10.1.3. Базові топології мереж

     Топологія мереж описує фізичне розташування мережевого середовища передачі та приєднаних пристроїв. Топології описують компонування мережі та дають можливість порівнювати різні мережі.

     Вибір конкретної топології впливає на склад мережевого обладнання, можливості розширення мережі та надійність, а також методи управління мережею.

     Існує велика кількість варіантів мережевих топологій. Визначимо найбільш популярні з них.

     Всі можливі варіанти з’єднань зводяться до комбінації класичних варіантів (рис.1).

Рис.1. Класифікація топологій мереж

     Сітка. Мережа, побудована за топологією сітки, має безпосередні зв’язки між всіма вузлами в мережі. Наприклад, на рис. 2 абонент 1 має безпосередні зв’язки з абонентами 2, 3 та 4. Аналогічно й інші. У випадку топології “сітка” необхідний інтерфейс для кожного пристрою в мережі. Використовується принцип з’єднання “кожного з кожним”.

Рис.2 . Мережа, побудована за топологією сітки

     Недоліком буде те, що значна частина зв’язків більшу частину часу буде простоювати. Крім того, якщо врахувати загальну довжину з’єднань при даній топології, то можна зазначити, що вартість її значно підвищується.

     Перевагою даної топології є гарантія мінімальної затримки при передачі, тому що буде велика кількість шляхів до кінцевого пункту. У випадку зайнятості або виходу з ладу одного з каналів є додаткові можливі варіанти для передачі даних між абонентами мережі.

     Але частіше недоліки перебільшують переваги, тому ця топологія використувується дуже рідко. Часткові випадки використання даної топології можна пов’язувати з використанням її на стратегічних об’єктах, де питання надійності зв’язку ставиться на перше місце. Частіше така топологія спрощується до 1-2 резервних каналів зв’язку.

     Зірка (star) . Дана топологія наслідувалася з великих ЕОМ, де головна машина отримує та обробляє всі дані з периферійних пристроїв. Цей принцип застосовується у системах передачі даних (електронна пошта мережі RelCom), де вся інформація між абонентами мережі обов’язково проходить через центральний вузол мережі.

У зіркоподібних топологіях мереж (рис.3) кожне робоче місце абонента мережі з'єднане з центральною точкою шляхом прямих сполучень між двома вузлами.

Рис. 3. Мережа, побудована за топологією сітки

     Ці центральні точки інколи називають мультиплексорами, багатопортовими повторювачами, концентраторами або репітерами. Інформація, що посилається з робочого місця абонента мережі в зірці, завжди передусім проходить через мультиплексор, звідки вона може бути спрямована по одній або більше гілках.

     Мультиплексори звичайно генерують сигнали і виконують інтелектуальні операції, наприклад включення обхідного зв'язку у випадку пошкодження основного зв'язку.

     Пропускна здатність мережі визначається потужністю вузлів. Колізій (зіткнень) даних не виникає.

     Управління роботою мережі відбувається з сервера. Тому при підключенні нових робочих станцій мережу легко конфігурувати.

     Слід зазначити, що дана топологія є однією з найбільш швидких. Крім усього, при такому з’єднанні мережа дуже стійка до пошкоджень. При виході з ладу одного робочого місця мережа продовжує працювати, відключається тільки один комп’ютер.

     Оскільки вся інформація у зіркоподібній мережі проходить через центральну точку, то в зіркоподібних мережах може бути відносно просто виконувати пошук пошкоджень. Пошкодження кабелю є проблемою однієї робочої станції. Також сильний захист доступу.

     Просто виконується і доповнення новими станціями. Однак залежно від розташування мультиплексора зіркоподібні мережі вимагають більшої кількості кабелю, ніж інші топології. Крім того, пошкодження мультиплексора може вимкнути значну частину мережі. Прикладом мережі з зіркоподібною топологією може служити телефонна мережа.

     Різновиди послідовних з’єднань: просте, кільце та шина.

     Просте послідовне з’єднання. При простому послідовному з’єднанні (рис.4) інформація передається послідовно з одного комп’ютера до другого та в зворотньому порядку.

Рис.4. Просте послідовне з’єднання

     Суттєвий недолік даної топології полягає в тому, що при виході з ладу хоча б одного комп’ютера вся мережа перестає функціонувати. Тому така топологія майже не використовується.

     Кільце (ring). Кільцева топологія (рис.5) - це замкнутий цикл вузлів, що з’єднані. Оскільки кожна станція регенерує сигнал, деградація при такій топології мінімальна – передача інформаційного потоку найвища.

