Топология сети

Под топологией, или конфигурацией, понимают способ организации физических связей компьютеров и других сетевых компонентов.

Существуют пять основных разновидности топологий: шинная, звездная, кольцевая, ячеистая и древовидная.

Шинная топология реализуется кабелем, называемым магистралью или сегментом и прокладываемым от одного компьютера к другому в виде последовательной цепочки (рис.1).

Рис. 1. Шинная топология

С – сервер, ПК – компьютер, Т – терминатор

Все сигналы, передаваемые любым компьютером в сеть, идут по шине в обоих направлениях ко всем остальным компьютерам. Причем в каждый момент времени передачу может вести только один компьютер. Поэтому производительность такой сети зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Два конца шины должны быть «закрыты» при помощи электрических сопротивлений – терминаторов, обнуляющих напряжения, приходящие на эти концы, для того, чтобы сигналы не отражались и не уходили в обратном направлении.

Выход одного или нескольких компьютеров из строя никак не сказывается на работе сети. Дефект кабеля в любом месте его протяженности делит сеть на две части, не способные общаться между собой. Эту архитектуру использует сети, построенные на коаксиальных кабелях.

Звездная топология. При топологии звезда (рис. 2) все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному устройству, называемому концентратором (hub). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным.

ПК

Рис. 2. Звездная топология

В сетях с топологией звезда концентратор служит центральным узлом. Концентраторы делятся на активные и пассивные. Активные регенерируют и передают сигналы так же, как репитеры. Их называют многопортовыми повторителями. Обычно они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров. Активные концентраторы подключаются к электрической сети. К пассивным концентраторам относятся монтажные или коммутирующие панели. Они пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные концентраторы не надо подключать к электрической сети.

Недостатки этой топологии: дополнительный расход кабеля, установка концентратора. Главное преимущество этой топологии перед шиной – более высокая надежность. Выход из строя одного или нескольких компьютеров на работу сети не влияет. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора приводит к падению сети. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные передачи.

Кольцевая топология. Компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо (рис. 3). Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера (повторителя), усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому выход из строя хотя бы одного компьютера приводит к падению сети.

Рис. 3. Кольцевая топология

Способ передачи данных по кольцу называется передачей маркера. Маркер (token) – это специальная последовательность бит, передающаяся по сети. В каждой сети существует только один маркер. Маркер передается по кольцу последовательно от одного компьютера к другому до тех пор, пока его не захватит тот компьютер, который хочет передать данные. Передающий компьютер добавляет к маркеру данные и адрес получателя, и отправляет его дальше по кольцу. Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя. Затем принимающий компьютер посылает передающему сообщение, в котором подтверждает факт приема. Получив подтверждение, передающий компьютер восстанавливает маркер и возвращает его в сеть.

Ячеистая топология. Сеть с ячеистой топологией обладает высокой избыточностью и надежностью, так как каждый компьютер в такой сети соединен с каждым другим отдельным кабелем (рис. 4).

Рис. 5. Ячеистая топология

Сигнал от компьютера-отправителя до компьютера-получателя может проходить по разным маршрутам, поэтому разрыв кабеля не сказывается на работоспособности сети. Основной недостаток – большие затраты на прокладку кабеля, что компенсируется высокой надежностью и простотой обслуживания. Ячеистая топология применяется в комбинации с другими топологиями при построении больших сетей.

Древовидная топология рассматривается как комбинация нескольких «звезд». При активном варианте древовидной топологии в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном – концентраторы (хабы).

Рис. 6. Древовидная топология

а – активный вариант, б – пассивный вариант

Кроме базовых топологий существуют их комбинации – комбинированные топологии. Чаще всего используются две комбинированные топологии: «звезда-шина» и «звезда-кольцо». «Звезда-шина» – несколько сетей с топологией «звезда» объединяются при помощи магистральной линейной шины (к концентратору подключены компьютеры, а сами концентраторы соединены шиной). Выход из строя одного компьютера не сказывается на работе всей сети, а сбой в работе концентратора влечет за собой отсоединение от сети только подключенных к нему компьютеров и концентраторов. «Звезда-кольцо» – отличие состоит только в том, что концентраторы в «звезде-шине» соединяются магистральной шиной, а в «звезде-кольце» концентраторы подсоединены к главному концентратору, внутри которого физически реализовано кольцо.