieťové vybavenie v topológii zbernice zložitejšie ako v iných topológiách. Vzhľadom na rozšírené používanie sietí so zbernicovou topológiou (predovšetkým najpopulárnejšia sieť Ethernet) však náklady na sieťové vybavenie nie sú príliš vysoké.

Ryža. 1.9. Prerušenie kábla v sieti so zbernicovou topológiou

Dôležitou výhodou zbernice je, že ak niektorý z počítačov v sieti zlyhá, zdravé stroje budú môcť normálne pokračovať v komunikácii.

Zdalo by sa, že ak sa kábel pretrhne, získate dve plne funkčné zbernice (obr. 1.9). Je však potrebné vziať do úvahy, že kvôli zvláštnostiam šírenia elektrických signálov pozdĺž dlhých komunikačných liniek je potrebné zabezpečiť zahrnutie špeciálnych zodpovedajúcich zariadení na konce zbernice, terminátory, znázornené na obr. 1,5 a 1,9 vo forme obdĺžnikov. Bez zahrnutia terminátorov sa signál odráža od konca linky a je skreslený, takže komunikácia cez sieť je nemožná. Ak dôjde k pretrhnutiu alebo poškodeniu kábla, naruší sa koordinácia komunikačnej linky a komunikácia sa zastaví aj medzi tými počítačmi, ktoré zostanú navzájom prepojené. Viac podrobností o koordinácii bude popísaných v osobitnej časti knihy. Skrat v ktoromkoľvek bode zbernicového kábla deaktivuje celú sieť.

Porucha ktoréhokoľvek sieťového zariadenia účastníka na zbernici môže spôsobiť výpadok celej siete. Okrem toho je takéto zlyhanie pomerne ťažké lokalizovať, pretože všetci účastníci sú pripojení paralelne a nie je možné pochopiť, ktorý z nich zlyhal.

Pri prechode sieťovou komunikačnou linkou so zbernicovou topológiou sú informačné signály oslabené a nijako sa neobnovujú, čo kladie prísne obmedzenia na celkovú dĺžku komunikačných liniek. Okrem toho môže každý účastník prijímať signály rôznych úrovní zo siete v závislosti od vzdialenosti k vysielajúcemu účastníkovi. To kladie ďalšie požiadavky na prijímacie uzly sieťových zariadení.

Ak predpokladáme, že signál v sieťovom kábli je utlmený na maximálnu prípustnú úroveň pri dĺžke L inc, tak celková dĺžka zbernice nemôže presiahnuť hodnotu L ind V tomto zmysle poskytuje zbernica najkratšiu porovnávanú dĺžku na iné základné topológie.

Na zvýšenie dĺžky siete so zbernicovou topológiou niekoľko segmentov(časti siete, z ktorých každá je zbernicou), prepojené pomocou špeciálnych zosilňovačov a obnovovačov signálu - opakovače alebo opakovače(Obr. 1.10 ukazuje spojenie dvoch segmentov; maximálna dĺžka siete sa v tomto prípade zvyšuje na 2 L int, keďže každý zo segmentov môže mať dĺžku L). Tento nárast dĺžky siete však nemôže pokračovať donekonečna. Obmedzenia dĺžky sú spojené s konečnou rýchlosťou šírenia signálu pozdĺž komunikačných liniek.

Ryža. 1.10. Prepojenie segmentov zbernicovej siete pomocou opakovača

3. 2-hviezdicová topológia

Hviezda je jediná sieťová topológia s jasne určeným centrom, ku ktorému sú pripojení všetci ostatní účastníci. Výmena informácií prebieha výlučne cez centrálny počítač, ktorý znáša veľkú záťaž, takže spravidla nemôže robiť nič iné okrem siete. Je zrejmé, že sieťové vybavenie centrálneho účastníka musí byť podstatne zložitejšie ako vybavenie periférnych účastníkov. V tomto prípade nie je potrebné hovoriť o rovnakých právach pre všetkých účastníkov (ako v autobuse). Zvyčajne je centrálny počítač najvýkonnejší, sú mu priradené všetky funkcie na riadenie ústredne. V sieti s hviezdicovou topológiou v zásade nie sú možné žiadne konflikty, pretože riadenie je úplne centralizované.

Ak hovoríme o odolnosti hviezdy voči poruchám počítača, potom zlyhanie periférneho počítača alebo jeho sieťového zariadenia žiadnym spôsobom neovplyvňuje fungovanie zvyšku siete, ale akékoľvek zlyhanie centrálneho počítača robí sieť úplne nefunkčnou. V tejto súvislosti je potrebné prijať osobitné opatrenia na zvýšenie spoľahlivosti centrálneho počítača a jeho sieťového vybavenia.

Prerušenie kábla alebo skrat v hviezdicovej topológii naruší komunikáciu iba s jedným počítačom a všetky ostatné počítače môžu pokračovať v normálnej práci.

Na rozdiel od zbernice sú v hviezde na každej komunikačnej linke iba dvaja účastníci: centrálny a jeden z periférnych. Najčastejšie sa na ich prepojenie používajú dve komunikačné linky, z ktorých každá prenáša informácie jedným smerom, to znamená, že na každej komunikačnej linke je len jeden prijímač a jeden vysielač. Ide o prenos tzv point-to-point. To všetko výrazne zjednodušuje sieťové vybavenie v porovnaní so zbernicou a eliminuje potrebu použitia ďalších, externých terminátorov.

Problém útlmu signálu v komunikačnej linke je tiež riešený v hviezde jednoduchšie ako v prípade zbernice, pretože každý prijímač prijíma signál vždy rovnakej úrovne. Maximálna dĺžka siete s hviezdicovou topológiou môže byť dvakrát taká dlhá ako pri zbernici (t.j. 2 L inc), keďže každý z káblov spájajúcich centrum s periférnym účastníkom môže mať dĺžku L inc.

Vážnou nevýhodou hviezdicovej topológie je prísne obmedzenie počtu účastníkov. Typicky môže centrálny účastník obsluhovať nie viac ako 8-16 periférnych účastníkov. V rámci týchto limitov je pripojenie nových predplatiteľov celkom jednoduché, ale za nimi je to jednoducho nemožné. V hviezde je možné namiesto periférneho pripojiť ďalšieho centrálneho účastníka (výsledkom je topológia niekoľkých vzájomne prepojených hviezd).

Hviezda znázornená na obr. 1.6, sa nazýva aktívna alebo skutočná hviezda. Existuje aj topológia nazývaná pasívna hviezda, ktorá sa hviezde podobá len povrchne (obr. 1.11). V súčasnosti je oveľa rozšírenejšia ako aktívna hviezda. Stačí povedať, že sa dnes používa v najpopulárnejšej sieti Ethernet.

V strede siete s touto topológiou nie je počítač, ale špeciálne zariadenie - koncentrátor alebo, ako sa tiež nazýva, rozbočovač, ktorý vykonáva rovnakú funkciu ako opakovač, to znamená, že obnovuje prichádzajúce signály a prepošle ich na všetky ostatné komunikačné linky.

Ryža. 1.11. Topológia pasívnej hviezdy a jej ekvivalentný obvod

Ukazuje sa, že hoci usporiadanie káblov je podobné skutočnej alebo aktívnej hviezde, v skutočnosti hovoríme o topológii zbernice, pretože informácie z každého počítača sa súčasne prenášajú do všetkých ostatných počítačov a neexistuje žiadny centrálny účastník. Pasívna hviezda je samozrejme drahšia ako bežný autobus, pretože v tomto prípade je potrebný aj rozbočovač. Poskytuje však množstvo pridané vlastnosti, spojený s výhodami hviezdy najmä zjednodušuje údržbu a opravy siete. To je dôvod, prečo v poslednej dobe pasívna hviezda čoraz viac nahrádza skutočnú zbernicu, ktorá sa považuje za neperspektívnu topológiu.

Je tiež možné rozlíšiť stredný typ topológie medzi aktívnou a pasívnou hviezdou. V tomto prípade hub nielen prenáša signály, ktoré k nemu prichádzajú, ale tiež riadi výmenu, ale sám sa na výmene nezúčastňuje (to sa deje v sieti 100VG-AnyLAN).

Veľkou výhodou hviezdy (aktívnej aj pasívnej) je, že všetky body pripojenia sú zhromaždené na jednom mieste. To umožňuje jednoducho monitorovať prevádzku siete, lokalizovať poruchy jednoduchým odpojením určitých účastníkov od centra (čo je napríklad nemožné v prípade zbernicovej topológie) a tiež obmedziť prístup nepovolaných osôb k pripojeniu. body životne dôležité pre sieť. V prípade hviezdy môže byť periférny účastník oslovený buď jedným káblom (ktorý vysiela v oboch smeroch) alebo dvoma (každý kábel prenáša jedným z dvoch opačných smerov), pričom druhý z nich je oveľa bežnejší.

