Принципы организации и основные топологии вычислительных сетей. Принципы построения сетей

знать: логическую архитектуру компьютерных сетей; базовые виды топологий, систему имен в Интернете

 

Топология сети

Топология сети — это способ соединения компьютеров. Локальные сети обычно строят на базе топологий: общая шина, звезда, дерево, кольцо. Для глобальных сетей характерна ячеистая топология.

Общая шина

При таком соединении все компьютеры подсоединяются к общему кабелю.

Общая шина

Рабочие станции обмениваются данными друг с другом, сервер оказывает дополнительные услуги: предлагает место на своем жестком диске, принтеры, сканеры, факсы, другие подключенные к нему устройства, организует различные сетевые службы (почта, файловые архивы, тематические страницы, доски объявлений, новостные группы, форумы, чаты, конференции…).

По протоколу Ethernet сигнал от одного сетевого узла (рабочей станции или сервера) передается по общему кабелю, и его “слышат” все другие узлы. Передачу узел начинает лишь тогда, когда в сети “тихо” — мешать чужой передаче запрещено.

Сеть с такой организацией называется Ethernet-сетью с разделяемой средой (см. “Ethernet”).

Сети, имеющие топологию общая шина, требуют небольшого количества кабеля, но труднее поддаются диагностике и ремонту по сравнению с сетями, построенными по схеме звезда.

Звезда

На рисунке показан пример построения Ethernet-сети по схеме звезда. Все рабочие станции сети и сервер подсоединяются к портам (разъемам) специального устройства под названием хаб (от англ. hub — концентратор).

Звезда

Поступающий на порт хаба пакет транслируется на все остальные его порты, поэтому сеть с хабом является сетью с разделяемой средой, как и сеть с общей шиной (разделяемая среда состоит из сегментов кабеля, соединенных хабом).

Сети с топологией звезда надежны, ведь разрыв кабеля на отдельном узле никак не влияет на работу остальной части сети.

Дерево

Дерево — иерархическое соединение узлов, исходящее из общего узла-корня. Между двумя любыми узлами в такой сети существует только один маршрут.

На рисунке показан пример Ethernet-сети с иерархической структурой. Корневой хаб объединяет подсети подразделений одного предприятия:

Дерево

Иерархическая сеть, построенная на хабах, по-прежнему остается сетью с одной разделяемой средой, и принцип ее работы такой же, как у сети с общей шиной: пакет от одного узла транслируется на все остальные узлы этой сети.

Когда среду разделяют много пользователей, дождаться “тишины” для начала передачи может оказаться сложно. Поэтому для больших сетей вместо хаба используют другое устройство — коммутатор.

Коммутатор, как и хаб соединяет узлы сети своими портами. Но в отличие от хаба устройство наделено “интеллектом” (программным обеспечением): коммутатор передает данные только в тот порт, на котором расположен получатель.

Таким образом, коммутатор делит сеть на отдельные разделяемые среды, повышая скорость работы сети в целом.

На рисунке показан вариант сети предприятия. В ней корневой хаб заменен коммутатором. Теперь каждое подразделение имеет свою разделяемую среду, независимую от разделяемых сред других подразделений:

Дерево с коммутатором в корне

Сообщение передается за пределы подразделения лишь тогда, когда это действительно необходимо (серверу или пользователю другого подразделения).

Кольцо

Кольцо — топология, в которой каждый узел сети соединен с двумя другими узлами, образуя кольцо (петлю). Данные передаются от одного узла к другому в одном направлении (по кольцу). Каждый компьютер работает как повторитель, ретранслируя сообщение к следующему компьютеру.

Кольцо

В такой сети одна разделяемая среда, но принцип ее работы отличается от принципа работы разделяемой среды Ethernet.

Изначально по кольцу передается специальное сообщение-маркер (другое название: токен) — признак свободной среды. Узел может начать передачу лишь тогда, когда получает маркер. Теперь вместо маркера по кольцу следует пакет с данными. Получатель пакета выполняет обратную операцию: заменяет пакет маркером — сеть снова свободна.

По описанному выше алгоритму работают сети, построенные по технологиям Token Ring и FDDI.

В кольцо можно включить и сервер, тогда он будет оказывать пользователям дополнительные услуги.

Ячеистая сеть

Топология, которая более характерна для глобальных сетей. Ее отличительный признак: между парой узлов существует более одного маршрута. Для выбора оптимального пути применяются специальные устройства — маршрутизаторы (хабы и коммутаторы не работают, когда в сети есть петли).

Ячеистая сеть

Ячеистые сети — это сети с коммутацией пакетов, то есть такие, в которых пакеты не “разбрасываются” по всем направлениям (как в сетях Ethernet с разделяемой средой), а целенаправленно “проталкиваются” от узла к узлу по направлению к пункту назначения.

За продвижение пакетов в такой сети отвечают маршрутизаторы. Маршрутизатор — сетевое устройство (отдельное или на обычном компьютере), которое подобно коммутатору соединяет (коммутирует) узлы сети в том случае, когда это необходимо для передачи пакета. Но в отличие от коммутатора маршрутизатор способен работать в ячеистых сетях и выбирать из разных вариантов наиболее рациональный маршрут для продвижения пакета к пункту назначения.