Сетевые топологии. Общая шина, звезда, кольцевая топология.

Под физической топологией компьютерной сети понимается конфигурация соединительных устройств сети и подключенных узлов. Компьютеры (иногда и другое оборудование, например, концентраторы), подключенные к сети, называются узлами сети. Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Последние представляют собой маршруты передачи данных между узлами сетей и образуются путем настройки коммуникационного оборудования. Таким образом, под физической топологией понимается конфигурация связей, образованных отдельными частями сетевого кабеля, а под логической – конфигурация информационных потоков между узлами сети. Во многих случаях эти топологии совпадают.

Существуют 5 разновидностей физических сетевых топологий:

1. Полносвязная топология – это топология компьютерной сети, в которой каждая рабочая станция подключена ко всем остальным.

Этот вариант является громоздким и неэффективным, несмотря на свою логическую простоту. Для каждой пары должна быть выделена независимая линия, каждый компьютер должен иметь столько коммуникационных портов, сколько компьютеров в сети. По этим причинам сеть может иметь только сравнительно небольшие конечные размеры. Чаще всего эта топология используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при малом количестве рабочих станций.

2. Ячеистая (сотовая) топология – это топология получается из полносвязной удалением некоторых возможных связей.

В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между другими компьютерами сети используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединения большого числа компьютеров и характерна для глобальных сетей.

3. Общая шина до недавнего времени являлась самой распространенной топологией для локальных сетей.

Любой сегмент в этой топологии ограничивается терминаторами, один их которых всегда заземляется. Учитывая, что сетевой кабель для этой топологии, как правило, является коаксиальным и представляет собой колебательный контур, это приводит к возникновению отраженных сигналов (сигнал «эхо»). Этот сигнал, накладываясь на полезный сигнал, приводит к возникновению стоячих волн. Следствием чего является появления либо очень больших сигналов по амплитуде, либо очень маленьких, что делает невозможным их прием сетевыми картами узлов. Для погашения сигнала «эхо» сегмент сети и ограничивается терминаторами.

В топологии общая шина передаваемая информация может распространяться обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки сетевого кабеля, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем узлам сети. Таким образом, основными преимуществами такой схемы является дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Главным недостатком общей шины является низкая надежность. Любой дефект кабеля и какого-либо из разъемов полностью останавливает работу всей сети. Другими недостатками общей шины является ее невысокая производительность. В этой топологии взаимодействия любой пары компьютеров занимает сеть на все время обмена. Поэтому при увеличении числа компьютеров использование сети с топологией «общая шина» становится узким местом, например, компьютер одного отдела вынуждены ждать, когда окончит обмен пара компьютеров другого отдела и это притом, что необходимость связи компьютеров разных отделов возникает редко и требует совсем небольшой пропускной способности.

4. Топология звезда – это когда любой компьютер сети подключается отдельным кабелем к общему устройству, которое называется концентратором.

Главное преимущество этой топологии перед общей шиной – большая надежность. Выход из строя сетевого кабеля касается только того компьютера, к которому этот кабель присоединен. Неисправность концентраторов может вывести из строя всю сеть, однако следует учитывать, что брендовое оборудование (3Com) имеет пожизненную гарантию, за исключением блоков питания. К недостаткам топологии типа «звезда» относится более высокая стоимость сетевого оборудования. Возможности по наращиванию количества узлов этой сети ограничиваются количеством портов концентратора. Поэтому, как правило, сети топологии звезда строятся с использованием нескольких концентраторов, соединяя их иерархически между собой.

5. Кольцевая топология – это топология, в сетях которой данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении.

На рисунке приведена сильно упрощенная схема образования кольцевой технологии. В реальной жизни (например, в сетевой технологии Token Ring) узлы сети по топологии звезда подключаются к концентратору, каждый из которых имеет два порта (Ring Input и Ring Output), соединяя которые и образуется кольцо. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их к себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы выход из строя или отключение какого-либо узла не прерывали канал связи между основными узлами.