Базовые сетевые топологии

Содержание

Введение……………………………………………………………………… 3

Глава I. Виды базовых сетевых топологий………………………………... 4

Глава II. Преимущества и недостатки видов топологий…………………. 7

Заключение…………………………………………………………………… 9

Список литературы…………………………………………………………. 10

 

Введение

На сегодняшний день невозможно представить деятельность человека без использования им компьютерных сетей. Компьютерная сеть - представляет собой систему распределенной обработки  информации, состоящую как минимум  из двух компьютеров, взаимодействующих  между собой с помощью специальных  средств связи. В зависимости от удалённости компьютеров и масштабов, сети условно разделяют на локальные и глобальные.

Локальные сети - сети, имеющие замкнутую инфраструктуру до выхода на поставщиков услуг. Термин "LAN" может описывать и маленькую офисную сеть, и сеть уровня большого завода, занимающего несколько сотен гектаров. Иногда выделяют сети промежуточного класса - городская или региональная сеть, т.е. сеть в пределах города, области и т.п. Глобальная сеть- покрывает большие географические регионы, включающие в себя как локальные сети, так и прочие телекоммуникационные сети и устройства. Глобальные сети практически имеют те же возможности, что и локальные. Но они расширяют область их действия.

Из выше перечисленных  компьютерных сетей, обратим свое внимание на локальные сети, для того чтобы  лучше понять архитектуру сетей, способы передачи данных. А для  этого надо знать такое понятие, как топология сети.

Топология - это физическая конфигурация сети в совокупности с ее логическими характеристиками. Топология - это стандартный термин, который используется при описании основной компоновки сети. Если понять, как используются различные топологии, то можно будет определить, какими возможностями обладают различные типы сетей. Существует два основных типа топологий: физическая и логическая. Логическая топология описывает правила взаимодействия сетевых станций при передаче данных. Физическая топология определяет способ соединения носителей данных.

Термин "топология сети" характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов  сети. Топология сети обуславливает  ее характеристики. Выбранная топология влияет на общие возможности сети, протоколы и сетевое оборудование, которые будут применяться, а также на возможность дальнейшего расширения сети.

Целью данной контрольной работы является изучение базовых сетевых топологий, определение оптимального вида топологии в конкретном случае. Для реализации данной цели требуется решить следующие задачи:

• произвести анализ основных видов топологии сети,
• оценить возможные преимущества и недостатки данных видов.

Глава I. Виды базовых сетевых топологий.

Все сети строятся на основе трех базовых топологий:

• шина (bus);
• звезда (star);
• кольцо (ring).

Топология «шина» (вus).

В этом случае все компьютеры подключаются к одному кабелю, который называется шиной данных. При этом пакет будет приниматься всеми компьютерами, которые подключены к данному сегменту сети.

Быстродействие  сети во многом определяется числом подключенных к общей шине компьютеров. Чем больше таких компьютеров, тем медленнее работает сеть. Кроме того, подобная топология может стать причиной разнообразных коллизий, которые возникают, когда несколько компьютеров одновременно пытаются передать информацию в сеть. Коллизия - нормальное явление, которое появляется при работе сети. Чтобы проанализировать и устранить коллизию, все компьютеры одновременно изучают возникающие на кабеле сигналы. Если сигналы, которые передаются и реально наблюдаются, не совпадают, то отмечается присутствие коллизии. Те компьютеры, которые заметили коллизию, отправляют в сеть 32-битную последовательность, которая называется jam-последовательностью. Вероятность появления коллизии возрастает с увеличением количества подключенных к шине компьютеров.     

 

 

      Рис. 1. Топология «шина»

На  рисунке также изображены терминаторы. Такие устройства устанавливаются  на концах сети и ограничивают распространение сигнала, замыкая сегмент сети. Если где-то произойдет обрыв кабеля или хотя бы на одном конце сети не будет установлен терминатор, сигнал начнет отражаться от места обрыва и соответствующего конца сети, что приведет к нарушению связи.

Топология «кольцо» (ring).

В случае использования кольцевой  топологии все компьютеры сети подключаются к единому кольцевому кабелю. Пакеты проходят по кольцу в одном направлении через все сетевые платы подключенных к сети компьютеров. Каждый компьютер будет усиливать сигнал, и отправлять его дальше по кольцу. Сеть с такой топологией изображена на следующем рисунке. В представленной топологии передача пакетов по кольцу организована маркерным методом. Маркер представляет собой определенную последовательность двоичных разрядов, содержащих управляющие данные. Если сетевое устройство имеет маркер, то у него появляется право на отправку информации в сеть. Внутри кольца может передаваться всего один маркер.     

 

 

     Компьютер, который собирается транспортировать данные, забирает маркер из сети и отправляет запрошенную информацию по кольцу. Каждый следующий компьютер будет передавать данные дальше, пока этот пакет не дойдет до адресата. После получения адресат вернет подтверждение о получении компьютеру-отправителю, а последний создаст новый маркер и вернет его в сеть. 

 

Рис. 2. Топология «кольцо»

 

Топология «звезда» (star).

