Разбираемся с основными топологиями компьютерных (локальных) сетей

before—>

В математике топология это область геометрии для изучения фигур, которые непрерывно изменяясь сохраняют основное свойство. Раньше её называли «Теорией точечных множеств» или «Анализом положения». Компьютерщики заимствовали название и охарактеризовали им размещение компьютеров и периферийных устройств, и системы взаимодействия между ними.

p, blockquote<dp>1,0,0,0,0—>

p, blockquote<dp>2,0,0,0,0—>

Что понимается под топологией локальной сети

h2<dp>1,0,0,0,0—>

Программирование и построение компьютерных сетей выросли из математики и поэтому унаследовали математические расчеты и схематику построения устройств и связей. А самим термином топология сети охарактеризовали расположение и схему связей между устройствами. Устройствами выступают компьютеры, концентраторы, роутеры, серверы, принтеры и прочая вспомогательная электроника. Кроме расположения устройств, топология обуславливает компоновку кабелей, варианты размещения коммутирующего оборудования, систему обмена сигналами и прочие запросы потребителей компьютерных технологий.

p, blockquote<dp>3,0,0,0,0—>

Соединение в сети вызвано необходимостью объединения ресурсов компьютеров, экономией на периферийных устройствах, и как следствие решением комплексных задач. Исходя из конкретных предполагаемых задач и выстраивается топология компьютерной сети. Существуют семь основных видов соединений.

p, blockquote<dp>4,0,0,0,0—>

Виды и примеры топологий компьютерных сетей

h2<dp>2,0,0,0,0—>

Первоначально использовали три базовых вида топологий это шина, кольцо и звезда. С развитием технологий прибавились ещё четыре – полносвязная, ячеистая, дерево и смешанная.

p, blockquote<dp>5,0,0,0,0—>

Топология шина

h3<dp>1,0,0,0,0—>

Пожалуй наиболее простая и старая топология локальных сетей. Простота обусловлена наличием всего одной магистрали (кабеля) к которой соединены все устройства. Сигналы передаваемые одним, могут получать все. При этом отдельный компьютер отфильтровывает и принимает необходимую только ему информацию.

p, blockquote<dp>6,0,0,0,0—>

p, blockquote<dp>7,0,0,0,0—>

Достоинства такой схемы:

p, blockquote<dp>8,0,0,0,0—>

• простое моделирование;
• дешевизна конструкции, при условии, что все устройства располагаются недалеко друг от друга;
• поломка одного или даже нескольких устройств не влияет на работоспособность остальных элементов сети.

Недостатки шины:

p, blockquote<dp>9,0,1,0,0—>

• неполадки на любом участке, а это обрыв шины или поломка сетевого коннектора нарушают работы всей системы;
• сложность ремонтных работ, прежде всего определения места неисправности;
• очень низкая производительность – в каждый момент только одно устройство передаёт данные остальным, увеличение числа приборов ведёт к существенному снижению производительности;
• сложность расширения сети, для этого приходится полностью заменять участки кабеля.

Именно из-за этих недостатков такие сети морально устарели, не обеспечивают современных требований обмена данными и фактически не применяются. По такой топологии создавались первые локальные сети. Роль шины в таких схемах выполнял коаксиальный кабель. Его прокладывали ко всем компьютерам и возле каждого соединяли т-образным штекером (тройником).

p, blockquote<dp>10,0,0,0,0—>

Топология кольцо

h3<dp>2,0,0,0,0—>

В «кольце» устройства подключены последовательно по кругу и по эстафете передают информацию. Четко выделенного центра нет и все приборы практически равнозначны. Если сигнал не предназначен компьютеру, он его транслирует следующему и так до конечного потребителя.

p, blockquote<dp>11,0,0,0,0—>

p, blockquote<dp>12,0,0,0,0—>

Достоинства соединения кольцом:

p, blockquote<dp>13,0,0,0,0—>

• простота компоновки;
• возможность построения длинных сетей;
• не возникает необходимости в дополнительных устройствах;
• устойчивая работа с хорошей скоростью даже при интенсивной передаче данных.

