Різновиди інформаційно-обчислювальних мереж

ІОМ класифікують за різноманітними ознаками, зокрема, за технологією передачі, розміром, територіальним розташуванням (ступенем розосередженості), топологією, використовуваними лініями зв’язку, однорідністю програмно-апаратних засобів (гомогенні та гетерогенні), способом управління (централізовані та децентралізовані) тощо. Так, гомогенні (однорідні) мережі об'єднують однорідні програмно-апаратні засоби, гетерогенні (неоднорідні) – різні.

У мережах з централізованим управлінням виділяється одна або кілька машин (серверів), які керують процесом обміну даними по мережі. Децентралізовані (однорангові) мережі не містять у своєму складі виділених серверів. Функції управління мережею передаються по черзі від однієї робочої станції до іншої; робочі станції мають доступ до дисків і принтерів інших робочих станцій.

Важливе значення для функціонування мережі мають використовувані канали зв’язку. Від них залежить пропускна здатність мережі та швидкість передачі інформації. В якості фізичного середовища в каналах зв’язку використовують: плоский двожильний кабель, коаксіальний кабель, оптико-волоконні кабелі, теле- та радіо ефір, супутниковий зв’язок. Залежно від можливих напрямків передачі інформації розрізняють такі канали зв’язку: симплексні (передача інформації в одному напрямі), напівдуплексні (почергова передача інформації в обох напрямках), дуплексні (передача інформації одночасно в обох напрямках).

За масштабом (розміром) та охоплюваною територією обслуговування ІОМ поділяються на локальні (ЛОМ), регіональні (РОМ) та глобальні (ГОМ).

До локальних мереж Local Area Networks (LAN) традиційновідносять мережі з обмеженої кількості комп'ютерів, зосереджені на невеликій території (звичайно в радіусі не більше за 10-15 км). У загальному випадку локальна мережа являє собою комунікаційну систему, що належить одній організації або прив'язана до одного об'єкту, проте нині локальну мережу вже не можна ідентифікувати виключно за розміром охоплюваної території, відстанню між комп’ютерами чи їх кількістю. Деякі локальні мережі легко забезпечують зв’язок на відстані декількох десятків кілометрів і застосовують різнорідні типи ліній зв’язку і комутаційних пристроїв. З іншого боку, через глобальні мережі (WAN, Wide Area Network чи GAN, Global Area Network) цілком можуть зв’язуватися комп’ютери, що знаходяться на сусідніх столах в одній кімнаті. Локальна мережа зв’язує переважно від двох до декількох десятків комп’ютерів. Але граничні можливості сучасних локальних мереж набагато вищі: максимальне число абонентів може досягати тисячі.

Коректніше вважати, що основною відмінністю локальної мережі є те, що вона розрахована на обмежену кількість абонентів і має забезпечувати дуже швидкий і безпомилковий обмін інформацією, що зумовлює вибір певних технологій передачі, каналів зв’язку та методів управління обміном. Для локальних мереж характерні:

· заздалегідь відома обмежена кількість комп’ютерів, які підключаються до мережі, що дає можливість оптимізувати її архітектуру та топологію за ознаками швидкості і достовірності передачі даних;

· висока швидкість передачі інформації, велика пропускна здатість мережі. Прийнятною швидкість зараз вважається швидкість не менше 10 Мбіт/с, реальний діапазон швидкостей – від 10 до 100 Мбіт/с;

· низький рівень помилок передачі (або, що теж саме, високоякісні канали зв’язку). Допустима ймовірність помилок передачі даних має бути близько 10^-8 — 10^-12 с^-1;

· ефективний, швидкодіючий механізм управління обміном по мережі.

Найважливішою характеристикою ЛОМ є швидкість передачі інформації. Залежно від застосованої лінії зв’язку досягаються наступні швидкості::

· коаксіальний кабель - 10 – 50 Мбіт;

· вита пара - до 10 Мбіт;

· спеціальна вита пара 5 категорії - до 100 Мбіт;

· оптичне волокно - до 1Гбіт;

· телефонна лінія - від 2400 біт до 56 кбіт;

· супутниковий радіозв’язок - близько 1 Мбіт/с при обслуговуванні десятків тисяч комп'ютерів одночасно.

