Топология вычислительной сети

Топология вычислительной сети – определяет ее логическую структуру, т.е. маршруты передачи данных между узлами сети, требования к соответствующему коммутационному оборудованию и его настройке. В сетях с относительно небольшим количеством компьютеров чаще всего используется одна из следующих типовых топологий: «кольцо», «общая шина», «звезда».

Шинная архитектура (рис. 7.1) широко применяется в локальных сетях. Соединение компьютеров производится посредством одного кабеля (все компьютеры подключены к единому каналу). Данные от компьютера передаются всем компьютерам сети, однако воспринимаются только тем компьютером, адрес которого указан в передаваемом сообщении. При этом в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу. К недостаткам шинной топологии сети относится уменьшение пропускной способности сети при значительных объемах передаваемой информации. Преимуществом шинной топологии является гибкость сети, выражающаяся в том, что подключение и отключение машин не требует прерывания работы сети.

Рис. 7.1

Кольцевая структура (рис. 7.2) предусматривает объединение всех компьютеров с помощью кабельной системы, имеющей форму замкнутого круга. По методу доступа к каналу связи различают два основных типа кольцевых сетей: маркерные и тактовые.

Рис. 7.2

В маркерных кольцевых сетях по кольцу передается специальный управляющий маркер (метка), разрешающий передачу сообщений из компьютера, который им «владеет». При отсутствии у компьютера сообщения для передачи он пропускает движущийся по кольцу маркер.

В тактовом кольце по сети непрерывно вращается замкнутая последовательность тактов. В каждом такте имеется бит – указатель занятости. Свободные такты могут заполняться передаваемыми сообщениями по мере необходимости либо за каждым компьютером могут закрепляться определенные такты.

К недостаткам кольцевых сетей следует отнести малую гибкость архитектуры. Выход из строя любого из элементов сети приводит к потере ее работоспособности.

Звездная структура (рис. 7.3) предполагает наличие центрального компьютера, с которым связаны все остальные ЭВМ. Основным преимуществом такой топологии является ее устойчивость к сбоям, возникающим вследствие неполадок на отдельных ПК или из-за повреждения сетевого кабеля, а также высокая скорость обмена информацией в вычислительной сети.

Рис. 7.3

В настоящее время используется полносвязная топология, комбинирующая базовые топологии: звезда – шина, звезда – кольцо, при которой каждый компьютер непосредственно соединен со всеми компьютерами вычислительной сети.

Разнообразие топологий локальных вычислительных сетей и методов доступа к ним породило соответствующие разновидности протоколов канального и физического уровней управления.

Сетевые стандарты

Концептуальной основой построения вычислительных сетей является базовая эталонная модель взаимосвязи открытых систем OSI (Open System Interconnection), которая разработана международной организацией по стандартизации ISO (International Standards Organization). Модель OSI включает семь уровней управления, обеспечивающих взаимодействие прикладных процессов пользователей и программ.

Уровень 1 – физический – реализует управление каналом связи, что сводится к подключению и отключению каналов и формированию сигналов, представляющих передаваемые данные.

Уровень 2 – канальный – обеспечивает надежность передачи данных, используя средства контроля и обнаружения ошибок.

Уровень 3 – сетевой – выбирает маршрут передачи данных по линиям связи.

Уровень 4 – транспортный – обеспечивает обмен данными (сопряжение) между сетью передачи данных и абонентами сети.

Уровень 5 – сеансовый – организует сеансы связи на период взаимодействия процессов пользователя. На этом уровне производится аутентификация и проверка полномочий.

Уровень 6 – представления – обеспечивает взаимодействие разнородных сетей через преобразование различных форматов данных и кодов.

Уровень 7 – прикладной – реализует сетевые вычислительные услуги 9почта, телеконференции и т.п.).

Многоуровневая организация создает независимость управления на уровне n от функционирования нижних и верхних уровней, обеспечивая открытость и гибкость системы.

Как правило, уровни 1 и 2 реализуются техническими средствами, а уровни 3-6 - программными средствами.

Процедура взаимодействия между процессами одного уровня управления с другими уровнями на основе обмена сообщениями называется протоколом.

Семейство стандартов IEEE 802. x содержит рекомендации для проектирования нижних уровней локальных сетей. Стандарты семейства охватывают только два нижних уровня модели OSI – физический и канальный.

В интернете на транспортном уровне используется протокол TCP (Transmission Control Protocol), а на сетевом уровне – IP (Internet Protocol). Эти два протокола взаимосвязаны, поэтому их часто объединяют и называют протоколом TCP/IP.

Протокол TCP реализует на узле отправителя пакетирование сообщений (разбивку сообщения на части), а на узле-получателе – сборку пакетов в единое сообщение.

Протокол IP обеспечивает передачу информации по сети, определяет маршрут передачи информации и формат представления адресов.