Spoločnou nevýhodou všetkých hviezdicových topológií (aktívnych aj pasívnych) je výrazne vyššia spotreba káblov oproti iným topológiám. Napríklad, ak sú počítače umiestnené v jednej línii (ako na obr. 1.5), tak pri voľbe hviezdicovej topológie budete potrebovať niekoľkonásobne viac káblov ako pri voľbe zbernicovej topológie. To výrazne ovplyvňuje náklady na sieť ako celok a výrazne komplikuje inštaláciu káblov.

3. 3 Kruhová topológia

Prsteň je topológia, v ktorej je každý počítač spojený komunikačnými linkami s dvoma ďalšími: prijíma informácie z jedného a prenáša informácie do druhého. Na každej komunikačnej linke, ako v prípade hviezdy, funguje len jeden vysielač a jeden prijímač (komunikácia z bodu do bodu). To vám umožní vyhnúť sa používaniu externých terminátorov.

Dôležitou vlastnosťou kruhu je, že každý počítač prenáša (obnovuje, zosilňuje) signál, ktorý k nemu prichádza, to znamená, že funguje ako opakovač. Nezáleží na útlme signálu v celom kruhu, záleží len na útlme medzi susednými počítačmi na kruhu. Ak je maximálna dĺžka kábla obmedzená útlmom L pr, potom celková dĺžka kruhu môže dosiahnuť NL pr, kde N je počet počítačov v kruhu. Celková veľkosť siete bude nakoniec NL pr/2, keďže krúžok bude potrebné zložiť na polovicu. V praxi veľkosť kruhových sietí dosahuje desiatky kilometrov (napríklad v sieti FDDI). Prsteň je v tomto ohľade výrazne lepší ako akákoľvek iná topológia.

V kruhovej topológii neexistuje jasne definované centrum, všetky počítače môžu byť identické a mať rovnaké práva. Pomerne často je však v kruhu pridelený špeciálny účastník, ktorý riadi alebo riadi výmenu. Je zrejmé, že prítomnosť takéhoto jediného riadiaceho účastníka znižuje spoľahlivosť siete, pretože jeho porucha okamžite paralyzuje celú ústredňu.

Presne povedané, počítače v kruhu nie sú úplne rovnocenné (na rozdiel napríklad od zbernicovej topológie). Koniec koncov, jeden z nich nevyhnutne prijíma informácie z počítača, ktorý ho prenáša tento moment, skôr a ďalšie neskôr. Práve na tejto vlastnosti topológie sú založené metódy riadenia sieťovej výmeny, špeciálne navrhnuté pre kruh. Pri takýchto metódach právo na ďalší prenos (alebo, ako sa tiež hovorí, na prevzatie siete) prechádza postupne na ďalší počítač v kruhu. Pripojenie nových účastníkov k ringu je celkom jednoduché, aj keď si vyžaduje povinné vypnutie celej siete počas trvania spojenia. Rovnako ako v prípade autobusu môže byť maximálny počet účastníkov v kruhu pomerne veľký (až tisíc alebo viac). Kruhová topológia má zvyčajne vysokú odolnosť voči preťaženiu, zaisťuje spoľahlivú prevádzku s veľkými tokmi informácií prenášaných cez sieť, pretože spravidla nedochádza ku konfliktom (na rozdiel od zbernice) a neexistuje ani centrálny účastník (na rozdiel od hviezdy). ), ktoré môžu byť preťažené veľkými tokmi informácií.

Ryža. 1.12. Sieť dvoch kruhov

Signál v ringu prechádza postupne cez všetky počítače v sieti, takže výpadok aspoň jedného z nich (alebo jeho sieťového zariadenia) naruší chod siete ako celku. Toto je významná nevýhoda prsteňa.

Rovnako prerušenie alebo skrat v ktoromkoľvek z kruhových káblov znemožňuje prevádzku celej siete. Z troch uvažovaných topológií je kruh najzraniteľnejší na poškodenie kábla, preto je v prípade kruhovej topológie zvyčajne potrebné položiť dve (alebo viac) paralelných komunikačných liniek, z ktorých jedna je v rezerve.

Niekedy je sieť s kruhovou topológiou založená na dvoch paralelných kruhových komunikačných linkách, ktoré prenášajú informácie v opačných smeroch (obr. 1.12). Účelom takéhoto riešenia je zvýšiť (v ideálnom prípade zdvojnásobiť) rýchlosť prenosu informácií po sieti. Navyše, ak je jeden z káblov poškodený, sieť môže pracovať s iným káblom (hoci maximálna rýchlosť sa zníži).

3.4 Iné topológie

Okrem troch uvažovaných základné topológieČasto sa používa aj topológia stromovej siete, ktorú možno považovať za kombináciu viacerých hviezd. Navyše, ako v prípade hviezdy, strom môže byť aktívny alebo pravdivý (obr. 1.13) a pasívny (obr. 1.14). Pri aktívnom strome sú centrálne počítače umiestnené v centrách spájajúcich niekoľko komunikačných liniek a pri pasívnom strome sú koncentrátory (huby).

Ryža. 1.13. Aktívna stromová topológia

Ryža. 1.14. Topológia pasívneho stromu. K - koncentrátory

Pomerne často sa používajú kombinované topológie, medzi ktorými sú najbežnejšie star-bus (obr. 1.15) a star-ring (obr. 1.16).

Ryža. 1.15. Príklad topológie star-bus

Ryža. 1.16. Príklad topológie hviezdicového kruhu

Topológia hviezda-bus využíva kombináciu zbernice a pasívnej hviezdy. K rozbočovaču sú pripojené jednotlivé počítače aj celé segmenty zbernice. V skutočnosti je implementovaná fyzická topológia zbernice, ktorá zahŕňa všetky počítače v sieti. V tejto topológii je možné použiť niekoľko rozbočovačov, ktoré sú navzájom prepojené a tvoria takzvanú chrbticovú, podpornú zbernicu. Ku každému z rozbočovačov sú pripojené samostatné počítače alebo segmenty zbernice. Výsledkom je strom hviezdnej pneumatiky. Používateľ tak môže flexibilne kombinovať výhody zbernicových a hviezdicových topológií a tiež jednoducho meniť počet počítačov pripojených k sieti. Z hľadiska distribúcie informácií je táto topológia ekvivalentná klasickej zbernici.

V prípade topológie hviezdicového kruhu to nie sú samotné počítače, ktoré sú združené do kruhu, ale špeciálne rozbočovače (na obr. 1.16 znázornené ako obdĺžniky), ku ktorým sa počítače pripájajú pomocou dvojitých komunikačných liniek v tvare hviezdy. . V skutočnosti sú všetky počítače v sieti zahrnuté v uzavretom kruhu, keďže vo vnútri rozbočovačov tvoria komunikačné linky uzavretú slučku (ako je znázornené na obr. 1.16). Táto topológia umožňuje kombinovať výhody hviezdicových a kruhových topológií. Napríklad rozbočovače vám umožňujú zhromaždiť všetky body pripojenia sieťových káblov na jednom mieste. Ak hovoríme o šírení informácií, táto topológia je ekvivalentná klasickému ringu.

Na záver musíme povedať aj o topológii mesh, v ktorej sú počítače navzájom prepojené nie jednou, ale mnohými komunikačnými linkami, ktoré tvoria sieť (obr. 1.17).

Ryža. 1.17. Topológia siete: úplná (a) a čiastočná (b)

V topológii plnej siete je každý počítač priamo spojený so všetkými ostatnými počítačmi. V tomto prípade, keď sa počet počítačov zvyšuje, počet komunikačných liniek sa prudko zvyšuje. Okrem toho každá zmena konfigurácie siete vyžaduje zmeny sieťového hardvéru všetkých počítačov, takže topológia plnej siete nie je široko používaná.

Topológia čiastočnej siete predpokladá priame spojenia len pre najaktívnejšie počítače, ktoré prenášajú maximálne množstvo informácií. Zvyšné počítače sú pripojené cez medziľahlé uzly. Topológia siete vám umožňuje vybrať si cestu pre doručovanie informácií od účastníka k účastníkovi, pričom obchádza chybné oblasti. Na jednej strane to zvyšuje spoľahlivosť siete, na druhej strane si to vyžaduje výraznú komplikáciu sieťového zariadenia, ktoré musí voliť trasu.

