Топологии компьютерных сетей

Топология представляет физическое расположение сетевых компонентов (компьютеров, кабелей и др.). Выбором топологии определяется состав сетевого оборудования, возможности расширения сети, способ управления сетью.

Существуют следующие топологии компьютерных сетей [12]:

• шинные (линейные, bus);

• кольцевые (петлевые, ring);

• радиальные (звездообразные, star);

• смешанные (гибридные).

Практически все сети строятся на основе трех базовых топологий: топологии «шина», «звезда» и «кольцо». Базовые топологии достаточно просты, однако на практике часто встречаются довольно сложные комбинации, сочетающие свойства и характеристики нескольких топологий.

В топологии «шина», или «линейная шина» (linear bus), используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом, к которому подключены все компьютеры сети (рисунок 2). Эта топология является наиболее простой и распространенной реализацией сети.

Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, производительность сети зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, тем медленнее сеть.

Зависимость пропускной способности сети от количества компьютеров в ней не является прямой, так как, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество других факторов: тип аппаратного обеспечения, частота передачи данных, тип сетевых приложений, тип сетевого кабеля, расстояние между компьютерами в сети.

Рисунок 2 - Сеть с шинной топологией

«Шина» является пассивной топологией — компьютеры только «слушают» передаваемые но сети данные, но не передают их от отправителя к получателю. Выход из строя какого-либо компьютера не оказывает влияния на работу всей сети. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы с последующей передачей их по сети.

Основой последовательной сети с радиальной топологией (топологией «звезда») является специальный компьютер — сервер, к которому подключаются рабочие станции, каждая по своей линии связи. Вся информация передается через сервер, в задачи которого входит ретрансляция, переключение и маршрутизация информационных потоков в сети (рисунок 3). Такая сеть является аналогом системы телеобработки, в которой все абонентские пункты содержат в своем составе компьютер.

Рисунок 3 - Сеть с топологией «звезда».

Недостатками такой сети являются: высокие требования к вычислительным ресурсам центральной аппаратуры, потеря работоспособности сети при отказе центральной аппаратурою, большая протяженность линий связи, отсутствие гибкости в выборе пути передачи информации. Если выйдет из строя рабочая станция (или кабель, соединяющий ее с концентратором), то лишь эта станция не сможет передавать или принимать данные посети. На остальные рабочие станции в сети этот сбой не повлияет.

При использовании топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо (рисунок 4).

Рисунок 4-Сеть с кольцевой топологией

Сигналы передаются в одном направлении и проходят через каждый компьютер. Каждый компьютер является повторителем, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

Способ передачи данных по кольцевой сети называется передачей маркера. Маркер последовательно, от компьютера к компьютеру, передается до тех пор, пока его не получит тот компьютер, который должен передать данные, Передающий компьютер добавляет к маркеру данные и адрес получателя и отправляет его дальше по кольцу. Данные передаются через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя. Далее принимающий компьютер посылает передающему сообщение — подтверждение о приеме данных. Получив сообщение — подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.

Топология полносвязной вычислительной сети представлена на рисунок 5.

Рисунок 5 - Полносвязная вычислительная сеть (УК — устройство коммутации)

Вструктуре такой сети можно выделить коммуникационную и абонентскую подсети. Коммуникационная подсеть — это ядро вычислительной сети, которое связывает рабочие станции и серверы сети друг с другом. Звенья абонентской подсети (серверы, рабочие станции) подключаются к узлам коммутации абонентскими каналами связи.