Локальна мережа має давати користувачам змогу не помічати зв’язку, забезпечувати прозорий зв’язок. По суті, комп’ютери, зв’язані локальною мережею, об’єднуються в один віртуальний комп’ютер, ресурси якого можуть бути доступні всім користувачам, причому цей доступ за зручністю (реальною швидкістю доступу, швидкістю обміну інформацією між додатками) не поступається доступу до ресурсів, що входять безпосередньо в кожен окремий комп’ютер. Через короткі відстані в локальних мережах є можливість використання відносно дорогих високоякісних ліній зв'язку, які дозволяють, застосовуючи прості методи передачі даних, досягати високих швидкостей обміну даними порядку 100Мбіт/c, які постійно зростають зі збільшенням швидкодії типових комп’ютерів. У зв'язку з цим послуги, що надаються локальними мережами, відрізняються широкою різноманітністю і звичайно передбачають реалізацію в режимі on-line.

Регіональні (РОМ) та міські мережі (або мережі мегаполісів) Metropolitan Area Networks (MAN) та призначені для обслуговування території великого міста, мегаполіса чи регіону. Вони посідають проміжне положення між глобальними і локальними мережами, охоплюючи території радіусом у сотні кілометрів і поєднуючи окремі характеристики локальних і глобальних мереж. Регіональні мережі використовують цифрові магістральні лінії зв'язку, часто оптоволоконні, з швидкостями від 45 Мбіт/с, і призначені для зв'язку локальних мереж в масштабах міста (регіона) і з'єднання локальних мереж з глобальними. Ці мережі спочатку були розроблені для передачі даних, але зараз вони підтримують і такі послуги, як видеоконференції, інтегральну передачу голосу і тексту тощо. Розвиток технології мереж мегаполісів здійснювався місцевими телефонними компаніями на основі сучасних телекомунікаційних технологій, наприклад технології комутації осередків SMDS або ATM. Регіональні і міські мережі є суспільними мережами і тому їх послуги обходяться дешевше, ніж побудова власної (приватної) мережі в межах міста.

Глобальні мережі Wide Area Networks (WAN) об'єднують комп'ютери, які територіально розосереджені на відстанях до десятків і сотень тисяч кілометрів і можуть знаходитися в різних містах, країнах чи на різних континентах. Взаємодія між абонентами такої мережі може здійснюватися на базі телефонних ліній зв’язку, волоконнооптичних ліній, систем радіозв’язку і супутникового зв’язку. Глобальним мережам притаманна висока масштабованість, оскільки вони спочатку розроблялися з розрахунку на роботу з довільними топологіями. Оскільки прокладка високоякісних ліній зв'язку на великі відстані обходиться дуже дорого, в глобальних мережах часто використовуються вже існуючі лінії зв'язку, початково призначені зовсім для інших цілей, наприклад, телефонні і телеграфні канали загального призначення. Для глобальних мереж типові набагато більш низькі швидкості передачі даних. Через низькі швидкості таких ліній зв'язку в глобальних мережах (від десятків біт на секунду до 64 Кбіт/с і тільки на магістральних каналах до 2 Мбіт/с) набір послуг, що надаються звичайно обмежується передачею файлів, переважно не в оперативному, а в фоновому режимі, з використанням електронної пошти. Для стійкої передачі дискретних даних за неякісними лініями зв'язку застосовуються методи і обладнання, істотно складніші за методи і обладнання, характерні для локальних мереж. Як правило, тут використовуються складні процедури контролю і відновлення даних, викликані значними спотвореннями сигналів при передачі на великі відстані. Глобальні і локальні мережі переважно використовують різні методи комутації.

Об’єднання глобальних, регіональних і локальних обчислювальних мереж дає змогу створювати багатомережеві ієрархії. Вони забезпечують могутні, економічно доцільні засоби обробки величезних інформаційних масивів і доступ до необмежених інформаційних ресурсів. Локальні обчислювальні мережі можуть входити як компоненти до складу регіональної мережі, регіональні мережі — об’єднуватися у складі глобальної мережі і, нарешті, глобальні мережі можуть також утворювати складні структури. Саме така структура прийнята в найбільш відомій і популярній зараз всесвітній суперглобальній інформаційній мережі Інтернет, яка фактично складається з множини локальних і глобальних мереж, що належать різним компаніям і підприємствам, зв’язаних між собою різними лініями зв’язку.

Останнім часом спостерігається тенденція на зближення технологій та показників локальних і глобальних мереж з метою об’єднання їх переваг і усунення недоліків. За рахунок нових мережевих технологій і, відповідно, нового обладнання, розрахованого на більш якісні лінії зв'язку, швидкості передачі даних у вже існуючих комерційних глобальних мережах нового покоління на базі оптоволоконних ліній зв'язку наближаються до традиційних швидкостей локальних мереж (в мережах Frame Relay зараз доступні швидкості 2 Мбіт/с), а в глобальних мережах ATM і перевершують їх, досягаючи 622 Мбіт/с.