Но кольцевое соединение имеет и ряд недостатков:

p, blockquote<dp>14,0,0,0,0—>

• каждый компьютер должен быть в рабочем состоянии и участвовать в трансляции, при обрыве кабеля или поломки одного устройства – сеть не работает;
• на время подсоединения нового прибора схема полностью размыкается, поэтому требуется полное отключение сети;
• сложное моделирование и настройка соединений;
• сложный поиск неисправностей и их устранение.

Основное применение кольца получили при создании соединений для удаленных друг от друга компьютеров, установленных в противоположных концах и на разных этажах зданий. Работают такие сети по специально разработанному стандарту Token Ring (802.5). Для надёжности и повышения объёмов обмена информацией монтируют вторую линию. Она используется либо как аварийная, либо по ней передаются данные в противоположном направлении.

p, blockquote<dp>15,0,0,0,0—>

Топология звезда

h3<dp>3,0,0,0,0—>

Самая распространённая и технологичная система создания сетей. Командует всем сервер, контроллер или коммутатор. Все компьютеры как лучи подсоединены к нему. Общение между ними происходит только через центральное устройство. Топология сети в которой все компьютеры присоединены к центральному узлу стала основой для построения современных офисных локальных сетей.

p, blockquote<dp>16,0,0,0,0—>p, blockquote<dp>17,0,0,0,0—>

В качестве узла используются активные или пассивные коммутаторы. Пассивный, это просто коробка соединения проводов не требующая питания. Активный коммутатор соединяет схему проводной или беспроводной технологией и требует подключения к питанию. Он может усиливать и распределять сигналы. Топология сети звезда обрела популярность благодаря множеству достоинств:

p, blockquote<dp>18,0,0,0,0—>

• высокая скорость и большой объём обмена данными;
• повреждение передающего кабеля или поломка одного элемента (кроме центрального) не снижает работоспособность сети;
• широкие возможности для расширения, достаточно смонтировать новый кабель или настроить доступ на коммутаторе;
• простая диагностика и ремонт;
• легкий монтаж и сопровождение.

Как и большинство сетей, соединение звезда имеет ряд недостатков, все они связаны с необходимостью использования центрального коммутатора:

p, blockquote<dp>19,1,0,0,0—>

• дополнительные затраты;
• он же — слабое звено, поломка приводит к неработоспособности всего оборудования;
• число подключаемых устройств и объём передаваемой информации зависит от его характеристик.

Несмотря на недостатки звезда широко используется при создании сетей на больших и маленьких предприятиях. А соединяя между собой коммутаторы получают комбинированные топологии.

p, blockquote<dp>20,0,0,0,0—>

Полносвязная или сеточная топология

h3<dp>4,0,0,0,0—>

В полносвязной системе все устройства соединены между собой отдельным кабелями, образующими сетку. Это очень надёжная схема коммуникации. Но целесообразна только при малом количестве соединяемых приборов, работающих с максимальной загрузкой. С ростом количества оборудования резко возрастает число прокладываемых коммуникаций. Поэтому широкого распространения не получила, в отличие от своей производной – частичной сетки.

p, blockquote<dp>21,0,0,0,0—>p, blockquote<dp>22,0,0,0,0—>

Ячеистая топология

h3<dp>5,0,0,0,0—>

Частичная сетка или ячеистая топология напрямую связывает только обменивающиеся самыми большими объёмами данных и самые активные компьютеры. Остальные общаются посредством узловых коммутаторов. Сетка соединяющая ячейки, выбирает маршруты для доставки данных, обходя загруженные и разорванные участки.

p, blockquote<dp>23,0,0,0,0—>p, blockquote<dp>24,0,0,0,0—>

Преимущества частичной сети:

p, blockquote<dp>25,0,0,0,0—>

• надежность, при отказе отдельных каналов коммутации будет найден альтернативный путь передачи данных;
• высокое быстродействие, так как основной поток данных передается по прямым линиям.

