Основные типы топологий локальных вычислительных сетей.

Топология ЛВС

Топология, т.е. конфигурация соединения рабочих станций и других элементов в ЛВС, важнее чем другие характеристики сети, потому что топология определяет многие важные свойства сети, например такие, как надежность и производительность. Можно делить топологии на два основных класса: широковещательные ("broadcasting") и последовательные ("routing").

· а. В широковещательных конфигурациях каждый ПК передает сигналы по сети, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким конфигурациям относятся: общая шина, дерево, и звезда с пассивным центром ("passive hub").

Общая шина – основной тип широковещательной конфигурации, позволяя значительно упростить логическую и программную структуру ЛВС. Ее основными достоинствами являются простота расширения сети, простота используемых методов управления, возможность работать без централизованного управления, минималбный расход кабеля. Она – пассивная среда и поэтому обладает очень высокой надежностью.

Дерево представляет собой более развитый вариант конфигурации типа шина. Оно образуется путем соединения нескольких шин посредством пассивными или активными повторителями ("hubs"). Оно обладает необходимой гибкостью для того, чтобы охватить средствами ЛВС несколько этажей в здании или несколько зданий на одной территории. При наличии активных повторителей отказ одного сегмента не приводит к выходу из строя всех остальных.

Звезда можно рассматривать как дерево, имеющее корень с ответвлениями к каждому подключенному устройству. Звездообразные ЛВС обычно менее надежны, чем сети типа шина или дерево, но могут быть защищены от нарушений в кабеле с помощью центрального реле, которое отключает вышедшие из строя кабельные лучи. Топология "звезда" требует больше кабеля, чем шина или дерево.

· б. В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному ПК. К ним относятся: произвольная, иерархическая, кольцо, цепочка, звезда с "интеллектуальным" центром ("active hub") и снежинка.

Наиболее простой путь построения ЛВС – произвольное или непосредственное соединение всех устройств посредством кабеля от одного к другому. Каждая линия смогла бы использовать в принципе различные интерфейсы и методы передачи, завися от харектеристик соединяемых устройств. Основные преимущества данного метода состоит из необходимости соединения только на физическом уровне, а также простоты программного соединения. Но есть и недостатки: высокая стоимость из-за большого числа каналов и нужды маршрутизации данных к каждому принимающему устройству.

Другой способ соединения абонентских систем, иерархический, довольно распространен при небольшом числе рабочих станций, работает по принципу "накопи и передай" ("store and forward"). Основные преимущества этого метода состоит из возможности оптимального соединения ЭВМ в сети. А недостатки связаны со сложностью программного обеспечения ЛВС и снижением скорости передачи информации между уровнями, потому что каждый уровень накопляет и передает информацию на высший уровень.

Наиболее распространенные последовательные конфигурации – "кольцо", "цепочка", "звезда" с активным центром, "снежинка". В конфигурации "кольцо", где пакет совершает полный круг, возвращаясь снова к станции-отправителю, получатель в ходе обработки пакета может установить некоторый индикатор, подтверждая, что он получил пакет. Часто получатель возвращает только заголовку первого пакета, чтобы уменьшить поток данных на сети. Поскольку любая станция может выйти из строя и пакет может не попасть по назначению, обычно бывает необходим специальный "сборщик мусора" ("garbage collector"), который опознает и уничтожает такие "заблудившиеся" пакеты.

Только кольцо может работать в одном направлении. Все остальные топологии должны обеспечивать передачу сигналов в обоих направлениях, но это усложнает управление сети и повышает ее цену. Оптоволоконные соединители обычно передают информацию только в одну сторону. Поэтому топология "кольцо" стала самой предпочитаемой из всех конфигурацией.

 

20. Иерархическая топология ЛВС и топология типа «звезда» в ЛВС.

Топология типа звезда

Концепция топологии локальной вычислительной сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими местами проходит через центральный узел локальной вычислительной сети.

Пропускная способность локальной вычислительной сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции. Коллизий (столкновений) данных 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 локальной вычислительной сети.

При расширении локальных вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра локальной вычислительной сети.

Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий локальных вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями. Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая, по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность локальной вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким местом локальной вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей локальной вычислительной сети.

Центральный узел управления - файловый сервер может реализовать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся локальная вычислительная сеть может управляться из ее центра.

"Звезда"

До недавнего времени звездообразная топология, по большей части, лежала в основе сетей, состоящих из миникомпьютеров и мэйнфреймов. Такие сети обычно состоят из системы терминалов или ПК, причем каждый из них соединен с центральным процессором. В настоящее время звездообразная топология является в основном топологией физической. Но зато очень часто локальные сети, имеющие другую логическую топологию (например, "шину" или "кольцо"), физически соединены именно в виде "звезды". Наглядным примером звездообразной топологии может также являться телефонная сеть с одной АТС, где все абоненты подключены к АТС, которая является центральным узлом сети. Такое решение объясняется наилучшей устойчивостью работы сети с формой "звезды" по сравнению с другими основными топологиями. Так, в сети со звездообразной топологией отказ одного узла приведет к нарушению работы только в том случае, если это - центральный узел, обычно являющийся концентратором. Чтобы предотвратить возникновение такой ситуации, иногда используют резервирование с помощью центрального компьютера, подключенного параллельно. Кроме того, звездообразная топология позволяет добавлять и удалять узлы сети, не нарушая ее работы. Звездообразная топология идеальна для глобальных сетей, в которых удаленные офисы должны связываться с центральным офисом. Также преимуществом звездообразной топологии является то, что она не только позволяет централизовать основные сетевые ресурсы, такие как концентраторы или оборудование согласования линии передачи, но и дает сетевому администратору центральный узел для сетевого управления. В сети с такой топологией легко находить неисправные узлы сети. Однако звездообразная сеть требует значительных затрат на кабельное хозяйство.

Каскадная "звезда". Топология каскадной "звезды" - физическая топология сети, представляющая собой "звезду", один или несколько лучевых узлов которой являются центральными узлами других "звезд".

Использование модульного многопортового повторителя (также известного как хаб, или концентратор) с сетью Ethernet позволяет создавать большие сети, построенные в виде каскадной "звезды". В такой структуре один централизованный многопортовый повторитель служит центральным узлом для многих других повторителей и, в сущности, создает ряд звездообразных сетей Ethernet (см. рис. 2).

Витая пара сети Ethernet часто используется при построении сетей в виде каскадной "звезды". В такой сети модульные многопортовые повторители соединены друг с другом и с центральным повторителем. Использование модульных многопортовых повторителей позволяет соединять в одной большой сети звездообразную и шинообразную организацию. При этом модульный повторитель должен принимать модули, которые обеспечивают совместимость с сетью Ethernet.

Распределенная "звезда". Топология распределенной "звезды" является физической топологией, включающей два концентратора или более, каждый из которых выступает в качестве центра звезды (см. рис. 2). Хорошим примером такой топологии может служить сеть Arcnet, имеющая, по крайней мере, один активный концентратор и один или более пассивных концентраторов.

Иерархическая "звезда". В иерархических топологиях используются несколько уровней концентраторов. Так, в топологии сети "иерархическая звезда" один уровень организуется для соединения с пользователями и серверами, а второй уровень функционирует в качестве общей магистрали передачи данных.