Внаслідок цього on-line сервіси стають звичайними і в глобальних мережах. Найбільш яскравий приклад - гіпертекстова інформаційна служба World Wide Web, що стала основним постачальником інформації в мережі Internet. Її інтерактивні можливості перевершили можливості багатьох аналогічних служб локальних мереж, так що розробникам локальних мереж довелося просто запозичити цю службу у глобальних мереж. Локальні мережі переймають у глобальних мереж і транспортні технології, і методи захисту інформації. Всі нові швидкісні технології (Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, l00VG-AnyLAN) підтримують роботу по індивідуальних лініях зв'язку нарівні з традиційними для локальних мереж роздільними лініями. У локальних мережах все частіше використовуються різноманітні пристрої комутації взамін безпосереднього підключення комп'ютерів до одного кабелю; з'являються нові технології, від самого початку призначені для обох видів мереж, наприклад, технологія ATM, яка може служити основою не лише локальних і глобальних комп'ютерних мереж, але й телефонних і відеомереж, об'єднуючи всі існуючі типи трафіка в одній транспортній мережі.

Процес перенесення служб і технологій з глобальних мереж в локальні набув такого масового характеру, що з'явився навіть спеціальний термін intranet - технології (від intra - внутрішній), вказуючи застосування служб зовнішніх (глобальних) мереж у внутрішніх локальних. Приватні, захищені від загального доступу, корпоративні мережі, які побудовані на основі технології та інфраструктури Інтернет і використовують технології Інтернету для передачі інформації з мінімальними витратами грошей, зусиль та часу називають інтрамережами. Інтрамережа використовує протокол ТСР/ІР і розроблені на його основі засоби доступу клієнта до даних на сервері, що забезпечує прямий доступ всіх користувачів до даних; підтримує всі сервіси Інтернету у локальній мережі та дає змогу залучати ресурси Інтернету для обробки корпоративної інформації; працює на всіх основних програмно-апаратних платформах. Прошарок інтрамережі, який межує з Інтернетом і відкриває доступ до сервісів компанії і накопичених у ній даних, називається екстрамережею. Концептуально екстрамережа являє собою «тунель» чи віртуальну підмережу всередині інтернету з високими стінами для захисту від небажаного вторгнення[5]. Екстрамережа забезпечує швидкісний електронний обмін великими обсягами даних у структурованому форматі між підрозділами організації та партнерами по бізнесу.

Часто мережі класифікують не за територією, а за масштабом виробничого підрозділу, в межах якого діє мережа. Розрізнюють мережі відділів, мережі кампусів і корпоративні мережі.

Мережі відділів використовуються порівняно невеликою групою співробітників (30-150 осіб), працюючих в одному відділі підприємства і обєднаних вирішенням спільних задач. Головною метою мереж відділів є розділення локальних ресурсів, таких як додатки, дані, принтери і модеми. Звичайно мережі відділів мають один або два файлових сервери, не розділяються на підмережі і створюються на основі однієї мережевої технології.

Мережі кампусів (від англ. campus - студентське містечко) - мережі підприємств і організацій, які об'єднують мережі різних відділів одного підприємства в межах окремої будівлі чи території площею в декілька квадратних кілометрів без застосування глобальних зв'язків. Служби такої мережі включають взаємодію між мережами відділів, доступ до загальних баз даних підприємства, доступ до факс-серверів, високошвидкісних модемів і високошвидкісних принтерів та забезпечують інтеграцію одлно– і різнорідного програмного і апаратного забезпечення.

Корпоративні мережі об'єднують велику кількість комп'ютерів на всіх територіях окремого підприємства. Кількість користувачів і комп'ютерів може сягати десятків тисяч, а число серверів - сотень, відстані між мережами окремих територій можуть виявитися такими, що робить необхідним використання глобальних зв'язків. Для з'єднання віддалених локальних мереж і окремих комп'ютерів в корпоративній мережі застосовуються різноманітні телекомунікаційний засоби, в тому числі телефонні канали, радіоканали, супутниковий зв'язок. Корпоративну мережу можна представити у вигляді «острівців локальних мереж», плаваючих в телекомунікаційному середовищі. Ці мережі мають високий ступінь гетерогенності програмних і апаратних засобів. Неоднорідні частини корпоративної мережі повинні працювати як єдине ціле, надаючи користувачам прозорий доступ до всіх необхідних ресурсів, тому однією з основних характеристик таких мереж є ступінь їх інтегрованості.

