Компьютерные сети

Топологии компьютерных сетей

Цель нашего урока

• Узнать что такое топология сети и их разновидности.

Ключевые слова

• Звезда
• Шина
• Кольцо
• Древа

задача

• Для того чтобы в процессе обмена информацией компьютеры Петра и Ивана могли найти друг друга в Интернете, существует единая система адресации.
• Как называется этот адрес?

Понятие сетевой топологии

топология – способ соединения компьютеров в сети

При организации компьютерной сети исключительно важным является выбор топологии. Это непростая задача! Чтобы решить ее необходимо знать какие бывают сетевые топологии.

Сетевая топология может быть:

• физической — описывает реальное расположение и связи между компьютерами

• логической — описывает хождение сигнала в рамках физической топологии

• информационной — описывает направление потоков информации, передаваемых по сети.

Существует множество способов соединения сетевых устройств (топологий), например:

• Линия
• Шина
• Кольцо
• Звезда
• Решётка
• Дерево

Базовые сетевые топологии:

• ШИНА
• КОЛЬЦО
• ЗВЕЗДА

На основе базовых топологий строится большинство компьютерных сетей

Но основных (базовых) топологий – три:

Топология типа шина , представляет собой общий кабель (называемый шина), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.

Преимущества и недостатки сетей с топологией «шина»

Преимущества

Простая в реализации и настройке

Недостатки

Недорогая (экономный расход кабеля)

Низкая надежность (обрыв кабеля выведет из строя всю сеть)

Низкая пропускная способность сети. Множество коллизий (столкновений) сигналов

Трудно удлинять сеть (необходимы повторители или репитеры)

Кольцо — это топология , в которой каждый компьютер соединен линиями связи с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает.

Последний компьютер подключается к первому и кольцо замыкается

Преимущества и недостатки сетей с топологией «кольцо»

Преимущества

Недостатки

Не нужны терминаторы (поскольку нет свободных концов)

Значительное время передачи (сигнал проходит через все компьютеры, прежде, чем дойдет до адресата)

Можно построить сеть большой протяженности (каждый компьютер выступает в роли повторителя)

Подключение новых компьютеров требует остановки сети

Устойчива к перегрузкам и эффективна в эксплуатации (отсутствуют коллизии)

Выход из строя хотя бы одного компьютера нарушает работу всей сети

Обрыв кабеля нарушает работу всей сети

Звезда — топология компьютерной сети, в которой все компьютеры присоединены к центральному узлу

Пассивная звезда

В центре сети с данной топологией содержится не компьютер, а концентратор (хаб), или коммутатор, он возобновляет сигналы, которые поступают, и пересылает их в другие линии связи.

Топологию пассивная звезда называют топология «звезда-шина»

Активная звезда

В центре сети содержится компьютер, который выступает в роли сервера.

Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом ложится очень большая нагрузка, потому ничем другим, кроме сети, он заниматься не может. 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, потому что управление полностью централизовано.

Преимущества и недостатки сетей с топологией «пассивная звезда»

Преимущества

Недостатки

Не нужны терминаторы

Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть

Высокая надежность (обрыв кабеля влияет только на один компьютер)

Больший расход кабеля, чем, например в «шине» и «кольцо»

Высокая защищенность сети

Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры

Преимущества и недостатки сетей с топологией «активная звезда»

Преимущества

Недостатки

Не нужны терминаторы

Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть

Высокая надежность (обрыв кабеля влияет только на один компьютер)

Затраты на обслуживание сервера

Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры

Высокая защищенность сети

Простота в обслуживании сети и устранении проблем (централизованный контроль и управление)

Другие возможные сетевые топологии

Древовидная топология

Эту топологию можно рассматривать, как объединение нескольких звезд.

Сетчатая (ячеистая) топология

Каждый компьютер сети соединяется со всеми или многими компьютерами этой же сети.

Характеризуется высокой отказоустойчивостью, сложностью настройки и преизбыточным расходом кабеля.

Каждый компьютер имеет множество возможных путей соединения с другими компьютерами. Обрыв кабеля не приведёт к потере соединения между двумя компьютерами.

Эта топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для крупных сетей.

Если узлы образуют регулярную многомерную решетку и каждое ребро решетки параллельно ее оси и соединяет два смежных узла вдоль этой оси, то такая топология называется «решетка»

Двойное кольцо — это сеть построенная на двух кольцах, соединяющих компьютеры с двумя сетевыми картами кольцевой топологией.

Для повышения отказоустойчивости, сеть строится на волоконно-оптических кольцах образующих основной и резервный путь для передачи данных. Первое кольцо используется для передачи данных, а второе не используется. При выходе из строя 1-го кольца оно объединяется со 2-м и сеть продолжает функционировать. Данные при этом по первому кольцу передаются в одном направлении, а по второму в обратном.

Смешанная топология

В таких сетях можно выделить отдельные фрагменты (подсети), имеющие базовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

Смешанная топология —преобладает в крупных сетях с произвольными связями между компьютерами.

