Топологии локальных сетей

Топология типа «звезда» (рис.) часто применяется в системах передачи данных, например в сети РЕЛКОМ. При такой структуре сети поток данных между двумя рабочими станциями (периферийными узлами сети) проходит через центральный узел (файловый сервер).

Пропускная способность и скоростные характеристики данной сети определяются мощностью центрального узла. Это позволяет гарантировать каждой рабочей станции определенную величину пропускной способности. Однако в случае выхода из строя центрального Узла нарушается работа всей сети.

Если файловый сервер является достаточно производительным и соединен с каждым узлом сети своей линией связи, то в этом случае звездообразная топология будет самой быстродействующей.

В сети такого типа не будут происходить конфликтные столкновения потоков данных от различных узлов, так как все соединения контролируются головной машиной.

К недостаткам данной топологии можно отнести высокую стоимость прокладки кабелей, если периферийные узлы сильно удалены от центрального или последний территориально находится не в центре сети. При подключении большого числа рабочих станций обеспечение высокой скорости коммутации связано со значительными аппаратными затратами.

Также при расширении сети не удастся использовать существующие кабельные линии. К новому узлу придется прокладывать свой отдельный кабель, связывающий его с файловым сервером.

За счет большого числа функций, лежащих на центральном сетевом узле, его структура становится сложной, что отрицательно сказывается на надежности его работы. Для обеспечения более устойчивого функционирования в большинстве современных ЛВС со звездообразной топологией функции коммутации и управления сетью разделены (рис.).

Вместо единого центрального узла присутствуют коммутатор и сетевой сервер, между которыми распределены обязанности центрального узла по коммутации и управлению. Сетевой сервер в этом случае подключается к коммутатору как рабочая станция, имеющая максимальный приоритет, т. е. обслуживаемая в первую очередь.

Другой вид топологической структуры — кольцевая топология (рис.). В сети такого типа рабочие станции связаны друг с другом по кругу, т. е. первая со второй, вторая — с третьей, третья — с четвертой и т. д. Последний узел соединяется с первым.

Каждая рабочая станция сети имеет свой адрес. Когда одна из станций получает запрос от другого узла, то она отправляет информацию в сеть, указав адрес получателя. Информация циркулирует в сети по кругу, пока не дойдет до адресата. Время между отправкой и получением сообщения увеличивается пропорционально числу узлов сети.

Кольцевая топология может быть очень эффективной, так как сообщения для различных узлов могут отправляться по кольцу друг за другом через малые промежутки времени. Также очень просто можно послать запрос сразу на все станции сети.

Прокладка кабелей может быть сложной и дорогостоящей в том случае, если физическое (территориальное) расположение узлов далеко от формы кольца, например, если рабочие станции расположены в одну линию.

Другая проблема, с которой приходится сталкиваться в сетях кольцевой топологии, заключается в том, что при выходе из строя хотя бы одной из станций останавливается работа всей сети. Это связано с тем, что каждый узел активно участвует в обмене информацией между всеми рабочими станциями.

С этой особенностью связана и необходимость кратковременного отключения сети для присоединения нового узла, так как во время его установки кольцо должно быть разомкнуто.

Данная проблема устраняется путем организации двойного кольца, когда дополнительные линии связи и переключающие устройства позволяют менять конфигурацию ЛВС.

Ограничения на протяженность сети такого типа определяются; расстоянием между двумя соседними станциями.

Отдельным видом кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она представляет собой кольцевое соединение подсетей, построенных по топологии типа «звезда». Отдельные «звезды» подключаются с помощью специальных коммутаторов. В зависимости от числа рабочих станций и длины проложенного между ними кабеля коммутаторы могут быть пассивными (разветвители) или активными, в состав которых входит усилитель.

Третий вид топологической структуры сети — шинная топология (рис.).

При шинной топологии все узлы сети подключены к единому информационному каналу — шине, по которому передаются данные от всех подключенных рабочих станций. При этом каждый узел сети может непосредственно вступать в контакт с любой другой рабочей станцией.

Подключение новых или отключение неисправных узлов сети; может происходить в любое время без нарушения работы сети в целом. Однако поиск неисправной станции Затруднен, так как по состоянию сети трудно судить о состоянии ее отдельных компонентов — функционирование всей сети не зависит от работы конкретной рабочей станции. При этом существует прямая зависимость работы сети от состояния самой шины и ее компонентов — любая неисправность главной магистрали парализует всю сеть.

Обычно при построении сети шинной топологии используется «тонкий» Ethernet-кабель с тройниковым разветвителем. При этом подключение новых узлов требует разрыва шины, что нарушает работу сети. Для того чтобы этого избежать, применяют пассивные штепсельные коробки, которые позволяют производить подключение или отключение рабочих станций во время работы ЛВС.

В сети с прямой передачей информации в каждый момент времени только одна станция обладает правом передачи информации. Для избежания столкновения информационных потоков, исходящих от различных узлов сети (коллизий), часто применяют метод разделения по времени. Этот метод означает, что каждая рабочая станция в определенный момент времени имеет преимущественное право на передачу данных. Подобный способ применяется не во всех сетевых технологиях, использующих шинную топологию. Это характерно для сетей Arknet. В сети Ethernet применяется другой способ разрешения конфликтов: при одновременной попытке передачи данных от различных узлов сети каждая рабочая станция «замирает» на случайный промежуток времени, а потом повторяет попытку передать сообщение.

В широкополосных ЛВС, где при передаче сообщений используется модуляция, для избежания коллизий применяется механизм частотного разделения: каждая рабочая станция получает частоту, на которой она может передавать и получать информацию. Циркулирующие в сети данные модулируются на соответствующей частоте. Для этого применяются модемы. Работа с широкополосными сообщениями позволяет передавать довольно большой объем информации.

Древовидная структура ЛВС (рис. 3.7) представляет собой комбинацию сетей, построенных по принципам уже описанных топологий: «звезда», «кольцо», «шина».

В этой топологической структуре все коммуникационные каналы («ветви дерева») сходятся в одной точке — «корне».

Вычислительные сети такого типа применяются там, где невозможно построение сетей какого-нибудь основного типа топологии.

Для подключения большого числа узлов сети применяют сетевые Усилители и (или) коммутаторы. Также применяются активные концентраторы — коммутаторы, одновременно обладающие и функциями усилителя. На практике используют два вида активных концентраторов: обеспечивающие подключение 8 или 16 линий.

Другой тип коммутационного устройства — пассивный концентратор, который позволяет организовать разветвление сети для трех рабочих станций. Малое число присоединяемых узлов означает, что пассивный концентратор не нуждается в усилителе. Такие концентраторы применяются в тех случаях, когда расстояние до рабочей станции не превышает нескольких десятков метров.

По сравнению с шинной или кольцевой топологией, древовидный тип обладает большей надежностью. Выход из строя одного из компонентов сети, в большинстве случаев, не оказывает влияния на общую работоспособность сети.

Рассмотренные выше топологии локальных сетей являются основными, т. е. базовыми. Реальные ЛВС строят, основываясь на задачах, которые призвана решить данная локальная сеть, и на структуре ее информационных потоков. Таким образом, на практике топология ЛВС представляет собой синтез традиционных типов топологий.

На основе различных типов коммутационного оборудования и топологических структур разработано несколько стандартов технологий построения локальных вычислительных сетей.