Záver

Na záver prehľadu vlastností topológií lokálnej siete treba poznamenať, že topológia stále nie je hlavným faktorom pri výbere typu siete. Oveľa dôležitejšia je napríklad úroveň štandardizácie siete, rýchlosť výmeny, počet účastníkov, náklady na vybavenie a vybraný softvér. Ale na druhej strane niektoré siete umožňujú rôzne topológie na rôznych úrovniach. Táto voľba je výlučne na používateľovi, ktorý musí vziať do úvahy všetky úvahy uvedené v tejto kapitole.

Bibliografia

Broido, V.L. Výpočtové systémy, siete a telekomunikácie: Učebnica pre vysoké školy. – 2. vyd. – Petrohrad: Peter, 2006. – 703 s.

Kurose, J., Ross, K. Počítačové siete. – 2. vyd. – Petrohrad: Peter, 2004. – 756 s.

Novikov, Yu.V., Kondratenko, S.V. Lokálne siete. Architektúra, algoritmy, dizajn. – M.: Vydavateľstvo EKOM, 2000. – 312 s.

siete je všeobecne akceptované chápať súbor noriem, topológie a... nesprávna cesta siete. 5.3 Vybavenie na logické členenie siete Net s typický topológie("Spoločný autobus" ...

1. Výpočtový systémy, siete a telekomunikácií

   Kniha >> Informatika, programovanie

   Toto miestne výpočtový siete(LAN) a globálne výpočtový siete(TÚV). Zvyčajne pod miestne siete rozumieť výpočtový net, ... miestne siete siete so zodpovedajúcim typický topológie ...

2. Miestne siete koncepcia a typy

   Abstrakt >> Informatika

   úroveň miestne siete poskytovať doručovanie údajov medzi akýmikoľvek uzlami iba v rámci siete so zodpovedajúcim typický topológie, Napríklad topológie... základné požiadavky, ktoré musia byť splnené miestne výpočtový siete. Skupina 802 identifikovala mnoho...

3. Miestne net Ethernet

   Kurz >> Informatika

   Vybavenie pre miestne siete…………………………..15 Topológia siete……………………………………………….....16 Všeobecné charakteristiky miestne výpočtový siete....22 Zabezpečenie siete Ethernet miestne siete………………………...26 ...

Pod topológiou(rozloženie, konfigurácia, štruktúra) počítačovej siete zvyčajne označuje fyzické usporiadanie počítačov v sieti voči jednému a spôsob, akým sú prepojené komunikačnými linkami. Je dôležité poznamenať, že pojem topológia sa vzťahuje predovšetkým na lokálne siete, v ktorých sa dá ľahko vysledovať štruktúra spojení. V globálnych sieťach je štruktúra pripojení zvyčajne pred používateľmi skrytá a nie je veľmi dôležitá, pretože každá komunikačná relácia môže prebiehať svojou vlastnou cestou.
Topológia určuje požiadavky na vybavenie, typ použitého kábla, možné a najpohodlnejšie spôsoby riadenia ústredne, spoľahlivosť prevádzky a možnosti rozšírenia siete.

Existujú tri hlavné sieťové topológie:

1. Zbernica topológie siete(zbernica), v ktorej sú všetky počítače zapojené paralelne na jednu komunikačnú linku a informácie z každého počítača sú súčasne prenášané do všetkých ostatných počítačov (obr. 1);

2. Topológia hviezdnej siete(hviezda), v ktorom sú k jednému centrálnemu počítaču pripojené ďalšie periférne počítače, pričom každý z nich využíva svoju samostatnú komunikačnú linku (obr. 2);

3. Krúžok topológie siete(ring), v ktorom každý počítač prenáša informácie vždy len do jedného počítača nasledujúceho v reťazci a prijíma informácie len z predchádzajúceho počítača v reťazci, pričom tento reťazec je uzavretý do „prstenca“ (obr. 3).

Ryža. 1. Topológia siete „zbernica“

Ryža. 2. Hviezdicová topológia siete

Ryža. 3. Topológia siete „ring“

V praxi sa často používajú kombinácie základnej topológie, no väčšina sietí je zameraná na tieto tri. Pozrime sa teraz stručne na vlastnosti uvedenej topológie siete.

Topológia zbernice(alebo, ako sa tiež nazýva „spoločná zbernica“), svojou štruktúrou umožňuje identitu sieťového vybavenia počítačov, ako aj rovnosť všetkých účastníkov. Pri takomto spojení môžu počítače vysielať len striedavo, pretože existuje len jedna komunikačná linka. V opačnom prípade budú prenášané informácie v dôsledku prekrývania (konflikt, kolízia) skreslené. Zbernica teda implementuje poloduplexný režim výmeny (v oboch smeroch, ale postupne a nie súčasne).
V „zbernicovej“ topológii neexistuje centrálny účastník, cez ktorý by sa prenášali všetky informácie, čo zvyšuje jej spoľahlivosť (napokon, ak nejaké centrum zlyhá, prestane fungovať celý systém riadený týmto centrom). Pridávanie nových účastníkov do zbernice je pomerne jednoduché a zvyčajne je možné aj počas prevádzky siete. Vo väčšine prípadov zbernica vyžaduje minimálne množstvo prepojovacieho kábla v porovnaní s inými topológiami. Treba však počítať s tým, že každý počítač (okrem dvoch vonkajších) má dva káble, čo nie je vždy výhodné.
Pretože riešenie prípadných konfliktov v tomto prípade pripadá na sieťové vybavenie každého jednotlivého účastníka, zariadenie sieťového adaptéra s topológiou „zbernice“ je komplikovanejšie ako pri iných topológiách. Vzhľadom na rozšírené používanie sietí so „zbernicovou“ topológiou (Ethernet, Arcnet) však náklady na sieťové vybavenie nie sú príliš vysoké.
Zbernica sa neobáva porúch jednotlivých počítačov, pretože všetky ostatné počítače v sieti môžu pokračovať v normálnej výmene. Môže sa zdať, že zbernica nie je poškodená a kábel je zlomený, keďže v tomto prípade máme dve plne funkčné zbernice. Avšak kvôli distribučným vlastnostiam elektrické signály na dlhých komunikačných linkách je potrebné zabezpečiť zahrnutie špeciálnych zariadení - terminátorov na konce zbernice, znázornených na obr. 1 vo forme obdĺžnikov. Bez zahrnutia terminátorov sa signál odráža od konca linky a je skreslený, takže komunikácia cez sieť je nemožná. Ak sa teda preruší alebo poškodí kábel, naruší sa koordinácia komunikačnej linky a komunikácia sa zastaví aj medzi tými počítačmi, ktoré zostanú navzájom prepojené. Skrat v ktoromkoľvek bode zbernicového kábla deaktivuje celú sieť. Akékoľvek zlyhanie sieťového zariadenia na zbernici je veľmi ťažké lokalizovať, pretože všetky adaptéry sú zapojené paralelne a nie je také ľahké pochopiť, ktorý z nich zlyhal.
Pri prechode komunikačným vedením siete so „zbernicovou“ topológiou sú informačné signály oslabené a nijako sa neobnovujú, čo kladie prísne obmedzenia na celkovú dĺžku komunikačných liniek, navyše každý účastník môže prijímať signály rôznych úrovní zo siete v závislosti od vzdialenosti k vysielajúcemu účastníkovi. To kladie ďalšie požiadavky na prijímacie uzly sieťového zariadenia. Na zväčšenie dĺžky siete so „zbernicovou“ topológiou sa často používa niekoľko segmentov (z ktorých každý je zbernicou), ktoré sú navzájom spojené pomocou špeciálnych aktualizátorov signálu - opakovačov.
Takýto nárast dĺžky siete však nemôže trvať donekonečna, pretože s konečnou rýchlosťou šírenia signálu po komunikačných linkách sú spojené aj obmedzenia.

