Таким образом, можно сформулировать следующие отличительные при­знаки локальной сети

На практике нередко используют и комбинации базовых топологий, но большинство сетей ориентированы именно на эти три. Рассмотрим теперь кратко особенности перечисленных сетевых топологий.

Топология «шина»

Топология «шина» (или, как ее еще называют, «общая шина») самой сво­ей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования ком­пьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединений компьютеры могут передавать только по очереди, так как линия связи единственная, В противном случае передаваемая информация будет ис­кажаться в результате наложения (конфликта, коллизии). Таким обра­зом, в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, во по очереди, а не одновременно),

В топологии "шина» отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, что увеличивает ее надежность (ведь при отказе любого центра перестает функционировать вся управляемая этим центром система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети, В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединитель­ного кабеля по сравнению с другими топологиями. Правда, надо учесть, что к каждому компьютеру (кроме двух крайних) подходит два кабеля, что не всегда удобно,

Так как разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента, аппаратура сете­вого адаптера при топологии «шина» получается сложнее, чем при дру­гих топологиях. Однако из-за широкого распространения сетрй с тополо­гией «шина» (Ethernet, Arcnet) стоимость сетевого оборудования получается не слишком высокой.

Шине не страшны отказы отдельных компьютеров, так как все осталь­ные компьютеры сети могут нормально продолжать обмен. Может пока­заться, что шине не страшен и обрыв кабеля, поскольку в этом случае мы получим две вполне работоспособные шины. Однако из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи не­обходимо предусматривать включение на концах шины специальных со­гласующих устройств- терминаторов, показанных на рис. 1.1 В виде пря­моугольников. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Так что при разрыве или повреждении кабеля (например, мышами, которые почему-то очень любят грызть кабели сети) нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Подробнее о согласовании будет рассказано в специальном разделе книги. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть. Любой отказ сете­вого оборудования в шине очень трудно локализовать, так как все адап­теры включены параллельно, и понять, какой изних вышел из строя,нетак-то просто.

При прохождении по линии связи сети с топологией «шина» информаци­онные сигналы ослабляются н никак не восстанавливаются, что наклады­вает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи, кроме того, каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зави­симости от расстояния до передающего абонента. Это предъявляет допол­нительные требования к приемным узлам сетевого сборудования. Для уве­личения длины сети с топологией "шина" часто используют несколько сегментов (каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных восстановителей сигналов - репи­теров, или повторителей (на рис. 1.4 показано соединение двух сегментов).

Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться беско­нечно, так как существуют еще и ограничения, связанные с конечной ско­ростью распространения сигналов по линиям связи.

Топология «звезда»

«Звезда» - это топология с явно выделенным центром, к которому под­ключаются все остальные абоненты. Весь обмен информацией идет ис­ключительно через центральный компьютер, на который таким образом ложится очень большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии абонентов в данном случае го­ворить не приходится. Как правило, именно центральный компьютер яв­ляется самым мощным, и именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией «звезда» в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано, конфликтовать нечему.

Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера никак не отражается на функцио­нировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального ком­пьютера делает сеть полностью неработоспособной. Поэтому должны при­ниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры. Обрыв любого кабеля или корот­кое замыкание в нем при топологии «звезда» нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально про­должать работу.

В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных Чаще всего для их соединения используется дно линии связи, каждая из которых передает информацию только в одном направлении. Таким образом, на каждой ли­нии связи имеется только один приемник и один передатчик. Все это су­щественно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и из­бавляет от необходимости применения дополнительных внешних терминаторов. Проблема затухания сигналов в линии связи также реша­ется в "звезде" проще, чем в «шине», ведь каждый приемник всегда по­лучает сигнал одного уровня.

Серьезный недостаток топологии «звезда» состоит в жестком ограниче­нии количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслу­живать не более 16 периферийных абонентов. Если в этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, то при их превышении оно просто невозможно. Правда, иногда в звезде предусматривается воз­можность наращивания, то есть подключение вместо одного из перифе­рийных абонентов еще одного центрального абонента (в результате по­лучается топология из нескольких соединенных между собой звезд).

Звезда, показанная на рис. 1.2, носит название активной, или истинной звездой. Существует также топология, называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис, 1.5). В настоящее время она распространена гораздо больше, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в самой популярной на сегодняшний день сети Ethernet.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а концен­тратор, или хаб (hub), выполняющий ту же функцию, что и репитер. Он восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их в другие линии связи. Хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически мы имеем дело с шинной топологией, так как инфор­мация от каждого компьютера одновременно передается ко всем осталь­ным компьютерам, а центрального абонента не существует. Естественно, пассивная звезда получается дороже обычной шины, так как в этом слу­чае обязательно требуется еще и концентратор. Однако она предостав­ляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуще­ствами звезды. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную шину, которая считается мало перспектив­но и топологией.

Можно выделить также промежуточный тип топологии между активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только ретрансли­рует поступающие на него сигналы, но и производит управление обме­ном, однако сам в обмене не участвует.

Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности сети пу­тем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невоз можно, например, в случае шины), а также ограничивать доступ посто­ронних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К каждо­му периферийному абоненту в случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два ка­беля (каждый из них передает в одном направлении), причем вторая си­туация встречается чаще.

