[Основы сетей] 4.2. Сетевая топология

/ Основы сетей

Сетевая топология

Во многих русскоязычных источниках применяется термин "Логическая структуризация сети" и " Физическая структуризация сети"

Сетевая топология делится на 2 категории: физическая и логическая.

  • Физическая топология — определяет расположение монтажных соединений сети. Она задает схему соединения элементов сети между собой (имеются в виду электрические соединения). Физическая топология определяет, что произойдет в сети при выходе из строя какого-либо узла. Где находятся узлы, какие сетевые промежуточные устройства используются и где они стоят, какие сетевые кабели (оптические, UTP, коаксиальные), радиоканалы используются, как они протянуты (направлены) и в какой порт подключеы.

  • Логическая топология — представляет собой логическую структуру сети. Такая схема определяет, как элементы сети взаимодействуют между собой, как передается информация в сети, и какой путь она при этом преодолевает, каким путем будут идти пакеты в нашей физической топологии.

Во многих источниках при описании сетевой топологии упоминают компьютеры и сетевые провода. Оптический кабель, радиоканал, инфракрасный, коаксиальный кабель - всё это может присутствовать в сетевой топологии на физическом уровне. Помимо компьютеров участвуют и другие сетевые устройства, у которых присутствует сетевой интерфейс. Это и игровая приставка, сервер, WI-FI точка доступа, "умный" чайник или холодильник, и коммутатор, хаб, маршрутизатор.

Полносвязная топология

Все устройства связаны напрямую друг с другом. То есть с каждого на каждый. Данная модель является, пожалуй, самой отказоустойчивой, так как не зависит от других. Но строить сети на такой модели сложно и дорого. Так как в сети, в которой минимум 1000 компьютеров, придется подключать 1000 кабелей на каждый компьютер.

Полносвязанная топология применяется в промышленной (например, АЭС, авиация) и военной сфере для надёжного резервирования и дублирования систем. На АТС машины управления также соединены по этой топологии.

Неполносвязная

Неполносвязных топологий существует несколько. В них, в отличие от полносвязных , может применяться передача данных не напрямую между компьютерами, а через дополнительные узлы.

Топология с общей шиной

Одна из первых физических топологий. Суть состояла в том, что к одному длинному кабелю (коаксиальному, как антенный провод) подсоединяли все устройства и организовывали локальную сеть. На концах кабеля требовались терминаторы. Как правило — это было сопротивление на 50 Ом, которое использовалось для того, чтобы сигнал не отражался в кабеле. Преимущество ее было только в простоте установки. С точки зрения работоспособности была крайне не устойчивой. Если где-то в кабеле происходил разрыв, то вся сеть оставалась парализованной, до замены кабеля.

Преимущества сетей шинной топологии:

  • расход кабеля существенно уменьшен
  • отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;
  • сеть легко настраивать и конфигурировать;
  • сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.

Недостатки сетей шинной топологии:

  • разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети;
  • ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;
  • недостаточная надежность сети из-за проблем с разъемами кабеля;
  • низкая производительность, обусловлена разделением канала между всеми абонентами.

Современные примеры топология шина:

  • USB (Universal Serial Bus) — «универсальная последовательная шина» — последовательный интерфейс для подключения периферийных устройств к вычислительной технике.
  • RS-485 дифференциальная линия связи типа «общая шина».
  • CAN (англ. Controller Area Network — сеть контроллеров) — стандарт промышленной сети, ориентированный, прежде всего, на объединение в единую сеть различных исполнительных устройств и датчиков. Режим передачи — последовательный, широковещательный, пакетный.

Кольцевая топология


Практически во всех источниках кольцевую топологию описывают применительно к сети, где сетевой средой является коаксиальный кабель со всеми вытекающими недостатками. Описание звучит, примерно, так:

В данной топологии каждое устройство подключается к двум соседним. Создавая, таким образом, кольцо. Здесь логика такова, что с одного конца компьютер только принимает, а с другого только отправляет. То есть, получается передача по кольцу и следующий компьютер играет роль ретранслятора сигнала. За счет этого нужда в терминаторах отпала. Соответственно, если где-то кабель повреждался, кольцо размыкалось и сеть становилась не работоспособной. Для повышения отказоустойчивости, применяют двойное кольцо, то есть в каждое устройство приходит два кабеля, а не один. Соответственно, при отказе одного кабеля, остается работать резервный.
Сети на основе коаксиального кабеля давно себя изжили, и появились новые технологии, где используется топология кольца. Например, сети SDH и DWDM, где в полной мере используется прекрасная резервируемость сети при небольших затратах. Если происходит обрыв в любом месте кольца, сеть мгновенно автоматически задействует обходные пути по оставшемуся тракту.

Топология звезда

Все устройства подключаются к центральному узлу, который уже является ретранслятором. В наше время данная модель используется в локальных сетях, когда к одному коммутатору подключаются несколько устройств, и он является посредником в передаче. Здесь отказоустойчивость значительно выше, чем в предыдущих двух. При обрыве, какого либо кабеля, выпадает из сети только одно устройство. Все остальные продолжают спокойно работать. Однако если откажет центральное звено, сеть станет неработоспособной.

Преимущества сетей топологии звезда:

  • легко подключить новый ПК;
  • имеется возможность централизованного управления;
  • сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.

Недостатки сетей топологии звезда:

  • отказ хаба влияет на работу всей сети;
  • большой расход кабеля.

Смешанная топология

Самая популярная топология, которая объединила все топологии выше в себя. Представляет собой древовидную структуру, которая объединяет все топологии. Одна из самых отказоустойчивых топологий, так как если у двух площадок произойдет обрыв, то парализована будет связь только между ними, а все остальные объединенные площадки будут работать безотказно. На сегодняшний день, данная топология используется во всех средних и крупных компаниях.

Ячеистая топология

Получается из полносвязной топологии путём удаления некоторых связей. Допускает соединения большого количества компьютеров и характерна для крупных сетей.

И дополнительные (производные):

  • Двойное кольцо
  • Решётка
  • Дерево
  • Fat Tree
  • Сеть Клоза
  • Снежинка
  • и другие …

Дополнительные способы являются комбинациями базовых. В общем случае такие топологии называются смешанными или гибридными, но некоторые из них имеют собственные названия, например, «дерево».