Topológia hviezdy- ide o topológiu s jasne určeným centrom, ku ktorému sú pripojení všetci ostatní účastníci. Všetka výmena informácií prebieha výlučne cez centrálny počítač, ktorý týmto spôsobom značne zaťažuje obrovský tlak, preto nemôže robiť nič iné okrem siete. Je zrejmé, že sieťové vybavenie centrálneho účastníka musí byť podstatne zložitejšie ako vybavenie periférnych účastníkov. V tomto prípade nie je potrebné hovoriť o rovnakých právach pre účastníkov. Spravidla je to centrálny počítač, ktorý je najvýkonnejší a práve jemu sú priradené všetky funkcie pre riadenie ústredne. V zásade nie sú možné žiadne konflikty v sieti s hviezdicovou topológiou, pretože riadenie je úplne centralizované, nie je dôvod na konflikty.
Ak hovoríme o odolnosti hviezdy voči zlyhaniam počítača, potom zlyhanie periférneho počítača žiadnym spôsobom neovplyvňuje fungovanie časti siete, ktorá zostáva, ale akékoľvek zlyhanie centrálneho počítača robí sieť úplne nefunkčnou. Preto je potrebné prijať špeciálne opatrenia na zlepšenie spoľahlivosti centrálneho počítača a jeho sieťového vybavenia. Prestrihnutie akéhokoľvek kábla alebo jeho skrat v hviezdicovej topológii naruší komunikáciu len s jedným počítačom a všetky ostatné počítače môžu ďalej normálne fungovať.
Na deklinácii od zbernice, v hviezde, sú na každej komunikačnej linke iba dvaja účastníci: centrálny a jeden periférny. Najčastejšie sa na ich prepojenie používajú dve komunikačné linky, z ktorých každá prenáša informácie len jedným smerom. Na každom komunikačnom spoji je teda len jeden prijímač a jeden vysielač. To všetko výrazne zjednodušuje inštaláciu siete v porovnaní so zbernicou a eliminuje potrebu použitia ďalších externých terminátorov. Problém útlmu signálu v komunikačnej linke je tiež riešený jednoduchšie v „hviezde“ ako v „zbernici“, pretože každý prijímač vždy prijíma signál rovnakej úrovne. Vážnou nevýhodou hviezdicovej topológie je prísne obmedzenie počtu účastníkov. Typicky môže centrálny účastník obsluhovať nie viac ako 8-16 periférnych účastníkov. Ak je v rámci týchto limitov celkom ľahké pripojiť nových účastníkov, potom je to jednoducho nemožné, ak sa prekročia. Je pravda, že niekedy hviezda poskytuje možnosť rozšírenia, to znamená pripojenie ďalšieho centrálneho účastníka namiesto jedného z periférnych účastníkov (výsledkom je topológia niekoľkých vzájomne prepojených hviezd).
Hviezda znázornená na obr. 2, sa nazýva aktívna alebo skutočná hviezda. Existuje aj topológia nazývaná pasívna hviezda, ktorá sa hviezde podobá len povrchne (obr. 4). V tejto dobe je oveľa rozšírenejšia ako aktívna hviezda. Stačí povedať, že sa dnes používa v najpopulárnejšej sieti Ethernet.

Ryža. 4. Topológia pasívnej hviezdy

Stred siete s touto topológiou neobsahuje počítač, ale koncentrátor, čiže hub, ktorý plní rovnakú funkciu ako opakovač. Obnovuje prijaté signály a posiela ich do iných komunikačných liniek. Hoci vzor kabeláže je podobný skutočnej alebo aktívnej hviezde, v skutočnosti máme do činenia s topológiou zbernice, pretože informácie z každého počítača sa súčasne prenášajú do všetkých ostatných počítačov a neexistuje žiadny centrálny účastník. Prirodzene, pasívna hviezda je drahšia ako bežný autobus, pretože v tomto prípade potrebujete aj rozbočovač. Poskytuje však množstvo doplnkových funkcií spojených s hviezdnymi výhodami. Preto v poslednej dobe pasívna hviezda čoraz viac nahrádza skutočnú hviezdu, ktorá sa považuje za neperspektívnu topológiu.
Je tiež možné rozlíšiť stredný typ topológie medzi aktívnou a pasívnou hviezdou. V tomto prípade hub nielen prenáša signály, ale tiež riadi výmenu, ale sám sa na výmene nezúčastňuje.
Veľký hviezdna výhoda(aktívne aj pasívne) je, že všetky body pripojenia sa zhromažďujú na jednom mieste. To vám umožňuje jednoducho monitorovať prevádzku siete, lokalizovať poruchy siete jednoduchým odpojením určitých účastníkov od centra (čo je napríklad nemožné v prípade zbernice) a tiež obmedziť prístup neoprávnených osôb k životne dôležitým bodom pripojenia. pre sieť. V prípade hviezdy je možné každého periférneho účastníka priblížiť buď jedným káblom (ktorý vysiela v oboch smeroch), alebo dvoma káblami (každý z nich prenáša jedným smerom), pričom druhá situácia je bežnejšia. Bežná nevýhoda Pre celú hviezdicovú topológiu je spotreba káblov výrazne vyššia ako pri iných topológiách. Napríklad, ak sú počítače umiestnené v jednej línii (ako na obr. 1), tak pri voľbe „hviezdičkovej“ topológie budete potrebovať niekoľkonásobne viac káblov ako pri „zbernicovej“ topológii. To môže výrazne ovplyvniť náklady na celú sieť ako celok.

Prstencová topológia je topológia, v ktorej je každý počítač spojený komunikačnými linkami iba s dvoma ďalšími: z jedného iba prijíma informácie a do druhého iba vysiela. Na každej komunikačnej linke, ako v prípade hviezdy, je len jeden vysielač a jeden prijímač. To vám umožní vyhnúť sa používaniu externých terminátorov. Dôležitou vlastnosťou ringu je, že každý počítač prenáša (obnovuje) signál, čiže funguje ako opakovač, preto nezáleží na útlme signálu v celom kruhu, dôležitý je len útlm medzi susednými počítačmi kruhu. V tomto prípade neexistuje jasne definované centrum, všetky počítače môžu byť rovnaké. Pomerne často je však v šprote pridelený špeciálny účastník, ktorý riadi výmenu alebo riadi výmenu. Je jasné, že prítomnosť takéhoto riadiaceho účastníka znižuje spoľahlivosť siete, pretože jeho výpadok okamžite paralyzuje celú ústredňu.
Presne povedané, počítače v šprote nie sú úplne rovnaké (na rozdiel napríklad od zbernicovej topológie). Niektoré z nich nevyhnutne dostávajú informácie z počítača, ktorý v tomto okamihu vysiela, skôr, zatiaľ čo iné - neskôr. Práve na tejto vlastnosti topológie sú založené metódy riadenia sieťovej výmeny, špeciálne navrhnuté pre „prsteň“. Pri týchto metódach právo na ďalší prenos (alebo, ako sa tiež hovorí, na prevzatie siete) prechádza postupne na ďalší počítač v kruhu.
Pripojenie nových účastníkov k „krúžku“ je zvyčajne úplne bezbolestné, hoci si vyžaduje povinné vypnutie celej siete počas trvania pripojenia. Rovnako ako v prípade „zbernicovej“ topológie môže byť maximálny počet účastníkov v šprote pomerne veľký (až tisíc alebo viac). Kruhová topológia je zvyčajne najodolnejšia voči preťaženiu, zaisťuje spoľahlivú prevádzku s najväčšími tokmi informácií prenášaných cez sieť, pretože spravidla nedochádza ku konfliktom (na rozdiel od zbernice) a na rozdiel od nej neexistuje žiadny centrálny účastník; hviezda) .
Pretože signál v šprote prechádza cez všetky počítače v sieti, porucha aspoň jedného z nich (alebo jeho sieťová inštalácia) naruší chod celej siete ako celku. Podobne akékoľvek prerušenie alebo skrat v každom z kruhových káblov znemožňuje prevádzku celej siete. Prsteň je najviac náchylný na poškodenie kábla, preto táto topológia zvyčajne zahŕňa položenie dvoch (alebo viacerých) paralelných komunikačných liniek, z ktorých jedna je v rezerve.
Veľkou výhodou ringu je zároveň to, že retransmisia signálov každým účastníkom umožňuje výrazne zväčšiť veľkosť celej siete ako celku (niekedy až na niekoľko desiatok kilometrov). Prsteň je relatívne lepší ako akákoľvek iná topológia.

Nevýhoda krúžkov (v porovnaní s hviezdou) možno považovať za to, že ku každému počítaču v sieti musia byť pripojené dva káble.

Niekedy je kruhová topológia založená na dvoch kruhových komunikačných linkách, ktoré prenášajú informácie v opačných smeroch. Účelom takéhoto riešenia je zvýšiť (ideálne zdvojnásobiť) rýchlosť prenosu informácií. Navyše, ak je jeden z káblov poškodený, sieť môže pracovať s iným káblom (hoci maximálna rýchlosť sa zníži).
Okrem troch hlavných uvažovaných základných topológií sa často používa aj topológia siete. strom" (strom), ktoré možno považovať za spojenie viacerých hviezd. Rovnako ako v prípade hviezdy môže byť strom aktívny, alebo skutočný (obr. 5) a pasívny (obr. 6). Pri aktívnom strome sú centrálne počítače umiestnené v centrách spájajúcich niekoľko komunikačných liniek a pri pasívnom strome sú koncentrátory (huby).