Мережеві конфігурації

Структурною ознакою мереж є їх топологія, яка характеризує конфігурацію зв’язків між комп’ютерами мережі. Під топологією (компоновкою, конфігурацією, структурою) комп'ютерної мережі зазвичай розуміється фізичне розташування комп'ютерів мережі один стосовно одного і спосіб з'єднання їх лініями зв'язку. Фактично це конфігурація графа, вершинам якого відповідають комп'ютери мережі (іноді і інше обладнання, наприклад концентратори), а ребрам – фізичні зв'язки між ними. Комп'ютери, підключені до мережі, часто називають станціями або вузлами мережі. При цьому конфігурація фізичних зв'язків визначається електричними з'єднаннями комп'ютерів між собою і може відрізнятися від конфігурації логічних зв'язків між вузлами мережі. Логічні зв'язки являють собою маршрути передачі даних між вузлами мережі і утворюються шляхом відповідного налагодження комунікаційного обладнання.

Використовуючи поняття «топологія мережі», слід розрізняти чотири абсолютно різні поняття, що відносяться до різних рівнів мережевої архітектури:

· фізичну топологію, як географічну схему розташування комп'ютерів і прокладки кабелів (за фізичною топологією пасивна зірка нічим не відрізняється від активної, тому її нерідко називають просто зіркою);

· логічну топологію, як структуру зв'язків, що відображає характер розповсюдження сигналів по мережі;

· топологію управління обміном, як принцип і послідовність передачі права на захоплення мережі між окремими комп'ютерами;

· інформаційну топологію, як напрям потоків інформації, що передаються по мережі.

Поняття топології відноситься, перш за все, до локальних мереж, в яких структуру зв'язків можна легко прослідкувати. У глобальних мережах структура зв'язків зазвичай прихована від користувачів і не дуже важлива, оскільки кожний сеанс зв'язку може проводитися за власним шляхом.

Топологія визначає вимоги до устаткування, тип використовуваного кабелю, допустимі і найбільш зручні методи управління обміном, надійність роботи, можливості розширення мережі.

За топологією ІОМ поділяються на:

· шинні (лінійні, bus);

· кільцеві (петлеві, ring);

· радіальні (зіркові, star);

· розподілені радіальні (стільникові, cellular);

· ієрархічні (деревоподібні, hierarchy);

· сіткові (mesh, повнозв’язні і коміркові (часткові));

· змішані (гібридні)

Шинна, кільцева і зіркова топології вважаються базовими, решта розглядаються як їх розвиток.

Шинна топологія. Всі комп'ютери, як сервери так і робочі станції, паралельно підключаються до однієї лінії зв ' язку (рис. 6.1). Мережі з шинною топологією використовують спільний лінійний моноканал передачі даних, до якого всі вузли приєднані через інтерфейсні плати за допомогою відносно коротких ліній зв ' язку. Дані від передавального вузла мережі розповсюджуються по шині в обидва боки. Проміжні вузли не ретранслюють повідомлень, що поступають. Інформація від кожного комп'ютера передається і поступає всім вузлам, але приймає повідомлення тільки той, якому воно адресоване.

Рис. 6.1. Шинна топологія мережі

Шинна топологія є однією з найпростіших. Таку мережу легко нарощувати і конфігурувати, а також адаптувати до різних систем; вона стійка до можливих несправностей окремих вузлів. Застосування спільної шини знижує вартість, уніфікує підключення різних модулів, забезпечує можливість майже миттєвого широкомовного звертання до всіх станцій мережі. Шинна топологія застосовується у широко відомій мережі Ethernet та организованій на її адаптерах популярній офісній мережі Novell NetWare.

Топологія «шина» за визначенням передбачає ідентичність мережевого устаткування комп'ютерів, а також рівноправність всіх абонентів щододоступу до мережі. Комп'ютери в шині можуть передавати інформацію тільки по черзі, оскільки лінія зв'язку в даному випадку єдина. Якщо декілька комп'ютерів передаватимуть інформацію одночасно, вона спотвориться в результаті накладення (конфлікту, колізії). У шині завжди реалізується так званий напівдуплексний (half duplex) режим передачі даних (у обох напрямках, але не одночасно, а по черзі).

