Кабели и топологии

Большинство сетей созданы с использованием медных кабелей, применяющих обычный электрический ток для передачи сигналов. Изначально большинство сетей состояли из компьютеров, соединенных коаксиальным кабелем, но в итоге прокладка кабеля типа "витая пара", используемого в телефонных системах, стала наиболее популярной и здесь. Еще один альтернативный тип кабеля - оптоволоконный кабель, не использующий электрические сигналы, при прохождении по нему двоичная информация кодируется импульсами света. Также существует виды сетевых решений, в принципе не использующие кабели, и, соответственно, передающие сигналы по так называемым неограниченным средам: радиоволны, инфракрасные волны и излучение микроволнового диапазона.

К основным характеристикам линий связи относятся такие показатели как: амплитудно-частотная характеристика, полоса пропускания, затухание, помехоустойчивость, перекрестные наводки на ближнем конце линии, пропускная способность, достоверность передачи данных, удельная стоимость.

Различные способы конфигурации соединения кабелей для объединения компьютеров в ЛВС называются топологиями. Они зависят от типа употребляемого кабеля и поддерживаемого протокола. Наиболее распространены следующие топологии.

В сети с топологией «шина» компьютеры расположены на одной линии, при этом каждая система последовательно соединена кабелем со следующей системой (рис. 1). Все сигналы, передаваемые любым компьютером в сеть, идут по шине в обоих направлениях ко всем остальным компьютерам. Два конца шины должны быть «закрыты» при помощи электрических сопротивлений, обнуляющих напряжения, приходящие на эти концы, для того, чтобы сигналы не отражались и не уходили в обратном направлении. В зависимости от типа используемого кабеля различают «толстый» (Thin) и «тонкий» (Thick) Ethernet. В сетях типа «толстый» Ethernet компьютеры подключаются к общему коаксиальному кабелю с помощью кабелей меньшего размера, называемых кабелями AUI или трансиверами (см. верхнюю часть рис. 1). В сети типа «тонкий» Ethernet компьютеры связаны друг с другом отдельными отрезками коаксиального кабеля меньшей толщины (см. нижнюю часть рис. 1). Основной недостаток шинной топологии состоит в том, что, дефект кабеля в любом месте его протяженности делит сеть на две части, не способные общаться между собой.

Рис. 1. Варианты соединения компьютеров в сети с топологией «шина»

Топология «звезда» использует отдельный кабель для каждого компьютера, проложенный от центрального устройства, называемого хабом (Hub) или концентратором (рис 2). Концентратор транслирует сигналы, поступающие на любой из его портов, на все остальные порты; в результате чего сигналы, посылаемые одним узлом, достигают остальных компьютеров. Сеть на основе «звезды» более устойчива к повреждениям, нежели сеть на базе шинной архитектуры, так как повреждение кабеля затрагивает непосредственно только тот компьютер, к которому он подсоединен, а не всю сеть.

Рис. 2. Варианты соединения компьютеров в сети с топологией «звезда»

Иерархическая звезда. Может показаться, что размер сети Ethernet с топологией «звезда» ограничен количеством портов в концентраторе. Но, когда сеть достигнет этого предела, ее можно расширить, добавив второй концентратор, а иногда и третий, и четвертый. Так создается сеть с топологией «иерархическая звезда», которую иногда называют также сетью сдревовидной структурой.

Топология «кольцо» (Ring) функционально эквивалентна шине, у которой концы соединены друг с другом; таким образом, сигналы передаются от одного компьютера к другому, двигаясь по кругу. Однако коммуникационное кольцо - это только логическая абстракция, а не физическая конструкция. Фактически сеть представляет собой звезду, но при этом специальный концентратор (MAU) реализует логическое кольцо путем пересылки входящего сигнала только через следующий нисходящий порт (рис. 3). Каждый компьютер, получив входящий сигнал, обрабатывает его (если это необходимо) и посылает обратно концентратору для передачи следующей рабочей станции в сети. В соответствии с данным принципом работы, система, передающая сигнал в сеть, должна также удалить его после того, как он обошел все кольцо полностью. Использование физической топологии «звезда» в сети с топологией «кольцо» обеспечивает функционирование сети даже в случае повреждения кабеля или разъема. С помощью специальной схемы модуль множественного доступа просто исключает неисправную рабочую станцию из кольца, сохраняя его логическую топологию.

Рис. 3. Варианты соединения компьютеров в сети с топологией «кольцо»

«Ячеистая топология» компьютерных сетей существует скорее в виде теоретической концепции, чем в виде практической реализации. В сети с ячеистой топологией все компьютеры связаны друг с другом отдельными соединениями (рис. 4). В реальности эта топология реализована пока только в сетях с двумя узлами. При увеличении количества компьютеров в сети каждый из них пришлось бы оборудовать сетевыми интерфейсами по числу остальных компьютеров. С другой стороны, сеть с ячеистой топологией обладает безупречной отказоустойчивостью: любая неисправность в ней сказывается на работоспособности только одного компьютера.

Рис. 4. Варианты соединения компьютеров в сети с «ячеистой топологией»

А вот в глобальных сетях ячеистая топология уже используется. В ячеистой интерсети благодаря использованию избыточных маршрутизаторов данные могут добраться от одной системы к другой несколькими путями (рис. 5). Эта топология часто применяется в крупных корпоративных сетях, поскольку она защищает их от неисправностей маршрутизаторов (Router), концентраторов, кабелей и др. Чаще всего, когда говорят о ячеистой топологии, имеют в виду именно такое ее применение.