Ryža. 5. Topológia „Aktívny strom“.

Ryža. 6. Topológia „pasívneho stromu“. K - koncentrátory

Pomerne často sa používajú aj kombinované topológie, napríklad star-bus, star-ring.

Nejednoznačnosť pojmu topológia.

Topológia siete určuje nielen fyzické umiestnenie počítačov, ale čo je ešte dôležitejšie, charakter spojenia medzi nimi, vlastnosti šírenia signálu v sieti. Práve charakter spojov určuje mieru poruchovosti siete, požadovanú zložitosť sieťového vybavenia, najvhodnejší spôsob riadenia ústredne, možné typy prenosových médií (komunikačné kanály), prípustnú veľkosť siete (dĺžka komunikačných liniek a počet účastníkov), potreba elektrickej koordinácie a mnohé ďalšie.
Keď ľudia premýšľajú o topológii siete v literatúre, môžu mať na mysli štyri veľmi odlišné koncepty, ktoré sa týkajú rôznych úrovní architektúry siete:

1. Fyzická topológia (čiže rozmiestnenie počítačov a vedenie káblov). V tomto obsahu sa napríklad pasívna hviezda nelíši od aktívnej hviezdy, a preto sa často nazýva jednoducho „hviezda“.

2. Logická topológia (čiže štruktúra spojov, charakter šírenia signálu sieťou). Toto je pravdepodobne najsprávnejšia definícia topológie.

3. Topológia riadenia výmeny (čiže princíp a postupnosť prenosu práva na potešenie siete medzi jednotlivými počítačmi).

4. Informačná topológia (to znamená smer informačných tokov prenášaných cez sieť).

Napríklad sieť s fyzickou a logickou „zbernicovou“ topológiou môže ako metódu riadenia využívať prenosový prenos práva zmocniť sa siete (to znamená byť kruhom v tomto obsahu) a súčasne prenášať všetky informácie prostredníctvom jedného vyhradeného počítač (buďte hviezdou v tomto obsahu).

Prstencová topológia je topológia, v ktorej je každý počítač spojený komunikačnými linkami iba s dvoma ďalšími: z jedného iba prijíma informácie a do druhého iba vysiela. Na každej komunikačnej linke, ako v prípade hviezdy, je len jeden vysielač a jeden prijímač. To vám umožní vyhnúť sa používaniu externých terminátorov.
Každý počítač vysiela (obnovuje) signál, čiže funguje ako opakovač, preto nezáleží na útlme signálu v celom kruhu, dôležitý je len útlm medzi susednými počítačmi kruhu. V tomto prípade neexistuje jasne definované centrum, všetky počítače môžu byť rovnaké. Pomerne často je však v kruhu pridelený špeciálny účastník, ktorý riadi výmenu alebo riadi výmenu. Je jasné, že prítomnosť takéhoto riadiaceho účastníka znižuje spoľahlivosť siete, pretože jeho výpadok okamžite paralyzuje celú ústredňu.
Pripojenie nových účastníkov k „krúžku“ je zvyčajne úplne bezbolestné, hoci si vyžaduje povinné vypnutie celej siete počas trvania pripojenia. Rovnako ako v prípade zbernicovej topológie môže byť maximálny počet účastníkov v kruhu pomerne veľký (1000 alebo viac). Ako médium v ​​sieti sa používa krútená dvojlinka alebo optické vlákno. Správy kolujú v kruhoch.
Pracovná stanica môže prenášať informácie do inej pracovná stanica, až po prijatí práva na prenos (tokenu), takže kolízie sú vylúčené. Informácie sa prenášajú po kruhu z jednej pracovnej stanice na druhú, takže ak zlyhá jeden počítač, ak sa neprijmú špeciálne opatrenia, zlyhá celá sieť.
Kruhová topológia je zvyčajne najodolnejšia voči preťaženiu, zaisťuje spoľahlivú prevádzku s najväčšími tokmi informácií prenášaných cez sieť, pretože spravidla nedochádza ku konfliktom (na rozdiel od zbernice) a na rozdiel od nej neexistuje žiadny centrálny účastník; hviezda) .

Topológia lokálnych sietí.

Zloženie a konfigurácia sieťových zariadení v závislosti od topológie siete.

1. Koncepcia topológie siete

Všeobecná schéma pripojenia počítačov do lokálnych sietí sa nazýva topológie siete

Topológia je fyzická konfigurácia siete kombinovaná s jej logickými vlastnosťami. Topológia je štandardný termín používaný na opis základného usporiadania siete. Pochopením toho, ako sa používajú rôzne topológie, môžete určiť, aké funkcie majú. Rôzne druhy siete.

Existujú dva hlavné typy topológií:

• fyzické
• logické

Logická topológia popisuje pravidlá interakcie medzi sieťovými stanicami pri prenose dát.

Fyzická topológia definuje spôsob pripojenia pamäťových médií.

Pojem „topológia siete“ popisuje fyzické usporiadanie počítačov, káblov a iných sieťových komponentov. Topológia fyzické spojenia môže nadobudnúť rôzne „geometrické“ tvary a dôležité nie je geometrické umiestnenie kábla, ale iba prítomnosť spojenia medzi uzlami (uzavreté/otvorené, prítomnosť stredu atď.).

Topológia siete určuje jej vlastnosti.

Výber konkrétnej topológie ovplyvňuje:

• zloženie potrebného sieťového vybavenia
• charakteristiky sieťového zariadenia
• možnosti rozšírenia siete
• spôsob správy siete

Konfigurácia siete môže byť buď decentralizovaná (keď kábel „beží“ okolo každej stanice v sieti) alebo centralizovaná (keď je každá stanica fyzicky pripojená k nejakému centrálnemu zariadeniu, ktoré distribuuje rámce a pakety medzi stanicami). Príkladom centralizovanej konfigurácie je hviezda s pracovnými stanicami umiestnenými na koncoch jej ramien. Decentralizovaná konfigurácia je podobná reťazi lezcov, kde má každý svoju pozíciu v reťazci a všetci sú spojení jedným lanom. Logické charakteristiky topológie siete určujú trasu, ktorou sa paket pohybuje po sieti.

Pri výbere topológie treba brať do úvahy, že poskytuje spoľahlivé a efektívnu prácu siete, pohodlné riadenie sieťových dátových tokov. Je tiež žiaduce, aby sieť bola lacná z hľadiska nákladov na vytvorenie a údržbu, ale zároveň by zostali možnosti na jej ďalšie rozširovanie a pokiaľ možno aj na prechod na vysokorýchlostné komunikačné technológie. Nie je to ľahká úloha! Aby ste to vyriešili, musíte vedieť, aké sieťové topológie existujú.

Podľa topológie spojov existujú:

• siete s topológiou „spoločnej zbernice (bus)“;
• siete s hviezdicovou topológiou;
• siete s „kruhovou“ topológiou“;
• siete so stromovou topológiou;
• siete so zmiešanou topológiou

2. Základné sieťové topológie

Existujú tri základné topológie, na ktorých je postavená väčšina sietí.

• autobus
• hviezda
• prsteň

„Zbernica“ je topológia, v ktorej sú počítače prepojené jedným káblom.

„Hviezda“ je topológia, v ktorej sú počítače pripojené ku káblovým segmentom vychádzajúcich z jedného bodu alebo rozbočovača.

Topológia sa nazýva „ring“, ak je kábel, ku ktorému sú počítače pripojené, uzavretý do kruhu.

Aj keď sú samotné základné topológie jednoduché, v skutočnosti často dochádza k pomerne zložitým kombináciám, ktoré spájajú vlastnosti viacerých topológií.

2.1 Topológia zbernicovej siete

V tejto topológii sú všetky počítače navzájom prepojené jedným káblom. Každý počítač je pripojený k spoločnému káblu, na koncoch ktorého sú nainštalované terminátory. Signál prechádza sieťou cez všetky počítače, odráža sa od koncových terminátorov.

Schéma topológie siete typu "bus".

"Zbernicová" topológia je generovaná lineárnou štruktúrou spojení medzi uzlami. V hardvéri môže byť takáto topológia implementovaná napríklad inštaláciou dvoch sieťové adaptéry. Aby sa zabránilo odrazu signálu, musia byť na koncoch kábla nainštalované terminátory, ktoré absorbujú signál.