У топології «шина» відсутній явно виражений центральний абонент, через якого передається вся інформація. Це збільшує надійність мережі і зменшує загальну довжину кабелів, яка є найменшою серед усіх топологій. Долучення нових абонентів при шинній топології здійснюється досить просто і зазвичай можливо навіть під час роботи мережі. Водночас, оскільки центральний абонент відсутній, вирішення можливих конфліктів в даному випадку лягає на мережеве устаткування кожного окремого абонента. У зв'язку з цим мережева апаратура при топології шина є складнішою, як при інших топологіях.

Важлива перевага спільної шини полягає в тому, що при відмові будь-якого з комп'ютерів мережі, справні машини зможуть нормально продовжувати обмін інформацією, а серйозний недолік полягає в її низькій надійності. Дефект кабелю шини або якого-небудь з численних роз'ємів чи коротке замикання в будь-якій його точці повністю паралізує всю мережу. Іншим недоліком є невисока продуктивність мережі, оскільки при такому способі підключення в кожний момент часу тільки один комп'ютер може передавати дані в мережу. Тому пропускна здатність каналу зв'язку завжди ділиться тут між усіма вузлами мережі.

У ЛОМ з шинної топологією основне передавальне середовище (шина) є спільним для всіх робочих станцій. Інформаційні сигнали при проходженні по лініях зв'язку ослабляються і ніяк не відновлюються, причому кожен абонент може отримувати з мережі сигнали різного рівня залежно від відстані до передавального абонента.

Для збільшення довжини мережі з топологією шина часто використовують декілька сегментів (частин мережі, кожна з яких є шиною), сполучених між собою за допомогою спеціальних підсилювачів і відновлювачів сигналів — репітерів (повторювачів ). Проте таке нарощування довжини мережі не може продовжуватися нескінченно. Обмеження на довжину пов'язані з кінцевою швидкістю розповсюдження сигналів по лініях зв'язку.

Кільцева топологія. У мережі з кільцевою топологією всі вузли з'єднані в єдину замкнуту петлю (кільце) каналами зв'язку. Вихід одного вузла мережі з'єднується зі входом іншого (рис 6.2.) Остання робоча станція пов'язана з першою, тобто комунікаційний зв'язок замикається в кільце. Кожен комп'ютер з'єднаний лінією зв'язку із двома іншими: від одного він отримує інформацію, а іншому передає. На кожній лінії зв'язку працює лише один передавач і один приймач (зв'язок типу точка-точка). Передача інформації в кільці з метою спрощення приймально-передавальної апаратури завжди проводиться лише в одному напрямку. Кожен з комп'ютерів передає інформацію лише одному комп'ютеру, наступному в ланцюжку за ним, а одержує інформацію лише від попереднього в ланцюжку комп’ютера. Інформація по кільцю передається від вузла до вузла і кожен вузол ретранслює надіслане повідомлення. Приймаючий вузол розпізнає як «свої» тільки адресовані йому повідомлення та копіює їх собі у внутрішній буфер (рис. 6.2).

Рис. 6.2. Топологія «кільце»

Оскільки кожен комп'ютер ретранслює (відновлює, підсилює) сигнал, що приходить до нього, тобто виступає в ролі репітера, то гранична довжина мережі обмежується затуханням не у всьому кільці, а лише між сусідніми комп'ютерами кільця. Якщо гранична довжина кабелю, обмежена затуханням, складає L_пр, то граничний розмір мережі буде NL_пр/2, де N - кількість комп’ютерів у кільці. На практиці розміри кільцевих мереж досягають десятків кілометрів (наприклад, в мережі FDDI), що набагато перевершує будь-які інші топології.

Підключення нових абонентів в кільце виконується досить просто, хоча і вимагає обов'язкової зупинки роботи всієї мережі на час підключення. Як і у разі топології «шина», максимальна кількість абонентів в кільці може бути досить велика (до тисячі і більше). Кільцева топологія має високу стійкість до перевантажень, забезпечує впевнену роботу з великими потоками передаваної по мережі інформації, бо в ній, як правило, немає конфліктів (на відміну від топології «шина»), а також відсутній центральний абонент (на відміну від топології «зірка»), який може бути переобтяжений великими потоками інформації.

Кільце являє собою дуже зручну конфігурацію для організації зворотнього зв'язку: дані, зробивши повний обіг, повертаються до вузла-джерела. Тому цей вузол може контролювати процес доставки даних адресату. Часто ця властивість кільця використовується для тестування зв'язаності мережі і пошуку вузла, працюючого некоректно. Для цього в мережу посилаються спеціальні тестові повідомлення.

