Шина— наиболее простая и широко используемая топология. Она имеет линейную конфигурацию, при которой все компьютеры соединены одним кабелем. Если компьютеры подключены вдоль одного кабеля [сегмента (segment)], топология называется шиной. Сигналы передаются всем компьютерам в сети. Чтобы предотвратить эффект отражения сигналов, к концам кабеля подключают терминаторы.
Базовые топологии.Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель.
Понятие топологии сети. Базовые топологииВажнейшей характеристикой локальной сетиявляется ее топология,или, другими словами, конфигурация.
Тема 3. Компоновка сети.Топология сети
1. Понятие топологии сети. Базовые топологии
2. Понятия концентратора и коммутатора.
3. Сеть с топологией «шина».
4. Сеть с топологией «Звезда»
5. Сеть с топологией «Кольцо».
6. Комбинированные топологии.
Топологиейили “топологией сети”,называется определенное физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов в сети. Топология — это стандартный термин, который используется профессионалами при описании основной компоновки сети. Кроме термина “топология”, для описания физической компоновки употребляют также следующие:
- физическое расположение;
- компоновка;
- диаграмма;
- карта.
Топология сети обуславливает ее характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет:
- на состав необходимого сетевого оборудования;
- характеристики сетевого оборудования;
- возможности расширения сети;
- способ управления сетью.
Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель.
Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, не достаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.
Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки. Топология может также определять способ взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют различные методы взаимодействия, и эти методы оказывают большое влияние на сеть.
Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, не достаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.
Каждая топология сети налагает ряд условий. Например, она может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки.
Топология может также определять способ взаимодействия компьютеров в сети. Различным видам топологий соответствуют различные методы взаимодействия, и эти методы оказывают большое влияние на сеть.
Существует три базовых типатопологии: шина(bus); звезда(star); кольцо(ring). На основе этих топологий строятся различные комбинации, например звезда-шина и звезда-кольцо.
Передавать данные одномоментно может только один компьютер. Поэтому, чем больше компьютеров в сети, тем меньше ее пропускная способность.
В том случае, когда компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора, топология называется звездой.В топологии “звезда”каждый компьютер напрямую подключен к центральному компоненту, именуемому концентратором.
Концентратор используют для централизации трафика ЛВС в одной точке. Если в сети, где стоит концентратор, происходит разрыв кабеля, то это отразится только на работе данного сегмента, а не на всей сети. Концентраторы позволяют достаточно просто расширять сеть и применять различные типы кабелей. Если центральный компонент выходит из строя, перестает функционировать вся сеть.
Концентратор— это устройство, которое позволяет соединять в сеть компьютеры по схеме звезда. На принципиальной схеме концентратор располагается в центре звезды, а к нему подключаются все компьютеры, компьютеры как бы концентрируются в этом устройстве – отсюда и название.
Каждый компьютер может быть соединен с концентратором кабелем длиной до 200 м. Если расстояние, на котором находится компьютер от концентратора, больше 200 м, то необходимо подключить дополнительный концентратор. Концентраторы могут соединяться между собой прямым кабелем или через другое устройство — коммутатор.
Коммутатор— это устройство для подключения концентраторов с целью создания разветвленной сети с множеством сегментов. При помощи коммутатора можно создать сеть, состоящую из нескольких простых "звезд".
При помощи комбинации коммутатора и концентраторов можно строить сети любой сложности и конфигурации.
Если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо,такая топология носит название кольца. В сети Token Ring (с передачей маркера) компьютеры образуют логическое кольцо. Сигнал, или маркер, циркулирует по кольцу (в направлении движения часовой стрелки), проходя через каждый компьютер. Компьютер получает свободный маркер и передает данные по сети. Принимающий компьютер копирует данные и отмечает их как принятые. Затем данные продолжают циркулировать по сети к передающему компьютеру, который удаляет их из сети и возвращает свободный маркер.
Для работы реальной сети требуется, чтобы каждый компьютер имел сетевую плату.Сетевая плата вставляется в свободный разъем расширения на системной плате компьютера. К сетевой плате через специальный разъем подключается кабель. Кроме сетевых плат используется и другое сетевое оборудование — концентраторы, коммутаторы, принт-серверы и другие устройства.
Топология сети обуславливает ее характеристики.В частности, выбор той или иной топологии влияет:
- на состав необходимого сетевого оборудования;
- характеристики сетевого оборудования;
- возможности расширения сети;
- способ управления сетью.
Если усвоить, как использовать различные топологии, то можно понять, какими возможностями обладают различные типы сетей.
Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий. Рассмотрим подробно каждую из топологий.
3. Сеть с топологией «шина»
Топологию “шина”часто называют “линейной шиной”(linear bus). Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все компьютеры сети.