V sieti so „zbernicovou“ topológiou počítače adresujú údaje konkrétnemu počítaču a prenášajú ich po kábli vo forme elektrických signálov – hardvérových MAC adries. Aby ste pochopili proces interakcie počítača cez zbernicu, musíte pochopiť nasledujúce pojmy:

• prenos signálu
• odraz signálu
• Terminátor

1. Prenos signálu

Údaje vo forme elektrických signálov sa prenášajú do všetkých počítačov v sieti; informácie však prijíma len ten, ktorého adresa sa zhoduje s adresou príjemcu zašifrovanou v týchto signáloch. Navyše v danom čase môže vysielať iba jeden počítač. Keďže dáta do siete prenáša len jeden počítač, jeho výkon závisí od počtu počítačov pripojených na zbernicu. Čím viac ich je, t.j. ako viac počítačovčakanie na prenos dát, tie pomalšia sieť. Na odvodenie priameho vzťahu medzi priepustnosť sieť a počet počítačov v nej je nemožný. Pretože okrem počtu počítačov je výkon siete ovplyvnený mnohými faktormi, vrátane:

• vlastnosti hardvér počítačov v sieti
• frekvencia, s akou počítače prenášajú údaje
• typ spustených sieťových aplikácií
• typu sieťový kábel
• vzdialenosť medzi počítačmi v sieti

Zbernica je pasívna topológia. To znamená, že počítače iba „počúvajú“ dáta prenášané cez sieť, ale neprenášajú ich od odosielateľa k príjemcovi. Ak teda jeden z počítačov zlyhá, nebude to mať vplyv na fungovanie ostatných. V aktívnych topológiách počítače regenerujú signály a prenášajú ich cez sieť.

2. Odraz signálu

Dáta alebo elektrické signály prechádzajú sieťou – od jedného konca kábla k druhému. Ak sa nevykoná žiadna špeciálna akcia, signál, ktorý dosiahne koniec kábla, sa odrazí a neumožní prenos iným počítačom. Preto, keď sa dáta dostanú do cieľa, elektrické signály musia byť zhasnuté.

3. Terminátor

Aby sa zabránilo odrazu elektrických signálov, na každom konci kábla sú nainštalované zástrčky (terminátory), ktoré tieto signály absorbujú. Všetky konce sieťového kábla musia byť k niečomu pripojené, napríklad k počítaču alebo valcovému konektoru - aby sa zväčšila dĺžka kábla. K akémukoľvek voľnému (nepripojenému) koncu kábla musí byť pripojený terminátor, aby sa zabránilo odrazu elektrických signálov.

Inštalácia terminátora

Integrita siete môže byť narušená, ak sa sieťový kábel pri fyzickom prerušení preruší alebo sa odpojí jeden z jeho koncov. Je tiež možné, že na jednom alebo viacerých koncoch kábla nie sú žiadne terminátory, čo vedie k odrazu elektrických signálov v kábli a ukončeniu siete. Sieť „padá“. Samotné počítače v sieti zostávajú plne funkčné, ale pokiaľ je segment rozbitý, nemôžu medzi sebou komunikovať.

Táto sieťová topológia má výhody aj nevýhody.

D výhod zbernicové topológie:

• krátky čas nastavenia siete
• nízke náklady (vyžaduje sa menej káblových a sieťových zariadení)
• jednoduchosť nastavenia
• Porucha pracovnej stanice nemá vplyv na prevádzku siete

Nedostatky zbernicové topológie:

• takéto siete sa ťažko rozširujú (zvýšenie počtu počítačov v sieti a počtu segmentov - jednotlivých úsekov káblov, ktoré ich spájajú).
• Keďže zbernica je zdieľaná, vysielať môže naraz iba jeden z počítačov.
• „Zbernica“ je pasívna topológia – počítače iba „počúvajú“ kábel a nedokážu obnoviť signály, ktoré sú zoslabené počas prenosu cez sieť.
• Spoľahlivosť siete so zbernicovou topológiou je nízka. Keď elektrický signál dosiahne koniec kábla, odrazí sa (pokiaľ sa neprijmú špeciálne opatrenia) a naruší prevádzku celého segmentu siete.

Problémy spojené s topológiou zberníc viedli k tomu, že tieto siete sa v súčasnosti prakticky nepoužívajú.

Topológia siete zbernice je známa ako logická topológia 10 Mbps Ethernet.

2.2 Základná topológia hviezdicovej siete

V hviezdicovej topológii sú všetky počítače pripojené k centrálnemu komponentu nazývanému rozbočovač. Každý počítač je pripojený k sieti pomocou samostatného prepojovacieho kábla. Signály z vysielacieho počítača prechádzajú cez hub ku všetkým ostatným.

V „hviezde“ je vždy stred, cez ktorý prechádza akýkoľvek signál v sieti. Funkcie centrálneho spojenia sú vykonávané špeciálnymi sieťovými zariadeniami a prenos signálu k nim môže prebiehať rôznymi spôsobmi: v niektorých prípadoch zariadenie posiela údaje do všetkých uzlov okrem vysielacieho uzla, v iných zariadenie analyzuje, z ktorého uzla údaje je určená a posiela ju len jej.

Táto topológia vznikla na úsvite počítačová technológia, kedy boli počítače pripojené k centrálnemu, hlavnému počítaču.

Schéma topológie hviezdnej siete

Výhody"hviezdne" typológie:

• porucha jednej pracovnej stanice neovplyvní chod celej siete ako celku
• dobrá škálovateľnosť siete
• jednoduché riešenie problémov a výpadky siete
• vysoký výkon siete (v závislosti od správneho návrhu)
• flexibilné možnosti správy

Nedostatky"hviezdne" typológie:

• zlyhanie centrálneho uzla bude mať za následok nefunkčnosť siete (alebo segmentu siete) ako celku
• siete často vyžadujú viac káblov ako väčšina iných topológií
• konečný počet pracovných staníc v sieti (alebo segmente siete) je obmedzený počtom portov v centrálnom uzle.

Jedna z najbežnejších topológií, pretože sa ľahko udržiava. Používa sa hlavne v sieťach, kde je nosičom krútená dvojlinka. Kategória UTP 3 alebo 5. (Kategórie krútených párov káblov, ktoré sú očíslované od 1 do 7 a určujú efektívny prenos frekvenčný rozsah. Kábel vyššej kategórie zvyčajne obsahuje viac párov vodičov a každý pár má viac závitov na jednotku dĺžky).

Hviezdicová topológia sa odráža v technológii Fast Ethernet6.

2.3 Základná topológia kruhovej siete

V kruhovej topológii sú počítače pripojené káblom, ktorý tvorí kruh. Preto kábel jednoducho nemôže mať voľný koniec, ku ktorému je potrebné pripojiť terminátor. Signály sa prenášajú pozdĺž kruhu v jednom smere a prechádzajú každým počítačom. Na rozdiel od pasívnej zbernicovej topológie tu každý počítač funguje ako opakovač (repeater), zosilňuje signály a odovzdáva ich ďalšiemu počítaču. Ak teda zlyhá jeden počítač, prestane fungovať celá sieť.

Schéma kruhovej siete

Fungovanie topológie uzavretého kruhu je založené na odovzdávaní tokenov.

Token je dátový paket, ktorý umožňuje počítaču prenášať dáta do siete.

Token sa prenáša postupne, z jedného počítača do druhého, až kým ho neprijme ten, ktorý „chce“ preniesť údaje. Počítač, ktorý chce spustiť prenos, "zachytí" token, upraví ho, vloží adresu príjemcu do údajov a odošle ho po kruhu príjemcovi.

Údaje prechádzajú každým počítačom, kým sa nedostanú k tomu, ktorého adresa sa zhoduje s adresou príjemcu uvedenou v údajoch. Potom prijímajúci počítač odošle správu odosielajúcemu, ktorá potvrdzuje, že údaje boli prijaté. Po prijatí potvrdenia vytvorí odosielajúci počítač nový token a vráti ho do siete.

Na prvý pohľad sa zdá, že prenos fixky zaberie veľa času, no v skutočnosti sa fixka pohybuje takmer rýchlosťou svetla. V kruhu s priemerom 200 metrov môže marker cirkulovať s frekvenciou 10 000 otáčok za sekundu.

Výhody kruhová topológia:

• jednoduchosť inštalácie
• takmer úplná absencia dodatočného vybavenia
• možnosť stabilnej prevádzky bez výrazného poklesu rýchlosti prenosu dát pri veľkom zaťažení siete, keďže použitie tokenu eliminuje možnosť kolízií.