Завдяки своїй гнучкості і надійності роботи мережі з кільцевою топологією набули широкого поширення на практиці (наприклад, мережа Token Ring), хоча прокладання ліній зв'язку між робочими станціями може виявитися досить дорогим, особливо якщо робочі станції територіально розташовані далеко від основного кільця.

Головна проблема кільцевої топології полягає в тому, що сигнал у кільці послідовно проходить через усі робочі станції, і у разі виходу з ладу хоча б однієї з них, обриву кабеля чи короткого замикання вся мережа паралізується, хоча несправності в кабельній системі локалізуються набагато легше, ніж у шинній. Топологія «кільце» найуразливіша до пошкоджень кабелю, тому у разі такої топології зазвичай передбачають прокладку двох (або більш) паралельних ліній зв'язку, одна з яких знаходиться в резерві.

Повідомлення в кільці ЛОМ циркулюють по колу. Передача інформації виявляється досить ефективною, тому що повідомлення можна відправляти одне за одним. Так, наприклад, можна зробити кільцевий запит на всі станції. Тривалість передачі інформації збільшується пропорційно кількості робочих станцій, що входять в ЛОМ.

Інколи мережа з топологією кільце виконується на основі двох паралельних кільцевих ліній зв'язку, які передають інформацію в протилежних напрямках (рис. 6.3) для збільшення надійності та швидкості (у ідеалі — вдвічі) передачі інформації по мережі. При ушкодженні одного з кабелів мережа може працювати з іншим кабелем (правда, гранична швидкість зменшиться).

Рис.6.3. Мережа із двома кільцями

Зіркоподібна (зіркова) топологія, або топологія з радіальним центром. Основу послідовної мережі з радіальною топологією (або мережі з топологією «активна зірка») складає спеціальний комп'ютер — сервер, до якого під'єднується решта периферійних робочих станцій, кожна по своїй окремій лінії зв'язку (рис. 6.4). Вся інформація передається через центральний вузол, який ретранслює, переключає і маршрутизує інформаційні потоки в мережі. Інформація від периферійного комп'ютера передається лише центральному комп'ютеру, від центрального — одному або декільком периферійним. За своєю структурою така мережа по суті є аналогом системи телеобробки, у якої всі абонентські пункти інтелектуальні (містять в своєму складі комп'ютер).

Топологія мережі у вигляді зірки з активним центром успадкована з області мейнфреймів, де головна машина одержує й опрацьовує всі дані з термінальних пристроїв, як активний вузол обробки даних. Вся інформація між периферійними робочими станціями проходить через центральний вузол обчислювальної мережі.

Обмін інформацією в топологи зірка йде виключно через центральний комп'ютер, на який лягає велике навантаження, тому нічим іншим, окрім мережі, він, як правило, займатися не може. Мережеве устаткування центрального абонента має бути суттєво складнішим за устаткування периферійних робочих станцій. Зазвичай центральний комп'ютер найпотужніший, саме на нього покладаються всі функції по управлінню обміном. Ніякі конфлікти в мережі з топологією зірка в принципі неможливі, бо управління повністю централізоване.

 

Рис. 6.4. Топологія у вигляді зірки

На відміну від шини, в зірці на кожній лінії зв'язку знаходяться тільки два абоненти: центральний і один з периферійних. Найчастіше для їх з'єднання використовується дві лінії зв'язку, кожна з яких передає інформацію в одному напрямі (передача крапка-крапка ), щоістотно спрощує мережеве устаткування. Кабельне з'єднання топології відносно просте, бо кожна робоча станція пов'язана з центральним вузлом, проте витрати на прокладання ліній зв'язку високі, особливо коли центральний вузол географічно розташований не в центрі топології.

Зіркоподібна топологія при гарній продуктивності центрального вузла є однією з найбільш швидкодіючих топологій ЛОМ, оскільки передача інформації між робочими станціями відбувається по виділених лініях, які використовуються тільки цими робочими станціями. Частота запитів на передачу інформації від однієї станції до іншої невисока в порівнянні з іншими топологіями.

Продуктивність ЛОМ зіркоподібної топології в першу чергу визначається параметрами центрального вузла, який виступає в якості сервера мережі. Він може виявитися вузьким місцем мережі. Затухання сигналу відбувається на відрізку лінії зв’язку між центральним і периферійним комп’ютером. Обрив кабелю або коротке замикання при топології зірка порушує обмін лише з одним комп'ютером, а решта всіх комп'ютерів може нормально продовжувати роботу; у випадку виходу з ладу центрального вузла порушується робота мережі в цілому.