Недостатки ячеистой технологии:

p, blockquote<dp>26,0,0,0,0—>

• стоимость монтажа и поддержания достаточно высока, т.к. несмотря на частичность сетки всё равно требуется большое количество коммутационных линий;
• трудность построения и коммутирования сети при большом количестве соединяемых устройств.

Из-за дороговизны и сложности построения применяется в основном для построения глобальных сетей.

p, blockquote<dp>27,0,0,0,0—>

Топология дерево

h3<dp>6,0,0,0,0—>

Эта топология является комбинацией нескольких звёзд. Архитектура построения предусматривает прямое соединение пассивных или активных коммутаторов.

p, blockquote<dp>28,0,0,1,0—>p, blockquote<dp>29,0,0,0,0—>

Такой тип топологии чаще всего используют при монтаже локальных сетей с небольшим количеством приборов, в основном при создании корпоративных коммутаторов. Совмещает довольно низкую стоимость и очень хорошее быстродействие. Особенно при комбинировании различных линий передач — сочетании медных и волоконных кабельных систем, и применении управляемых коммутаторов.

p, blockquote<dp>30,0,0,0,0—>

Смешанная топология

h3<dp>7,0,0,0,0—>

Чистое применение какой-то одной топологии редкое явление. Очень часто с целью экономии на коммутационных линиях применяют смешанные схемы. Самыми распространенными из которых являются:

p, blockquote<dp>31,0,0,0,0—>

1. Звёздно — кольцевая.
2. Звёздно — шинная.

В первом случае компьютеры объединены в звёзды посредством коммутаторов, а они уже закольцованы. По сути все без исключения компьютеры заключены в круг. Такое соединение умножает достоинства обеих сетей, так как коммутаторы собирают в одну точку все подключенные устройства. Они могут просто передавать или усиливать сигнал. Если рассмотреть систему технологии распространения данных, то такая топология подобна обычному кольцу.

p, blockquote<dp>32,0,0,0,0—>

В звёздно — шинной сети комбинируется топология шин и звёзд. К центральному устройству соединяют единичные компьютеры и сегменты шин. При такой топологической схеме можно использовать несколько центральных устройств, из которых собирают магистральную шину. В конечном результате собирается звёздно — шинная схема. Пользователи могут одновременно использовать звёздную и шинную топологии, и легко дополнять компьютеры.

p, blockquote<dp>33,0,0,0,0—>

Смешанные соединяют в себе все плюсы и минусы составляющих их видов топологий локальных сетей.

p, blockquote<dp>34,0,0,0,0—>

Программы для создания топологий сети

h2<dp>3,0,0,0,0—>

Для создания и корректировки написано много программ. Среди самых распространённых и наиболее удобных выделяются следующие:

p, blockquote<dp>35,0,0,0,0—>

• Microsoft Visio
• eDraw Max
• Схема Сети
• Векторный 2D-редактор CADE для Windows
• Diagram Designer
• Concept Draw Pro
• Dia
• Cisco Packet Tracer LanFlow
• NetProbe
• Network Notepad

Некоторые бесплатные, а за многие придётся заплатить. Но даже у большинства платных есть пробный период, за который можно понять подойдёт она или нет.

p, blockquote<dp>36,0,0,0,0—>p, blockquote<dp>37,0,0,0,0—> p, blockquote<dp>38,0,0,0,1—>

Топология является самым важным фактором быстродействия и надёжности коммуникаций. При этом всегда можно комбинировать основными схемами топологий для того, чтобы добиться наилучшего результата. Важно знать и помнить, как преимущества и недостатки каждого соединения влияют на проектируемую или эксплуатируемую топологическую сеть. Поэтому схему нужно заранее тщательно планировать.

after—></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp></dp>Используемые источники:

• https://zvondozvon.ru/tehnologii/topologiya-setei