Nedostatky kruhová topológia:

• výpadok jednej pracovnej stanice a ďalšie problémy (pretrhnutie kábla) ovplyvňujú výkon celej siete
• zložitosť konfigurácie a nastavenia
• ťažkosti pri riešení problémov

Väčšina široké uplatnenie prijímané v sieťach z optických vlákien. Používa sa v štandardoch FDDI8, Token ring9.

3. Ďalšie možné topológie siete

Skutočné počítačové siete sa neustále rozširujú a modernizujú. Preto je takáto sieť takmer vždy hybridná, t.j. jeho topológia je kombináciou niekoľkých základných topológií. Je ľahké si predstaviť hybridné topológie, ktoré sú kombináciou hviezdy a zbernice, alebo kruhu a hviezdy.

3.1 Stromová topológia siete

Stromovú topológiu možno považovať za spojenie niekoľkých „hviezd“. Práve táto topológia je dnes najpopulárnejšia pri budovaní lokálnych sietí.

Diagram stromovej topológie siete

V topológii stromu existuje koreň stromu, z ktorého vyrastajú konáre a listy.

Strom môže byť aktívny alebo pravdivý a pasívny. Pri aktívnom strome sú centrálne počítače umiestnené v centrách spájajúcich niekoľko komunikačných liniek a pri pasívnom strome sú koncentrátory (huby).

Obrázok 6 - Schéma topológie siete s aktívnym stromom

Obrázok 7 - Schéma topológie siete pasívneho stromu

3.2 Kombinované topológie siete

Pomerne často sa používajú kombinované topológie, medzi ktorými sú najbežnejšie star-bus a star-ring.

Topológia hviezda-bus využíva kombináciu zbernice a pasívnej hviezdy.

Schéma kombinovanej topológie siete hviezda-bus

K rozbočovaču sú pripojené jednotlivé počítače aj celé segmenty zbernice. V skutočnosti je implementovaná fyzická topológia zbernice, ktorá zahŕňa všetky počítače v sieti. V tejto topológii je možné použiť niekoľko rozbočovačov, ktoré sú navzájom prepojené a tvoria takzvanú chrbticovú, podpornú zbernicu. Ku každému z rozbočovačov sú pripojené samostatné počítače alebo segmenty zbernice. Výsledkom je strom hviezdnej pneumatiky. Používateľ tak môže flexibilne kombinovať výhody zbernicových a hviezdicových topológií a tiež jednoducho meniť počet počítačov pripojených k sieti. Z hľadiska distribúcie informácií je táto topológia ekvivalentná klasickej zbernici.

V prípade topológie hviezdicového kruhu to nie sú samotné počítače, ktoré sú spojené do kruhu, ale špeciálne rozbočovače, ku ktorým sú zase pripojené počítače pomocou dvojitých komunikačných liniek v tvare hviezdy.

Schéma kombinovanej topológie siete hviezda-kruh

V skutočnosti sú všetky počítače v sieti zahrnuté v uzavretom kruhu, pretože v rozbočovačoch tvoria komunikačné linky uzavretú slučku (ako je znázornené na obrázku 9). Táto topológia umožňuje kombinovať výhody hviezdicových a kruhových topológií. Napríklad rozbočovače vám umožňujú zhromaždiť všetky body pripojenia sieťových káblov na jednom mieste. Ak hovoríme o šírení informácií, táto topológia je ekvivalentná klasickému ringu.

3.3 Topológia siete "Grid".

Nakoniec treba spomenúť sieťovú alebo sieťovú topológiu, v ktorej sú všetky alebo mnohé počítače a iné zariadenia navzájom priamo prepojené (obrázok 10).

Obrázok 10 - Schéma topológie siete

Táto topológia je mimoriadne spoľahlivá – ak je niektorý kanál prerušený, prenos údajov sa nezastaví, pretože je možných niekoľko ciest na doručovanie informácií. Mesh topológie (najčastejšie nie úplné, ale čiastočné) sa používajú tam, kde je potrebné zabezpečiť maximálnu odolnosť proti chybám siete, napríklad pri pripájaní viacerých úsekov veľkej podnikovej siete alebo pri pripájaní na internet, aj keď samozrejme máte platiť za to: spotreba káblov sa výrazne zvyšuje, sieťové vybavenie a jeho konfigurácia sa stávajú komplikovanejšími.

V súčasnosti drvivá väčšina moderných sietí používa hviezdicovú topológiu alebo hybridnú topológiu, ktorá je zlúčením niekoľkých hviezd (napríklad stromová topológia) a metódu detekcie kolízií CSMA/CD (carrier sense multiple access). .

Fragment počítačovej siete

Fragment počítačovej siete zahŕňa hlavné typy komunikačných zariadení, ktoré sa dnes používajú na vytváranie lokálnych sietí a ich vzájomné prepojenie prostredníctvom globálnych spojení. Na stavbu miestne spojenia Medzi počítačmi sa používajú rôzne typy káblových systémov, sieťové adaptéry, opakovacie rozbočovače, mosty, prepínače a smerovače. Na pripojenie lokálnych sietí ku globálnym pripojeniam sa používajú špeciálne výstupy (porty WAN) mostov a smerovačov, ako aj zariadenia na prenos údajov cez dlhé linky - modemy (pri práci cez analógové linky) alebo zariadenia pripájajúce sa k digitálnych kanálov(TA – koncové adaptéry ISDN sietí, zariadenia na obsluhu digitálnych dedikovaných kanálov ako CSU/DSU a pod.).

Rýchlosť prenosu dát v sieti, spoľahlivosť obsluhy požiadaviek zákazníkov, odolnosť siete voči poruchám zariadení a náklady na vytvorenie a prevádzku siete sú výrazne ovplyvnené jej topológiou.

Pod topológia počítačovej siete označuje spôsob pripojenia jeho jednotlivých komponentov (počítače, servery, tlačiarne atď.). Rozlišujú sa tieto hlavné topológie:

· hviezdicová topológia;

· topológia kruhového typu;

· topológia bežného typu zbernice;

· topológia stromu;

· plne pripojená sieť.

Zoberme si údaje topológie siete.

Topológia hviezdy. Pri použití hviezdicovej topológie sa informácie medzi klientmi siete prenášajú cez jediný centrálny uzol (obr. 11). Ako centrálny uzol môže fungovať server alebo špeciálne zariadenie – rozbočovač (Hub).

Ryža. 11. Topológia hviezdy

V hviezdicovej topológii je možné použiť aktívny A pasívny rozbočovačov. Aktívne koncentrátory prijímajú a zosilňujú prenášané signály. Pasívne uzly prenášajú signály cez seba bez toho, aby ich zosilňovali. Pasívne rozbočovače nevyžadujú pripojenie k zdroju energie.

Výhody hviezdicovej topológie sú nasledovné:

1. Vysoký výkon siete, keďže celkový výkon siete závisí len od výkonu centrálneho uzla.

2. Žiadna kolízia prenášaných údajov, pretože údaje medzi pracovnou stanicou a serverom sa prenášajú cez samostatný kanál bez ovplyvnenia ostatných počítačov.

Táto topológia má však okrem výhod aj nevýhody:

1. Nízka spoľahlivosť, keďže spoľahlivosť celej siete je určená spoľahlivosťou centrálneho uzla. Ak centrálny uzol (server alebo hub) zlyhá, celá sieť prestane fungovať.

2. Vysoké náklady na pripojenie počítačov, pretože pre každého nového účastníka musí byť nainštalovaná samostatná linka.

3. Nedostatočná možnosť výberu rôznych trás na nadviazanie komunikácie medzi účastníkmi.

Táto topológia je v súčasnosti najbežnejšia.

Prstencová topológia. Pri kruhovej topológii sú všetky počítače pripojené káblom uzavretým do kruhu. Signály sa po prstenci prenášajú jedným smerom a prechádzajú každým počítačom (obr. 12).

Ryža. 12. Kruhová topológia

Prenos informácií v tejto sieti prebieha nasledovne. Marker(špeciálny signál) sa prenáša postupne, z jedného počítača do druhého, kým ho neprijme ten, ktorý chce prenášať údaje. Po prijatí tokenu počítač vytvorí takzvaný paket, ktorý slúži na prenos dát. Paket obsahuje adresu a údaje príjemcu a následne sa odošle do kruhu. Paket prechádza každým počítačom, kým sa nedostane k tomu, ktorého adresa sa zhoduje s adresou príjemcu. Potom prijímajúci počítač odošle zdroju informácií potvrdenie, že paket bol prijatý. Po prijatí potvrdenia vytvorí odosielajúci počítač nový token a vráti ho do siete.