Недоліками такої топології є:

· велика завантаженість центральної апаратури;

· повна втрата працездатності мережі при відмові центральної апаратури;

· велика довжина ліній зв'язку;

· відсутність гнучкості у виборі шляху передачі інформації;

· обмеження на кількість периферийних абонентів (не більше 8—16). У цих межах підключення нових абонентів задовільняється просто, але за ними воно просто неможливе. У зірці допустиме підключення замість периферійного ще одного центрального абонента (в результаті виходить топологія з декількох сполучених між собою зірок).

Послідовні радіальні мережі використовуються в офісах з явно вираженим| централізованим управлінням.

Існують також широкомовні радіальні мережі з пасивним центром — замість центрального сервера в таких мережах встановлюється комутуючий пристрій, зазвичай концентратор, який забезпечує підключення одного передавального каналу відразу до всіх останніх. Зірку, показану на рис. 6.4, називають активною чи справжньою зіркою. У радіальних мережах з пасивним центром, використовується топологія, звана пасивною зіркою, яка лише зовні схожа на зірку. Нині вона поширена набагато ширше, ніж активна зірка. Наприклад, вона використовується в найбільш популярній сьогодні мережі Ethernet.

В центрі мережі з такою топологією поміщається не комп'ютер, а спеціальний пристрій — концентратор або, як його ще називають, хаб (hub), який виконує ту ж функцію, що і репітер, тобто відновлює сигнали, що приходять, і пересилає їх у всі інші лінії зв'язку. Хоча схема прокладки кабелів подібна до активної зірки, фактично мова йде про шинні топології, оскільки інформація від кожного комп'ютера одночасно передається до решти всіх комп'ютерів, а ніякого центрального абонента не існує. Пасивна зірка дорожча за звичайну шину, оскільки в цьому випадку потрібний ще і концентратор, проте вона надає цілий ряд додаткових можливостей, пов'язаних з перевагами зірки, зокрема, спрощує обслуговування і ремонт мережі. Головна перевага цієї топології перед загальною шиною – істотно більша надійність. Будь-які проблеми з кабелем торкаються лише того комп'ютера, до якого цей кабель приєднаний, і тільки несправність концентратора може вивести з ладу всю мережу. Саме тому останнім часом пасивна зірка все більше витісняє дійсну зірку, яка вважається за малоперспективну топологію. Крім того, концентратор може грати роль інтелектуального фільтра інформації, що поступає від вузлів в мережу, і при необхідності блокувати заборонені адміністратором передачі. Це проміжний тип топології між активною та пасивною зіркою. В цьому випадку концентратор не тільки ретранслює сигнали, що поступають на нього, але і проводить управління обміном даними, проте сам в обміні не бере участь (так зроблено в мережі 100VG-AnyLAN).

Перевагою зірки (як активної, так і пасивноє) є те, що всі точки підключення сконцентровані в одному місці. Це дозволяє легко контролювати роботу мережі, локалізувати несправності шляхом простого відключення від центру тих або інших абонентів, а також обмежувати доступ сторонніх осіб до найважливіших, з погляду життєздатності мережі, точок підключення. До периферійного абонента може підходити як один кабель (по якому йде передача в обох напрямках), так і два (кожен кабель передає в одному з двох зустрічних напрямків), причому останнє зустрічається набагато частіше.

Загальним недоліком всіх топологій типу зірка (як активна, так і пасивна) є значно більші, ніж за інших топологій, витрати кабелю. Це істотно впливає на загальну вартість мережі і помітно ускладнює прокладання кабелю. Окрім того, можливості по нарощуванню кількості вузлів в мережі обмежуються кількістю портів центрального комп’ютера чи концентратора.

Топології зірка, шина та кільце є базовими. Решта топологій є комбінацією базових для усунення їх недоліків та об'єднання переваг.

Комбіновані топології. Мережеву топологію дерево (tree) можна розглядати як комбінацію декількох зірок. Причому, як і у разі зірки, дерево може бути активним (істинним) або пасивним (рис. 6.5, 6.6). При активному дереві в центрах об'єднання кількох ліній зв'язку знаходяться центральні комп'ютери, а при пасивному — концентратори (хаби).

Досить часто застосовують комбіновані топології, які поєднують елементи зіркової, нинної та кільцевої топологій.. Серед таких топологій найбільш поширені так звані зірково-шинна та зірково-кільцева топології.

