7.1. Топология сетей

Все современные локальные сети делятся на два вида: одноранговые и с централизованным управлением.

В одноранговой сети все компьютеры равноправны – каждый из компьютеров может быть и сервером, и клиентом. Пользователь каждого из компьютеров сам решает, какие ресурсы будут предоставлены в общее пользование и кому. Компьютеры в одноранговых сетях организуются в рабочие группы. Данный способ организации сети подходит к сетям малых офисов (от 2 до 10 компьютеров), и совсем не подходит для организации большой корпоративной сети, так как в такой сети обычно нет лица, ответственного за настройку и поддержку политики безопасности сети – администратора, что присутствует в локальной сети с централизованным управлением.

Термин "топология сети" характеризует тип и способ соединения компьютеров в сети, т.е. топология сети - это физическая структура сети.

Топология сети обуславливает ее технические характеристики. В частности выбор той или иной топологии влияет на:

- состав необходимого сетевого оборудования и его характеристики;

- возможность расширения сети и ее надежность;

- способ управления сетью.

Существуют три основных топологии сети: "шина", "звезда" и "кольцо".

"Шина" (магистраль) - это последовательное соединение рабочих станций. Данная топология относится к наиболее простым и широко распространенным топологиям. В ней используется один сетевой кабель, именуемый магистралью или сегментом, вдоль которого подключены все ПК сети (рис. 7.1).

Рис. 7.1. Магистральное соединение ПК

При передаче пакетов данных каждый компьютер адресует его к конкретному компьютеру сети, передавая его по сетевому кабелю в виде электрических сигналов. Пакет, в виде электрических сигналов передается по шине в обоих направлениях всем компьютерам сети. Однако информацию принимает только тот адрес, который соответствует адресу получателя, указанному в заголовке пакета. Так как в каждый момент времени в сети может вести передачу только один ПК, то производительность сети зависит от количества ПК, подключенных к шине. Чем их больше, тем больше ожидающих передачи данных, тем ниже производительность сети.

Однако нельзя указать прямую зависимость пропускной способности сети от количества ПК, так как на нее также влияют:

- характеристики аппаратного обеспечения ПК сети;

- частота, с которой передают сообщения ПК;

- тип работающих сетевых приложений;

- тип кабеля и расстояние между ПК в сети.

«Шина» является пассивной топологией. 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 всей сети.

Данную топологию целесообразно применять только в небольших локальных сетях.

При топологии "звезда" каждая рабочая станция подсоединена непосредственно к центральному компоненту - концентратору, а станции не имеют непосредственной связи друг с другом. Пакеты данных от каждого компьютера направляются к концентратору, а он переправляет пакеты к месту назначения (рис. 7.2).

Основное достоинство этой топологии в том, что если поврежден какой-либо ПК или отдельное соединение между ПК и концентратором, вся сеть остается работоспособной. Положительным является и то, что подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованно, а также просто конфигурировать сеть при добавлении новых ПК.

Рис. 7.2. Соединение ПК по топологии «звезда»

Как недостатки организации такой топологии следует отметить следующее: все ПК подключены к центральной точке, то для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля, и если поврежденным оказался сам концентратор, то нарушится работа всей сети.

Известен еще один вид топологии «кольцо», в которой рабочие станции соединены кабелем в кольцо. В наше время, топология "кольцо" применяется довольно редко (рис. 7.3).

Рис. 7.3. Соединение ПК по топологии «кольцо»

Кольцевая топология впервые была реализована в простых локальных одноранговых сетях. Каждая рабочая станция соединялась с двумя ближайшими соседями. Общая схема соединения напоминала замкнутое кольцо. Данные передавались только в одном направлении. Каждая рабочая станция работала как ретранслятор, принимая и отвечая на адресованные ей пакеты и передавая остальные пакеты следующей рабочей станции, расположенной "ниже по течению". В первоначальном варианте кольцевой топологии локальных сетей использовалось одноранговое соединение между рабочими станциями. Поскольку соединения такого типа имели форму кольца, они назывались замкнутыми. Преимуществом локальных сетей этого типа является предсказуемое время передачи пакета адресату. Чем больше устройств подключено к кольцу, тем дольше интервал задержки. Недостаток кольцевой топологии в том, что при выходе из строя одной рабочей станции прекращает функционировать вся сеть.

На сегодняшний день основные топологии сетей почти не используются, так как возможность расширения сетей основных топологий чрезвычайно ограничена. Гораздо выгодней комбинировать основные топологические решения и их сегменты, создавая, таким образом, сложные топологии.

Одними из разновидностей сложных топологий являются иерархические топологии. Иерархические топологии предполагают использование более чем одного уровня концентраторов. Каждый уровень выполняет отдельную сетевую функцию. На нижний уровень концентраторов возлагается задача обработки запросов на соединение между рабочими станциями и серверами. Более высокие уровни агрегируют низшие. Иерархическое упорядочение оптимальным образом подходит для локальных сетей среднего и большого размера при условии, что предполагается их дальнейшее расширение и повышение интенсивности трафика. Иерархическая топология представляет собой комбинацию различных топологий. В комбинированной иерархической топологии магистраль, поддерживающая асинхронный режим передачи (Asynchronous Transfer Mode - ATM), используется для соединения пользовательских концентраторов.