Наибольшее распространение получили сети с так называемой древовидной структуройи с топологией под названием "общая шина".Любая из машин, включенных в такую сеть, может стать сервером, кроме того, возможно практически неограниченное расширение сети - подключение новых пользователей не влечет за собой изменения конфигурации.
В сети с топологией “шина” компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов. Чтобы понять процесс взаимодействия компьютеров по шине, нужно знать следующие понятия: передача сигнала; отражение сигнала; терминатор.
Передача сигналазаключается в том, что 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 — пассивнаятопология. 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 активныхтопологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.
Отражениесигнала заключается в том,что 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.
Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают 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— концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.
При нарушении целостности сетиразрыв 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.
Увеличение участка, охватываемого сетью, вызывает необходимость ее расширения. В сети с топологией “шина” кабель обычно удлиняется двумяспособами. Для соединения двух отрезков кабеля можно воспользоваться баррел-коннектором(barrel connector). Но злоупотреблять ими не стоит, так как сигнал при этом ослабевает.
Лучше купить один длинный кабель, чем соединять несколько коротких отрезков. При большом количестве “стыковок” нередко происходит искажение сигнала.
Для соединения двух отрезков кабеля служит репитер(repeater). В отличие от коннектора, он усиливаетсигнал перед передачей его в следующий сегмент. Поэтому предпочтительнее использовать репитер, чем баррел-коннектор или даже один длинный кабель: сигналы на большие расстояния пойдут без искажений.
4. Сеть с топологией «Звезда»
При топологии “звезда” все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором(hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.
В сетях с топологией “звезда” подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованны. Но есть и недостаток:так как все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети. А 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. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.
Необходимо отметить, что в сетях с топологией “звезда” центральным узлом служит концентратор.
Существует три вида концентраторов: активные(active) концентраторы, пассивные(passive) концентраторы, гибридные(hybrid) концентраторы.
Активные концентраторырегенерируют и передают сигналы так же, как это делают репитеры. Иногда их называют многопортовыми репитерами — они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров.
Пассивные концентраторы–э то чаще всего монтажные панели или коммутирующие блоки. Они просто пропускают через себя сигнал как узлы коммутации, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные концентраторы не надо подключать к источнику питания.
Гибридными концентратораминазываются концентраторы, к которым можно подключать кабели различных типов.
Сети, построенные на концентраторах, легко расширить, если подключить дополнительные концентраторы.
Преимуществаиспользования концентраторов заключаются в следующем:
1. Разрыв кабеля в сети с обычной топологией “линейная шина” приведет к “падению” всей сети. Между тем разрыв кабеля, подключенного к концентратору, нарушит работу только данного сегмента. Остальные сегменты останутся работоспособными.
2. Простота изменения или расширения сети: достаточно просто подключить еще один компьютер или концентратор;
3. Использование различных портов для подключения кабелей разных типов, централизованный контроль за работой сети и сетевым трафиком: во многих сетях активные концентраторы наделены диагностическими возможностями, позволяющими определить работоспособность соединения.
5. Сеть с топологией «Кольцо».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 компьютервыступает в роли репитера, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру.
Один из принципов передачи данных в кольцевой сети носит название передачи маркера. Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который “хочет” передать данные. Передающий компьютер изменяет маркер, помещает электронный адрес в данные и посылает их по кольцу.
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 приема данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.
Кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается практически со скоростью света. В кольце диаметром 200 м маркер может циркулировать с частотой 10000 оборотов в секунду.
Основным недостаткомсетей с кольцевой топологией, когда все ЭВМ связаны последовательно в кольцо и любая из них может стать сервером, является сложность включения в сеть новых пользователей.
6. Комбинированные топологии.В настоящее время часто используются топологии, которые комбинируют компоновку сети по принципу шины, звезды и кольца. Рассмотрим некоторые из них.
Звезда-шина(star-bus) — это комбинация топологий “шина” и “звезда”. Чаще всего это выглядит так: несколько сетей с топологией “звезда” объединяются при помощи магистральной линейной шины.
В этом случае выход из строя одного компьютера не оказывает никакого влияния на сеть — остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. А выход из строя концентратора повлечет за собой остановку подключенных к нему компьютеров и концентраторов.
Звезда-кольцо(star-ring) кажется несколько похожей на звезду-шину. И в той, и в другой топологии компьютеры подключены к концентратору, который фактически и формирует кольцо или шину. Отличие в том, что концентраторы в звезде-шине соединены магистральной линейной шиной, а в звезде-кольце на основе главного концентратора они образуют звезду.
Выбор топологиипроисходит при учете множества факторов для каждой конкретной ситуации.
