Л 03 Сети

Лекция № 3

Тема: «Типовые топологии ЛВС»

Цель: изучить основные топологии, которые используются при построении сети, их достоинства и недостатки.

План

Введение

1. Шинная топология
2. Топология типа звезда
3. Кольцевая топология
4. Смешанные топологии

Введение

При построении сети сначала необходимо выбрать способ организации физиче­ских связей, т. е. топологию. Под топологией понимается конфигурация графа, вершинами (или узлами) которого являются компьютеры сети или другое сете­вое оборудование (например, концентраторы), а ребрами — физические связки между ними.

1. Шинная топология

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредст­венно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети.

Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование вы­числительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель. Выключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вызывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание системы.

Существуют пассивные штепсельные коробки, через которые можно отключать и/или включать рабочие станции во время работы вычислительной сети.

Благодаря тому, что рабочие станции можно включать без прерывания сете­вых процессов и коммуникационной среды, очень легко прослушивать ин­формацию, т. е. ответвлять ее из коммуникационной среды. В ЛВС с прямой (немодулируемой) передачей информации всегда может существовать только одна передающая информацию станция. Для предотвращения коллизий (столкновений данных) в большинстве случаев применяется временной метод разделения, согласно которому для каждой подключенной рабочей станции в определенные моменты времени предоставляется исключительно на использование канала передачи данных. Поэтому требования к пропускной способности вычислительной сети при повышенной нагрузке снижаются, например, при вводе новых рабочих станций. Рабочие станции присоединяются к шине посредством устройств ТАР (точка подключения терминала). ТАР представляет собой специальный тип подсоединения к коаксиальному кабелю. Зонд игольчатой формы внедряется через наружную оболочку внешнего проводника и слой диэлектрика к внутреннему проводнику и присоединяется к нему. ТАР имеет «народное» название — «Зуб вампира». В ЛВС с модулированной широкополосной передачей информации различные  рабочие станции получают, по мере надобности, частоту, на которой они могут отправлять и получать информацию. Пересылаемые данные модулируются на соответствующих несущих частотах, т. е. между средой передачи информации и рабочими станциями находятся, соответственно, модемы  дня модуляции и демодуляции. Техника широкополосных, сообщений позволяет одновременно транспортировать в коммуникационной среде довольно большой объем информации. Для дальнейшего развития дискретной транспортировки данных не играет роли, какая первоначальная информация подана в модем (аналоговая или цифровая), так как в дальнейшем она все равно будет преобразована.

2. Топология типа звезда

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших   ЭВМ,  в которой головной компьютер получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RFLCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел вычислительной сети.  Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется  для каждой рабочей станции. Коллизий не возникает. Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел  географически расположен не в центре топологии. При расширении  вычислительных сетей нельзя использовать ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из  центра сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий  вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями  проходит через центральный узел по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Данная топология сети характеризуется сравнительно невысокой частотой запросов на передачу информации от одной станции к другой.

Производительность вычислительной сети с топологией типа звезда определяется мощностью ее центрального узла, который выполняет функции сервера. Он может быть узким местом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети.

Преимуществом такой топологии сети является возможность реализовать оп­тимальный механизм защиты информации, хранящейся на сервере, от не­санкционированного доступа. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра.

3. Кольцевая топология

При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т. е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабо­чей станцией 4 и т. д. Последняя рабочая станция связана с первой. Комму­никационная связь замыкается в кольцо.

Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть до­вольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).

Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно организовать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.

Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неис­правности в кабельных соединениях локализуются легко.

Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограни­чения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.

Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub — кон­центратор), которые по-русски также иногда называют «хаб». В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями, применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы допол­нительно содержат усилитель для подключения от 4 до 32 рабочих станций. Пассивный концентратор выполняет исключительно функции разветвителя (максимум на 3 рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которо­му передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к са­мому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работ всей сети.

4. Смешанные топологии

Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, например древовидная структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных   топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии (ветви дерева).

Вычислительные сети с древовидной структурой используются там, где невозможно непосредственное  применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения  большого числа рабочих станций требуются сетевые усилители или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором.

На практике применяют их разновидности, обеспечивающие подключение от 8 или 32 линий.

Устройство, к которому можно присоединить максимум три станции, называется  пассивным концентратором. Пассивный концентратор обычно используется как разветвитель. Он не нуждается в усилителе. Предпосылкой для подключения пассивного концентратора является то, что максимально возможное расстояние до рабочей станции не должно превышать нескольких десятков метров.

Контрольные вопросы:

1. Что подразумевается под понятием «топология»?
2. Как осуществляется функционирование локальной сети при использовании шинной топологии?
3. В каких случаях возникают коллизии?
4. В какой топологии используется такое преимущество как защита информации, хранящейся на сервере?
5. Какова скорость передачи информации по сети при использовании кольцевой топологии?
6. Что называется пассивным концентратором, и в каких случаях его следует применять?
7. В каких случаях следует применять смешанные топологии?
8.  При использовании какой топологии требуется краткосрочное отключение сети?
9. Чем определяется производительность вычислительной сети с топологией типа звезда?
10. Как осуществляется функционирование локальной сети при использовании топологии типа «звезда»?