Общим недостатком для всех топологий типа «звезда» является значи­тельно больший, чем при других топологиях, расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как на рис. 1.1). то при выборе топологии «звезда» понадобится в несколько раз больше кабеля, чем при топологии «шина». Это может существенно повлиять на стоимость всей сети в целом.

Топология «кольцо»

«Кольцо» - это топология, в которой каждый компьютер соединен лини­ями связи только с двумя другими; от одного он только получает инфор­мацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в слу­чае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов. Важная осо­бенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера, поэтому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами коль­ца. Четко выделенного центра в данном случае нет, все компьютеры мо­гут быть одинаковыми. Однако довольно часто в кольце выделяется спе­циальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправ­ными (в отличие, например, от шинной топологии). Одни из них обяза­тельно получают информацию от компьютера, ведущего передачу в дан­ный момент, раньше, а другие - позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на «кольцо». В этих методах право на следующую переда­чу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру.

Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совершенно безболез­ненно, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае топологии «шина», максимальное количе­ство абонентов в кольце может быть довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно является самой устойчивой к перегруз­кам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конф­ликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды).

Так как сигнал в кольце проходит через все компьютеры сети, выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) наруша­ет работу всей сети в целом. Точно так же любой обрыв или короткое за­мыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозмож­ной, Кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в этой топологии обычно предусматривают прокладку двух (или более) парал­лельных линий связи, одна из которых находится в резерве.

В то же время крупное преимущество кольца состоит в том, что ретранс­ляция сигналов каждым абонентом позволяет существенно увеличить размеры всей сети в целом (порой до нескольких десятков километров). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топо­логии.

Недостатком кольца (по сравнению со звездой) можно считать то, что к каждому компьютеру сети необходимо подвести два кабеля.

Иногда топология «кольцо» выполняется на основе двух кольцевых ли­ний связи, передающих информацию в противоположных направлени­ях. Цель подобного решения - увеличение (в идеале - вдвое) скорости передачи информации. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).

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 (рис. 1.6), и пассивный (рис. 1.7). 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 (рис. 1-8) и звездно-кольцевая (рис, 1.9).

В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинации 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 топологи и может использоваться к 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 (изображенные на рис. 1.9 в виде прямоугольников), 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 (как показано на рис. 1.9). Данная топология позволяет комбиниро­вать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концен­траторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети,

Многозначность понятия топологии

Топология сети определяет не только физическое расположение компь­ютеров. но, что гораздо важнее, характер связей между ними, особеннос­ти распространения сигналов по сети. Именно характер связей опреде­ляет степень отказоустойчивости сети, требуемую сложность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом, возмож­ные типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (дли­на линий связи и количество абонентов), необходимость электрического заземления, более того, физическое расположение компьютеров, соединяемых сетью, вообще довольно слабо влияет на выбор топологии. Любые компьютеры, как бы они ни были расположены, всегда можно соединить с помощью любой заранее выбранной топологии (рис, 1,10).

В случае, когда соединяемые компьютеры расположены по контуру кру­га, они вполне могут соединяться звездой или шиной. Когда компьютеры расположены вокруг некоего центра, они вполне могут соединяться меж­ду собой шиной или кольцом. Наконец, когда компьютеры расположены в одну линию, они могут соединяться звездой или кольцом. Другое дело, какова будет требуемая для этого суммарная длина кабеля.

Когда в литературе упоминается о топологии сети, то могут подразуме­вать четыре совершенно разных повятия, относящихся к различным уров­ням сетевой архитектуры,

• Физическая топология (то есть схема расположения ком­пьютеров и прокладки кабелей). В атом смысле, например, пассивная звезда ничем не отличается от активной звезды, поэтому ее нередко называют просто "звездой".

• Логическая топология (то есть структура связей, характер распространения сигналов по сети). Это, наверное, наиболее правильное определение топологии,

• Топология управления обменом (то есть принцип и после­довательность передачи права на захват сети между отдель­ными компьютерами).

• Информационная топология (то есть направление потоков информации, передаваемой по сети).

Например, сеть с физической и логической топологией "шина" может в качестве метода управления использовать эстафетную передачу права захвата сети (то есть быть а этом смысле кольцом) и одновременно пере­давать всю информацию через один выделенный компьютер (5ыть в этом смысле звездой). Сеть с логической топологией «шина» может иметь фи­зическую топологию "звезда» (пассивная) или «дерево» (пассивное).

Сеть с любой физической топологией, логической топологией, топологи­ей управлеиия обменом может считаться звездой в смысле информаци­онной топологии, если она построена на основе одного-единственного сер­вера и нескольких клиентов, общающихся только с этим сервером. В этом случае справедливы все рассуждения о низкой отказоустойчивости сети к неполадкам центра (в данном случае - сервера). Точно так же любая сеть может быть названа шиной в информационном смысле, если она по­строена из компьютеров, являющихся одновременно как серверами, так и клиентами. Как и в случае любой другой шины, такая сеть будет мало чувствительна к отказам отдельных компьютеров.

Заканчивая обзор особенностей топологий локальных сетей, необходимо отметить, что топология все-таки не является основным фактором при выборе типа сети. Гораздо важнее, например, уровень стандартизации сети, скорость обмена, количество абонентов, стоимость оборудования, выбранное программное обеспечение. Но, с другой стороны, некоторые сети позволяют использовать разные топологии на разных у ровнях. Этот выбор уже целиком ложится на пользователя, который должен учиты­вать все перечисленные в данном разделе соображения.