Применяется достаточно часто и комбинированная топология, например звездно шинная, звездно кольцевая.

Выбор топологии сети

Факторы, которые необходимо учитывать:

• Имеющуюся кабельную систему и оборудование
• Месторасположение компьютеров и оборудования
• Размеры планируемой сети
• Объем и тип информации для совместного использования

При построении компьютерной сети, сначала необходимо определиться с топологией.

• Уже имеется сеть, которую можно просто расширить или есть только компьютеры
• Объединить компьютеры находящиеся в одном помещении нетрудно, а если они на разных этажах или в разных зданиях? Здесь необходимо тщательно продумать наилучшую конфигурацию
• Если компьютеров несколько, то структура сети будет довольно простой, а если их сотни и тысячи, то здесь вероятно придется использовать сложную гибридную топологию
• Если между компьютерами будут передаваться большие файлы (видео, музыка, графика), здесь необходима высокоскоростная сеть, способная без задержек передавать большие объемы информации

А что на практике?

Большинство современных сетей используют топологию «звезда» или гибридную топологию, объединяющую несколько звезд, например, типа «дерево»

Вопросы и задания

Задание: Определите топологии сетей, изображенных на схемах

Вопросы

• Что понимают под топологией сети?
• Какие компьютерные сетевые топологии вы запомнили?
• Назовите базовые сетевые топологии?
• Почему они называются базовые?
• Какие факторы надо учитывать при выборе той или иной топологии?

Аппаратное обеспечение сети в общем случае включает в себя:

• компьютеры (серверы и рабочие станции);
• сетевые платы (адаптеры);
• каналы связи;
• специальные устройства, поддерживающие   функционирование сети (маршрутизаторы, коммутаторы и.тд).

• Каждый компьютер подключается к сети с помощью сетевой платы — адаптера .
• К сетевой плате подключается сетевой кабель .
• В современных локальных сетях чаще всего применяют два типа сетевых кабелей:
• неэкранированная витая пара;
• волоконно-оптический кабель.

• Обычно выбор кабеля для сети зависит от следующих показателей:
• стоимость монтажа и обслуживания, скорость передачи данных,
• ограничение на величину расстояния передачи информации без дополнительных усилителей-повторителей, безопасность передачи данных.

• Витая пара представляет собой набор из восьми проводов, скрученных попарно таким образом, чтобы обеспечивать защиту от электромагнитных помех.
• Витая пара – наиболее дешевый вид кабеля. Витая пара позволяет осуществлять максимальную скорость передачи до 10 Мбит/с.
• Длина кабеля не должна превышать 1000 метров, причем скорость передачи данных при этом не превысит 1 Мбит/с. Для повышения помехозащищенности используют экранированную витую пару.
• Каждая витая пара соединяет с сетью только один компьютер, по­этому нарушение соединения сказывается только на этом компьютере, что позволяет быстро находить  и устранять неисправности.

• Волоконно-оптические кабели передают данные в виде световых им­пульсов по стеклянным проводам. Волоконно-оптические кабели обеспечивают наивысшую скорость передачи; они более надежны, так как не подвержены электромагнитным помехам.
• Оптический кабель очень тонок и гибок, что делает его транспортировку более удобной по сравнению с более тяжелым медным кабелем. Скорость передачи данных по оптическому кабелю составляет сотни тысяч мегаби­тов в секунду, что примерно в тысячу раз быстрее, чем по проводам витой пары.
• Оптоволоконная линия – наиболее дорогой на сегодня вид соединения, но скорость распространения информации в ней достигает нескольких гигабит в секунду при допустимом удалении до 50 километров. При этом линии связи, построенные на применении оптоволокна, практически не чувствительны к электромагнитным помехам.

• Помимо кабелей и сетевых адаптеров, в локальных сетях на витой паре используются другие сетевые устройства — концентраторы, коммутаторы и маршрутизаторы.

• Концентратор (называемый также хаб) — устройство, объединяющее несколько (от 5 до 48) ветвей звездообразной локальной сети и передающее информационные пакеты во все ветви сети одинаково.

• Коммутатор (свич) делает то же самое, но, в отличие от концентратора, обеспечивает передачу пакетов в заданные ветви. Это обеспечивает оптимизацию потоков данных в сети и повышение защищенности от несанкционированного проникновения.

• Маршрутизатор (роутер)— устройство, выполняющее пересылку данных между двумя сетями, в том числе между локальными и глобальными сетями. Маршрутизатор, по сути, является специализированным микрокомпьютером, имеет собственный процессор, оперативную и постоянную память, операционную систему.

• Компьютеры могут сообщаться друг с другом, потому что существуют наборы правил, или протоколы , которые помогают компьютерам понимать друг друга. Протоколы  необходимы для того, чтобы процесс связи проходил без ошибок. Протоколы помогают определить, как отправляется информация и как ее получить.