В сетях, использующих топологию "звезда", сетевой носитель соединяет  центральный концентратор с каждым устройством, подключенным к сети. Физический вид топологии "звезда" напоминает радиальные спицы, исходящие из центра колеса. В этой топологии используется управление из центральной точки, а  связь между устройствами, подключенными  к сети, осуществляется посредством  двухточечных линий между каждым устройством и центральным каналом  или концентратором. Весь сетевой  трафик в звездообразной топологии  проходит через концентратор. Вначале  данные посылаются концентратору, а  затем концентратор переправляет их устройству в соответствии с адресом, содержащимся в данных. В сетях  с топологией "звезда" концентратор может быть активным или пассивным. Активный концентратор не только соединяет  участки среды передачи, но и регенерирует сигнал, т.е. работает как многопортовый повторитель. Благодаря выполнению регенерации сигналов, активный концентратор позволяет данным перемещаться на более значительные расстояния. В отличие от активного концентратора, пассивный концентратор только соединяет участки сетевой среды передачи данных.

Рис. 3. Топология «звезда»

 

Другие топологии.

Кроме трех рассмотренных  основных, базовых топологий нередко  применяется также сетевая топология  «дерево» (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд. Как и в случае звезды, дерево может быть активным, или истинным, и пассивным. При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном - концентраторы (хабы).

Применяются довольно часто  и комбинированные топологии, среди  которых наибольшее распространение  получили звездно-шинная и звездно-кольцевая. В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды. В этом случае к концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты, то есть на самом деле реализуется физическая топология «шина», включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. Таким образом, пользователь получает возможность гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети.

В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы, к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи. В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов все линии связи образуют замкнутый контур. Данная топология позволяет комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети.

 

Глава II. Преимущества и недостатки видов топологий.

Преимущества  и недостатки типологии «шина».

Типичная шинная топология  имеет простую структуру кабельной  системы с короткими отрезками  кабелей. Поэтому по сравнению с  другими топологиями стоимость  ее реализации невелика. Однако низкая стоимость реализации компенсируется высокой стоимостью управления. Фактически, самым большим недостатком шинной топологии является то, что диагностика  ошибок и изолирование сетевых проблем  могут быть довольно сложными, поскольку  здесь имеются несколько точек  концентрации. Так как среда передачи данных не проходит через узлы, подключенные к сети, потеря работоспособности  одного из устройств никак не сказывается  на других устройствах. Хотя использование  всего лишь одного кабеля может рассматриваться  как достоинство шинной топологии, однако оно компенсируется тем фактом, что кабель, используемый в этом типе топологии, может стать критической  точкой отказа. Другими словами, если шина обрывается, то ни одно из подключенных к ней устройств не сможет передавать сигналы.

Достоинства

• Небольшое время установки сети;
• Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств);
• Простота настройки;
• Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети.

Недостатки

• Неполадки в сети, такие как обрыв кабеля и выход из строя терминатора, полностью блокируют работу всей сети;
• Сложная локализация неисправностей;
• С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.

Преимущества  и недостатки типологии «кольцо».

Достоинства:

• Простота установки;
• Практически полное отсутствие дополнительного оборудования;
• Отсутствие возможности для столкновения передающейся информации.
• Возможность одновременной передачи данных сразу несколькими компьютерами.
• Возможность промежуточного сигнала.

Недостатки:

• Высокая стоимость и сложность обслуживания.
• Сложность поиска неисправностей.
• В случае выхода из строя кабеля или компьютера сеть прекращает функционировать.

Преимущества  и недостатки топологии «звезда».

Большинство проектировщиков  сетей считают топологию "звезда" самой простой с точки зрения проектирования и установки. Это  объясняется тем, что сетевая  среда выходит непосредственно  из концентратора и прокладывается к месту установки рабочей  станции. Другим достоинством этой топологии  является простота обслуживания: единственной областью концентрации является центр  сети. Также топология "звезда" позволяет легко диагностировать  проблемы и изменять схему прокладки. Кроме того, к сети, использующей топологию "звезда", легко добавлять  рабочие станции. Если один из участков сетевой среды передачи данных обрывается или закорачивается, то теряет связь  только устройство, подключенное к  этой точке. Остальная часть сети будет функционировать нормально. В общем, топология "звезда" считается наиболее надежной. В некотором смысле достоинства топологии "звезда" могут считаться и ее недостатками. Например, наличие отдельного отрезка кабеля для каждого устройства позволяет легко диагностировать отказы, однако, это же приводит и к увеличению количества отрезков. В результате повышается стоимость установки сети с топологией "звезда".

Достоинства

• выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом;
• хорошая масштабируемость сети;
• лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети;
• высокая производительность сети (при условии правильного проектирования);

Недостатки

• выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом;
• для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий;
• конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

 

Заключение

Рассмотрев и оценив, наиболее часто используемые сегодня сетевые  топологии и методы доступа, обсудим  и другие факторы, определяющие выбор  нужного типа сети.