Рис. 5. Мережа побудована за кільцевою топологією

     Прокладка кабелів від однієї робочої станції може бути дуже дорогою і складною, якщо географічне розташування робочих станцій далеко від форми кільця.

     Повідомлення циркулюють регулярно по колу. Робочі станції посилають на кінцеву адресу інформацію, попередньо отримавши з кільця запит. Пересилка повідомлень дуже ефективна, тому що більшість повідомлень можна відправляти одне за одним або зробити запит по колу на всі станції.

     До недоліків слід віднести:

• час передачі, який збільшується прямо пропорційно кількості клієнтів;

• участь кожної робочої станції у передачі інформації, у випадку виходу з ладу хоча б однієї паралізується вся мережа;

• необхідність вимкнення всієї мережі при підключенні нових робочих станцій;

• можливість перехвату інформації за рахунок того, що дані проходять через кожну робочу станцію.

     Обмежень на довжину мережі не існує.

     Кільцеві топології достаньо поширені. Вони мають одні з найкращих швидкісних характеристик.

     Шинна (bus) топологія має лінійне середовище передачі даних, в якому всі вузли приєднані до шини шляхом відносно коротких з’єднань (рис.6).

Рис.6. Мережа, побудована за шинною топологією

     Довжина кабелю між робочими станціями не повинна бути меншою, ніж 0,5 м. Максимальна довжина сегменту – 186 м.

     Обмін інформацією при такому з’єднанні проводиться між довільними комп’ютерами мережі. При пошкодженні зв’язку одного комп’ютера з шиною мережа продовжує працювати, при пошкодженні шини виходить з ладу. Шину іноді називають магістраллюабо сегментом.

     При шинній топології необхідно передбачити абсорбцію (поглинання) сигналу, інакше він буде відбиватися від кінців кабелю, викликаючи відлу н н я .

     Для запобігання відбиття сигналу шина термінується з обох кінців приладами, які поглинають сигнал. Такі прилади називають термінаторами (поглинаючими резисторами).

     Інформація передається конкретній робочій станції по мережевому кабелю в обох напрямках. Приймає її тільки та робоча станція, якій вона адресована. В цей час всі інші станції чекають звільнення каналу зв’язку. Чим більше станцій, підключених до мережі, тим менша пропускна здатність мережі. На роботу мережі впливають й інші фактори: апаратне забезпечення, кількість повідомлень, що передаються, програми, які функціонують у мережі, відстань між робочими станціями, характеристики кабелю.

     Переваги. Шинна топологія використовує мінімальну кількість кабелю, оскільки середовище може бути оптимальним чином підведене до кожного мережевого вузла, робочі станції можуть бути включені або виключені, не вимагається відключення всієї мережі при підключенні нових робочих станцій.

     Недоліки. При обриві кабел ю виходить з ладу вся мережа від місця обриву. На від міну від зірки , шина не має центральної точки розподілу, тому, як правило, її важко обслуговувати.

* Якщо в мережі відбувається пряма (немодульована) передача інформації, то станція, яка передає дані , може бути тільки одна. Тоді для запобігання колізій у більшості випадків використовується метод розподілу в часі. За даним методом для кожної підключеної станції визначені моменти часу, коли їм надається виключне право на використання каналу передачі даних.

Якщо використовується широкополосна передача даних, то робочі станції отримують у мір у необхідності частоту, на якій вони можуть відправляти та отримувати повідомлення. Відповідно до цього між робочими станціями та середовищем передачі даних встановлюються модеми.

     Гібридна топологія (деревовидна, комбінована). Гібридні мережі використовують різноманітні типи мережевих технологій. Наприклад , глобальні мережі часто використовують зв’язки “точка до точки” для сполучення віддалених кілець або зірок. Гібридна топологія стає все більш популярною у міру того, як утворюються через з’єднання ЛОМ мережі підприємств і глобальні мережі.

     Вважається, що гібридна топологія застосовується там, де неможливе безпосереднє використання базових топологій у чистому вигляді. Існують різноманітні рішення, що комбінують базові топології, при цьому активно використовуються концентратори.Наприклад, можна утворити робочу групу без сервера, при цьому використати топологію “зірка” (рис.7.).

Рис.7. Робоча група без сервера

     Комбінацію топологій можна отримати при об’єднанні декількох робочих груп (рис.8).

Рис.8. Об’єднання робочих груп топологією “шина-зірка”

     Локальна мережа невеликого офісу (рис.9) може складатися з декількох робочих станцій, одного файл-сервера, мережевого принтера. Файл-сервер може виконувати функції серверу додатків а також комунікаційного серверу.

Рис.9. Приклад локальної мережі невеликого офісу.