Топологии вычислительной сети

Топологии вычислительной сети. Топология типа звезда.

Концепция топологии сети в виде звезды пришла из области больших ЭВМ, в которой головная машина получает и обрабатывает все данные с периферийных устройств как активный узел обработки данных. Этот принцип применяется в системах передачи данных, например, в электронной почте RELCOM. Вся информация между двумя периферийными рабочими мес¬тами проходит через центральный узел вычислительной сети. рис.1 Топология в виде звезды Пропускная способность сети определяется вычислительной мощностью узла и гарантируется для каждой рабочей станции.

Коллизий (столкновений) данных не возникает. Кабельное соединение довольно простое, так как каждая рабочая станция связана с узлом. Затраты на прокладку кабелей высокие, особенно когда центральный узел географически расположен не в центре топологии. При расширении вычислительных сетей не могут быть использованы ранее выполненные кабельные связи: к новому рабочему месту необходимо прокладывать отдельный кабель из центра сети. Топология в виде звезды является наиболее быстродействующей из всех топологий вычислительных сетей, поскольку передача данных между рабочими станциями проходит через центральный узел (при его хорошей производительности) по отдельным линиям, используемым только этими рабочими станциями.

Частота запросов передачи информации от одной станции к другой невысокая по сравнению с достигаемой в других топологиях.

Производительность вычислительной сети в первую очередь зависит от мощности центрального файлового сервера. Он может быть узким ме¬стом вычислительной сети. В случае выхода из строя центрального узла нарушается работа всей сети. Центральный узел управления - файловый сервер может реализо¬вать оптимальный механизм защиты против несанкционированного доступа к информации. Вся вычислительная сеть может управляться из ее центра. Кольцевая топология. При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с дру¬гой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3 с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой.

Коммуникационная связь замыкается в кольцо. Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию). Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посы¬лает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос.

Пересылка сообщений является очень эффектив¬ной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по ка¬бельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличи¬вается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычисли¬тельную сеть. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информа¬ции, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется.

Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко. Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограниче¬ния на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями. Шинная топология.

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в сети. рис.3 Шинная топология Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функциони¬рование вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции.

В стандартной ситуации для шинной сети Ethernet часто используют тонкий кабель или Cheapernet-кaбeль с тройниковым соединителем. Выключение и особенно подключение к такой сети требуют разрыва шины, что вы¬зывает нарушение циркулирующего потока информации и зависание сис¬темы. Древовидная структура ЛВС. Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура.

Она образуется в основном в виде комбинаций вы¬шеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычис¬лительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются ком¬муникационные линии информации (ветви дерева). Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. рис.4 Древовидная структура 2.3. Сетевые устройства и средства коммуника¬ций. В качестве средств коммуникации наиболее часто используются витая пара, коаксиальный кабель, оптоволоконные линии.

При выборе типа кабеля учитывают сле-дующие показатели: — стоимость монтажа и обслуживания, — скорость передачи информации, — ограничения на величину расстояния передачи информации без дополни¬тельных усилителей-повторителей (репитеров), — безопасность передачи данных. Главная проблема заключается в одновременном обеспечении этих показате¬лей, например, наивысшая скорость передачи данных ограничена максимально воз¬можным расстоянием передачи данных, при котором еще обеспечивается требуемый уровень защиты данных.

Легкая наращивае¬мость и простота расширения кабельной системы влияют на ее стоимость. 2.3.1. Виды используемых кабелей. Витая пара. Наиболее дешевым кабельным соединением является витое двух¬жильное про¬водное соединение часто называемое "витой парой" (twisted pair). Она позволяет пе¬редавать информацию со скоростью до 10 Мбит/с легко наращивается, однако не защищена от помех.

Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 1 Мбит/с. Преимущест¬вами являются низкая цена и простота уста¬новки. Для повышения помехозащищенности информации часто используют экраниро¬ванную ви¬тую пару, т.е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку, подобно экрану коаксиального кабеля. Это увеличивает стоимость витой пары и при¬ближает ее цену к цене коаксиального кабеля. Еthernet-кабель. Ethernet-кабель также является коаксиальным кабелем с волновым сопротив¬лением 50 Ом. Его называют еще толстый Ethernet (thick), жел¬тый кабель (yellow ca¬ble) или 10BaseT5. Он использует 15-контактное стандартное включе¬ние. Вследствие помехозащищенности он является дорогой альтернативой обычным коаксиальным кабелям.

Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000 м. Ethernet-кабель, благодаря своей магистральной топологии, ис-пользует в конце лишь один нагрузочный резистор.

Сheapernеt-кабель. Более дешевым, чем Ethernet-кабель является соединение Cheaper¬net-кабель или, как его часто называют, тонкий (thin) Ethernet или 10BaseT2 . Это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в десять миллионов бит в секунду. При соединении сегментов Сhеарегnеt-кабеля также требуются по¬вторители. Вычислительные сети с Cheapernet-кабелем имеют небольшую стоимость и мини¬мальные затраты при наращивании. Соединения сетевых плат производится с помо¬щью широко используемых малогабаритных байо¬нетных разъемов (СР-50). Дополни¬тельное экранирование не требуется.

Ка¬бель присоединяется к ПК с помощью тройни¬ковых соединителей (T-connectors). Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей мо¬жет состав¬лять максимум 300 м, а общее расстояние для сети на Cheapernet-кабеля - около 1000 м. Приемопередатчик Cheapernet располо¬жен на сетевой плате и как для гальваниче¬ской развязки между адаптерами, так и для усиления внешнего сигнала Оптоволоконные линии.

Наиболее дорогими являются оптопроводники, называемые также стекловоло¬конным кабелем. Скорость распространения информации по ним достигает нескольких миллиардов бит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует. На данный момент это наиболее дорогостоящее соединение для ЛВС. Применяются они там, где возникают электромагнитные поля помех или требу¬ется передача информа¬ции на очень большие расстояния без использования повтори¬телей.

Они обладают противоподспушивающими свойствами, так как техника ответв¬ле¬ний в оптоволоконных кабелях очень сложна. Оптопроводники объединя¬ются в ЛВС с помощью звездообразного соединения. 3.3.2. Сетевая карта Платы сетевого адаптера выступают в качестве физического интерфейса, или соединения между компьютером и сетевым кабелем. Платы вставляются в специальные гнезда (слоты расширения) всех компьютеров и серверов. Чтобы обеспечить физическое соединение между компьютером и сетью, к соответствующему разъему, или порту, платы (после ее установки) подключают сетевой кабель.

Назначение платы сетевого адаптера: — подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю; — передача данных другому компьютеру; — управление потоком данных между компьютером и кабельной системой; — плата сетевого адаптера принимает данные из сетевого кабеля и переводит в форму, понятную центральному процессору компьютера. Плата сетевого адаптера состоит из аппаратной части и встроенных программ, записанных в ПЗУ (постоянном запоминающем устройстве). Эти программы реализуют функции подуровней управления логической связью и управление доступом к среде канального уровня модели OSI. 3.3.3. Разветвитель(HAB) Разветвитель служит центральным узлом в сетях с топологией «звезда». 3.3.4. Репитер При передаче по сетевому кабелю электрический сигнал постепенно ослабевает (затухает). И, искажается до такой степени, что компьютер перестает его воспринимать.

Для предотвращения искажения сигнала применяется репитер, который усиливает (восстанавливает) ослабленный сигнал и передает его дальше по кабелю.

Применяются репитеры в сетях с топологией «шина». 4.