Топология локальных сетей.

Под топологией компьютерной сети понимают взаимное расположение компьютеров в сети друг относительно друга и способ соединения их линий связи, в которых можно легко проследить структуру связи. В глобальных сетях структура связи обычно скрыта от пользователя, каждая передача данных между двумя рабочими станциями может производиться по своему собственному маршруту.

Топологией сети определяются требования к оборудованию, тип используемого кабеля, возможные методы управления обменом информацией, надежность работы и возможность работы расширения сетей.

Существуют три основных топологии сети:

• Шина, при которой все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи и информация от одного компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам сети.

• Кольцо, при котором каждый компьютер передает информацию только одному компьютеру, следующему за ним в цепочке, а принимает только от предыдущего в цепочке, при чем эта цепочка замкнута в кольцо.

• Звезда, при которой к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою линию связи.

На практике используются и комбинации этих топологий, хотя большинство локальных сетей ориентированно на одну из этих трех топологий.

Топология шины своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования рабочих станций и равноправие всех абонентов. Поскольку в этой топологии имеется лишь одна линия связи, то все компьютеры могут передавать информацию только по очереди. В противном случае передаваемая информация будет искажена в результате наложения сигналов друг на друга – конфликт или коллизия. Таким образом, в сетях с топологией общей шины реализуется режим полудуплексного обмена. В шинной топологии отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, что повышает надежность сети. Добавление новых абонентов производится достаточно просто и, как правило, возможно во время работы сети. Обычно при использовании шинной топологии требуется минимальное по сравнению с другими топологиями количество соединительного кабеля. Разрешение возможных конфликтов ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента, поэтому сетевая аппаратура при использовании шинной топологии несколько сложнее, по сравнению с остальными. Выход из строя отдельных компонентов не сказывается на работоспособности сети. Однако при обрыве кабеля сеть окажется неработоспособной, а не распадется на независимые шины. Это связано с тем, что из-за особенностей распределения электрических сигналов по линиям связи необходимо предусмотреть включение не концах шины специальных согласующих устройств, называемых терминаторами, при отсутствии которых сигнал отражается от конца линии связи, искажается, а связь становится невозможной. Кроме того, любой отказ оборудования в общей шине очень трудно локализовать, так как все сетевые адаптеры подключены параллельно. При прохождении по лини связи в сети с шинной топологией, информационные сигналы ослабляются, что накладывает определенные ограничения на суммарную длину линий связи. Кроме того, абонент может получать сигналы различных уровней, зависящих от расстояния до передающего абонента. Для увеличения протяженности сети с шинной топологией используют несколько сегментов (так же с шинной топологией), объединенных между собой при помощи специальных восстановителей сигналов: регистров или повторителей. Вместе с тем, подобное увеличение протяженности сети встречает ограничения, связанные с ограниченной скоростью распределения сигналов по кабелю.

Топология звезда является топологией с явно выделенным центром, к которому подключаются его остальные абоненты. Весь обмен информацией производится через центрального абонента, который, как правило, ничем, кроме управления обменом, не занимается. Конфликты в сети с топологией звезда невозможны, так как управление обменом централизовано. Выход из строя любой периферийной рабочей станции никак не сказывается на работоспособности остальной части сети, но отказ центрального компьютера приводит к полной неработоспособности сети. У звезды, в отличие от шины, как каждой линии связи находятся два абонента, для соединения которых используются две линии связи, каждая из которых передает информацию лишь в одном направлении, что упрощает сетевое оборудование и позволяет отказаться от использования терминаторов. Недостатки звезды – жестокие ограничения на количество абонентов и большой расход кабеля. Как правило, центральный компьютер может обслуживать не более 8 или 16 периферийных компьютеров. Для решения проблемы огромного количества абонентов сети возможно подключение вместо одного из периферийных абонентов другого центрального абонента, в результате чего получается топология из нескольких объединенных между собой звезд. Такая топология называется активной или истинной звездой. Существует внешне похожая на активную звезду топология – пассивная звезда. В центре нее не центральный компьютер, а концентратор или хаб, который выполняет те же функции, что и репитер, то есть восстанавливает приходящие сигналы и направляет их в другие линии связи. Хотя схема прокладки кабеля в этом случае аналогична активной звезде, фактически это шинная топология, так как сигнал от каждого абонента передается всем остальным, а центрального компьютера не существует. По мере развития сетей пассивная звезда практически полностью вытеснила активную. Топология пассивной звезды используется в Ethernet. Проблема затухания сигнала в звезде решается проще, чем в сети с шинной топологией, так как каждый приемник получает сигналы только одного уровня. Достоинством топологии звезда является то, что все точки подключения к сети находятся в одном месте. Это существенно облегчает контроль работы сети, локализацию неисправностей и ограничение доступа к точкам подключения.

При кольцевой топологии каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими, точнее, от одного он только получает информацию, а другому только передает. Таким образом, на каждой линии связи присутствует только один приемник и передатчик. Такая схема соединения компьютеров позволяет, как и в случае звезды, отказаться от применения внешних терминаторов. Существенной особенностью кольца является то, что каждый компьютер ретранслирует приходящий к нему сигнал. Поэтому затухание сигналов по всему кольцу как таковое не происходит, и имеет значение только затухание сигнала между двумя компьютерами сети (соседними). Четко выделенного центра в сети с кольцевой топологией не существует. Все компьютеры могут быть равноправны. Однако, обычно в кольце выделяется специальный абонент, который контролирует, или управляет обменом информацией. Тем не менее, наличие такого абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сказывается на работоспособности всей сети. Компьютеры в сети с кольцом не являются полностью равноправными, так как одни из них получают информацию от ведущего передачу компьютера раньше, чем другие. На этой особенности кольца строятся методы управления обменом, специально рассчитанные на данную топологию. Как правило, согласно подобным методом, право на осуществление передачи данных переходит последовательно к следующему по кольцу компьютеру. Подключение новых абонентов в сеть с кольцом производится просто, но требует при этом остановки работы сети при подключении нового абонента. Общее количество абонентов, как и в случае с шинной топологией, может быть довольно большим. Кольцо наиболее устойчиво к перегрузкам, обеспечивает стабильную работу с большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней отсутствуют конфликты и центральные абоненты. Сигнал в кольце проходит через все компьютеры в сети, поэтому выход из строя хотя бы одного из них нарушает работу всей сети, точно так же, как и любой обрыв кабеля или замыкание в нем. Из-за уязвимости сети с кольцом к повреждениям кабеля, часто предусматривают прокладку двух или более параллельных линий связи, одна или несколько из которых находятся в резерве. Ретрансляция сигналов всем абонентам позволяет существенно увеличить размеры всей сети. Кольцо в отношении протяженности сети существенно превосходит другие топологии. С другой стороны, необходимость подвода к каждому компьютеру двух кабелей в некоторых случаях может оказаться недостатком кольца. Иногда кольцо выполняется на основе двух кольцевых линий связи, передающих информацию в противоположных направлениях. Цель такого решения – увеличение пропускной способности сети.