Výhody kruhovej topológie sú nasledovné:

1. Preposielanie správ je veľmi efektívne, pretože... Môžete odoslať niekoľko správ jednu po druhej v kruhu. Tie. počítač po odoslaní prvej správy môže odoslať ďalšiu správu po nej bez toho, aby čakal, kým prvá dorazí k príjemcovi.

2. Dĺžka siete môže byť významná. Tie. počítače sa môžu navzájom spájať na značné vzdialenosti bez použitia špeciálnych zosilňovačov signálu.

3. Absencia kolízií (pozri tému č. 3, časť 2) a kolízií údajov, keďže súčasne vysiela iba jeden počítač.

Nevýhody tejto topológie zahŕňajú:

1. Nízka spoľahlivosť siete, pretože zlyhanie ktoréhokoľvek počítača znamená zlyhanie celého systému.

2. Ak chcete pripojiť nového klienta, musíte prerušiť sieť.

3. Kedy veľké množstvá rýchlosť siete klientov je spomalená, pretože všetky informácie prechádzajú každým počítačom a ich možnosti sú obmedzené.

4. Celkový výkon siete je určený výkonom najpomalšieho počítača.

Táto topológia je výhodná, ak organizácia vytvára systém distribuovaných centier spracovania informácií umiestnených v značnej vzdialenosti od seba.

Topológia spoločnej zbernice. Pri zbernicovej topológii sú všetci klienti pripojení na spoločný kanál na prenos dát (obr. 13). Zároveň môžu prísť priamo do kontaktu s ktorýmkoľvek počítačom v sieti.

Obr. 13. Topológia spoločnej zbernice

Prenos informácií prebieha nasledovne. Dáta vo forme elektrických signálov sa prenášajú do všetkých počítačov v sieti. Informáciu však akceptuje len ten, ktorého adresa sa zhoduje s adresou príjemcu. Navyše v danom čase môže vysielať iba jeden počítač.

Výhody topológie spoločnej zbernice:

1. Všetky informácie sú online a dostupné pre každý počítač. Tie. z akéhokoľvek osobného počítača máte prístup k informáciám, ktoré sú uložené na akomkoľvek inom počítači.

2. Pracovné stanice môžu byť pripojené nezávisle od seba. Tie. Keď sa pripojí nový účastník, nie je potrebné zastaviť prenos informácií v sieti.

3. Budovanie sietí na báze spoločnej zbernicovej topológie je lacnejšie, keďže pri pripájaní nového klienta nevznikajú žiadne náklady na kladenie ďalších liniek.

4. Sieť je vysoko spoľahlivá, pretože Výkon siete nezávisí od výkonu jednotlivých počítačov.

Poslednú výhodu určuje fakt, že zbernica je pasívna topológia. Tie. počítače iba prijímajú prenášané dáta, ale neprenášajú ich od odosielateľa k príjemcovi. Ak teda jeden z počítačov zlyhá, nebude to mať vplyv na fungovanie ostatných.

Nevýhody topológie spoločnej zbernice zahŕňajú:

1. Nízka rýchlosť prenosu dát, pretože všetky informácie cirkulujú cez jeden kanál (zbernicu).

2. Výkon siete závisí od počtu pripojených počítačov. Čím viac počítačov je pripojených k sieti, tým je zbernica viac zaťažená a prenos informácií z jedného počítača na druhý je pomalší.

3. Siete postavené na základe tejto topológie sa vyznačujú nízkou bezpečnosťou, keďže k informáciám na každom počítači je možné pristupovať z akéhokoľvek iného počítača.

Topológia stromu. V sieťach so stromovou topológiou sú počítače priamo spojené s centrálnymi uzlami siete – servermi (obr. 14).

Obr. 14. Topológia stromu

Stromová topológia je kombináciou hviezdicovej topológie a zbernicovej topológie. Preto má v podstate rovnaké výhody a nevýhody, aké boli uvedené pre tieto topológie.

Mesh sieť. V mesh sieti je každý počítač prepojený so všetkými ostatnými počítačmi samostatnými linkami (obr. 15).

Obr. 15. Mesh sieť

Výhody mesh siete:

1. Vysoká spoľahlivosť, pretože ak niektorý komunikačný kanál zlyhá, nájde sa riešenie na prenos informácií.

2. Vysoký výkon, pretože informácie sa medzi počítačmi prenášajú cez samostatné linky.

Nevýhody tejto topológie:

1. Táto topológia vyžaduje veľký počet spojovacích vedení, t.j. náklady na vytvorenie takejto siete sú veľmi vysoké.

2. Je ťažké vybudovať sieť s veľkým počtom počítačov, pretože od každého počítača k druhému musia byť položené samostatné linky.

Topológia mesh siete sa zvyčajne používa pre malé siete s malým počtom počítačov, ktoré pracujú s plnou záťažou komunikačných kanálov.

Pre veľké počítačové siete(globálna alebo regionálna) pre rôzne oblasti sa zvyčajne používa kombinácia rôznych topológií.

LAN modely

Existujú dva modely lokálnych sietí:

Peer-to-peer sieť

· sieť klient-server.

IN peer-to-peer sieť všetky počítače sú si navzájom rovné. V tomto prípade sú všetky informácie v systéme distribuované medzi samostatné počítače. Každý používateľ môže povoliť alebo zamietnuť prístup k svojim údajom. V takýchto sieťach je na všetkých počítačoch nainštalovaný rovnaký typ operačného systému (OS), ktorý poskytuje potenciálne rovnaké možnosti všetkým počítačom v sieti.

Výhody tohto modelu:

1. Jednoduchosť implementácie. Na implementáciu tejto siete stačí, aby mali počítače sieťové adaptéry a kábel, ktorý ich prepojí.

2. Nízke náklady na vytvorenie siete. Keďže neexistujú žiadne náklady spojené s nákupom drahého servera, drahého sieťového operačného systému atď.

Nevýhody modelu:

1. Nízky výkon pre sieťové požiadavky. Pracovná stanica vždy spracováva sieťové požiadavky pomalšie ako špecializovaný serverový počítač. Okrem toho sa na pracovnej stanici vždy vykonávajú rôzne úlohy (písanie textu, vytváranie výkresov, matematické výpočty atď.), ktoré spomaľujú reakcie na požiadavky siete.

2. Nedostatok single informačnú základňu, pretože všetky informácie sú distribuované medzi samostatnými počítačmi. V takom prípade musíte kontaktovať niekoľko počítačov, aby ste získali potrebné informácie.

3. Neprítomnosť jednotný systém informačná bezpečnosť. Každý osobný počítač chráni svoje informácie prostredníctvom svojho operačného systému. Avšak operačné systémy osobné počítače, sú spravidla menej bezpečné ako sieťové operačné systémy pre servery. Preto je oveľa jednoduchšie „hacknúť“ takúto sieť.

4. Závislosť dostupnosti informácií v systéme od stavu počítača. Ak je počítač vypnutý, informácie v ňom uložené nebudú dostupné ostatným používateľom.

V sieti ako Klientsky server existuje jeden alebo viac hlavných počítačov - serverov. V takýchto systémoch sú všetky základné informácie spravované servermi.

Sieť klient-server je funkčne asymetrická: používa dva typy počítačov – niektoré sú zamerané na vykonávanie serverových funkcií a prevádzkujú špecializované serverové operačné systémy, zatiaľ čo iné vykonávajú funkcie klienta a bežia bežné operačné systémy. Funkčná asymetria spôsobuje aj hardvérovú asymetriu – dedikované servery využívajú viac výkonné počítače s veľkým množstvom pamäte RAM a externej pamäte.

Výhody tohto modelu sú:

1. Vysoký výkon siete, pretože server rýchlo spracováva požiadavky siete a nie je zaťažený inými úlohami.

2. Dostupnosť jednotnej informačnej základne a bezpečnostného systému. Je možné hacknúť server, ale je to oveľa ťažšie ako pracovnú stanicu.

3. Jednoduchá správa celej siete. Keďže správa siete pozostáva hlavne zo správy iba servera.

Nevýhody modelu:

1. Vysoké náklady na implementáciu, pretože potrebujete kúpiť drahý server a sieť operačný systém pre server.

2. Závislosť rýchlosti siete na serveri. Ak server nie je dostatočne výkonný, sieť môže byť veľmi pomalá.

3. Pre správna prevádzka sieť si vyžaduje dodatočný personál údržby, t.j. Organizácia musí mať pozíciu správcu siete.