 

 

Рис. 6.5. Топологія «активне дерево»

 

 

Рис.6.6. Топологія пасивне дерево: К — концентратори

В зірково-шинній (star-bus) топології (рис.6.7) використовується комбінація шини і пасивної зірки. До концентратора підключаються як окремі комп'ютери, так і цілі шинні сегменти. Фізично реалізується топологія шина, що охоплює всі комп'ютери мережі. У цій топології може бути і кілька концентраторів, сполучених між собою, які створюють так звану магістральну, опорну шину. До кожного з концентраторів підключаються окремі комп'ютери або шинні сегменти. В результаті виходить зірково-шинне дерево. Таким чином, користувач може гнучко комбінувати переваги шинної і зіркової топологій, а також легко змінювати кількість комп'ютерів, підключених до мережі. З погляду розповсюдження інформації дана топологія рівноцінна класичній шині.

Рис. 6.7. Приклад зірково-шинної топології

В зірково-кільцевій (star-ring) топології(рис. 6.8) у кільце об'єднуються не самі комп'ютери, а спеціальні концентратори, зображені на рис.6.8 паралелепипедами з колами.

Рис. 6.8. Приклад зірково-кільцевої топології

До цих концентраторів у свою чергу підключаються комп'ютери за допомогою зіркоподібних подвійних ліній зв'язку. Таким чином, насправді всі комп'ютери мережі включаються в замкнуте кільце, оскільки усередині концентраторів лінії зв'язку утворюють замкнутий контур (рис.6.8). Ця топологія поєднує переваги зіркової і кільцевої топологій (наприклад, завдяки концентраторам можна зібрати в одне місце всі точки підключення кабелів мережі). З погляду розповсюдження інформації ця топологія еквівалентна класичному кільцю.

 

Рис. 6.9. Сіткова топологія: повна (а) і часткова (б)

У повній сітковій топології кожен комп'ютер безпосередньо пов'язаний з усіма іншими комп'ютерами, завдяки чому при збільшенні кількості комп'ютерів різко зростає кількість ліній зв'язку. Кожний комп'ютер в мережі повинен мати велику кількість комунікаційних портів, достатню для зв'язку з кожним з інших комп'ютерів мережі. Крім того, будь-яка зміна в конфігурації мережі вимагає внесення змін до мережевої апаратури всіх комп'ютерів, тому повна сіткова топологія, не зважаючи на логічну простоту, є малопопулярною.

У частковій сітковій (комірковій) топології прямі зв'язки формуються лише між найактивнішими комп'ютерами, між якими відбувається інтенсивний обмін даними. Решта комп'ютерів з'єднується через проміжні вузли. Коміркова топологія допускає з'єднання великої кількості комп'ютерів і характерна, як правило, для глобальних мереж.

Поняття топології мережі багатозначне. Топологія мережі указує не тільки на фізичне розташування комп'ютерів, як часто вважають, але й на характер зв'язків між ними, особливості розповсюдження інформації, сигналів по мережі. Саме характер зв'язків визначає ступінь відмовостійкості мережі, складність мережевої апаратури, найбільш відповідний метод управління обміном, можливі типи середовищ передачі (каналів зв'язку), допустимий розмір мережі (довжина ліній зв'язку і кількість абонентів), необхідність електричного узгодження тощо. Більш того, фізичне розташування комп'ютерів, що сполучаються мережею, майже не впливає на вибір топології. Як би не були розташовані комп'ютери, їх можна з'єднати за допомогою будь-якої заздалегідь вибраної топології; крім того, та сама мережа може мати різні топології на фізичному, логічнму, інформаційнному рівнях та на рівні обміну даних.

Наприклад, мережа з фізичною і логічною топологією шина може як метод управління використовувати естафетну передачу права захоплення мережі (бути в цьому сенсі кільцем) і одночасно передавати всю інформацію через виділений комп'ютер (бути в цьому сенсі зіркою). Або мережа з логічною топологією шина може мати фізичну топологію пасивна зірка або пасивне дерево. Мережа з будь-якою фізичною та логічною топологією, за топологію управління обміном може вважатися зіркою в сенсі інформаційної топології, якщо вона побудована на основі одного сервера і кількох клієнтів, що спілкуються тільки з цим сервером. Така мережа буде надчутлива до відмов серверу. Так само довільна мережа може бути названа шиною в інформаційному сенсі, якщо вона побудована з комп'ютерів, що є одночасно як серверами, так і клієнтами. Така мережа буде мало чутлива до відмов окремих комп'ютерів.