Топологии сети

Как Вы знаете, топология сети — это схема соединения компьютеров и других сетевых устройств с помощью кабеля или другой сетевой среды. Вопросы об основных топологиях и их параметрах на экзаме­не Network+ встретятся Вам обязательно. Сетевая топология непос­редственно связана с используемым типом кабеля. Нельзя выбрать кабель определенного типа и использовать его в сети с произвольной топологией. Однако Вы вольны создать несколько ЛВС с разными кабелями и топологиями и соединить их с помощью мостов, комму­таторов и маршрутизаторов. При выборе кабеля и других сетевых ком­понентов топология всегда будет одним из важнейших критериев.

Основные сетевые топологии — «шина», «звезда» и «кольцо». Но Вам понадобятся также знания о таких дополнительных топологиях, как «иерархическая звезда» (hierarchical star), ячеистая (mesh) и бес­проводная (wireless).

Топология «шина»

В сети с топологией «шина» (bus) компьютеры расположены на одной линии, при этом каждая система последовательно соединена кабелем со следующей системой (рис. 2.1) Раньше в системах Ethernet топо­логия «шина» использовалась с коаксиальным кабелем, но теперь сети такого типа встречаются нечасто. В зависимости от типа кабеля различают «толстый» (thick) и «тонкий» (thin) Ethernet. В сетях типа «толстый» Ethernet компьютеры подключаются к общему коаксиаль-

ному кабелю с помощью кабелей меньшего размера, называемых ка­белями AUI (Attachment Unit Interface) или трансиверами (см. верх­нюю часть рис. 2.1). В сети типа «тонкий» Ethernet компьютеры свя­заны друг с другом отдельными отрезками коаксиального кабеля меньшей толщины (см. нижнюю часть рис. 2.1).

ПримечаниеТрансивер (transceiver) — интегральный компонент сете­вого интерфейса, отвечающий как за передачу данных по сети, так и за их прием. «Толстый» Ethernet — единственная форма сети Ethernet, в которой трансивер отделен от сетевого адаптера. Трансивер подключа­ется к коаксиальному кабелю с помощью так называемого «вампира» (vampire tap), получившего свое имя за металлические зубья, которые пронзают изоляцию кабеля до непосредственного контакта с медной жилой. К сетевому адаптеру трансивер подключается с помощью AUI-кабеля. Во всех других стандартах физического уровня сети Ethernet трансиверы интегрированы в сетевые платы и не требуют использова­ния отдельных AUI-кабелей.

Когда один из компьютеров сети передает данные, сигналы дви­жутся по кабелю в обоих направлениях, достигая всех остальных си­стем. В сети с топологией «шина» всегда два свободных окончания, которые необходимо особым образом блокировать. Для сброса при­ходящего сигнала установите на концы шины специальные уст­ройства — терминаторы (terminator). Без терминатора сигнал, дос­тигший конца шины, будет отражаться и создавать помехи сигналам, переданным позднее.

Работа сети с топологией «шина» демонстрируется в видео­ролике BusTopology из папки Demos на прилагаемом к книге компакт-диске.

Главная беда топологии «шина» в том, что разрыв кабеля или вы­ход из строя единственного разъема или терминатора нарушают фун­кциональность системы в целом Сигнал, который не может пройти дальше определенной точки, недосягаем для всех компьютеров» рас­положенных за ней. Кроме того, разорванный кабель — это конечная точка сети без терминатора. В той части сети, по которой перемеща­ется переданный сигнал, на него может повлиять сигнал, отражен­ный от точки разрыва. Все это объясняет, почему сети с топологией «шина» сейчас почти не используются.

Сбой в сети с топологией «шина» демонстрируется в видео­ролике BusFailure из папки Demos на прилагаемом к книге компакт-диске.

Топология «звезда»

В отличие от сети с топологией «шина», в которой компьютеры со­единены последовательно, в сети с топологией «звезда» есть централь­ный узел — хаб (hub), или концентратор (concentrator). Каждый ком­пьютер подсоединяется к концентратору отдельным кабелем (Р^ис- 2.2). Топология «звезда» сейчас используется в большинстве сетей Ethernet, а также в сетях с другими протоколами. В сети с такой топологией могут применяться кабели нескольких различных видов, в том числе «витая пара» и оптоволокно.

Топология «звезда» обычно используется в сетях Ethernet на осно­ве кабеля UTP. Функционально в ней, как и в топологии «шина», ис­пользуется общая сетевая среда. Хотя каждый компьютер подсоеди­нен к концентратору собственным кабелем, концентратор передает поступающие в него сигналы на все порты. Поэтому сигнал, пере­данный одним компьютером, поступает на все остальные компьюте­ры ЛВС.

Основное преимущество топологии «звезда» в том, что у каждого компьютера имеется собственное соединение с концентратором. Вы­ход из строя кабеля или разъема отражается на работе только одного компьютера. Недостатком топологии «звезда» является использова­ние дополнительного оборудования — концентратора. При неисправ­ности концентратора «падает» вся система. Однако случается такое довольно редко, т. к. концентратор — это относительно простое уст­ройство, которое к тому же обычно устанавливают в закрытом поме­щении.

Работа сети с топологией «звезда» демонстрируется в видео­ролике StarTopologyиз папки Demos на прилагаемом к книге компакт-диске.

Топология «иерархическая звезда»

Может показаться, что размер сети Ethernet с топологией «звезда» ограничен количеством портов в концентраторе. Но, когда Ваша сеть достигнет этого предела, ее можно расширить, добавив второй кон­центратор, а иногда и третий, и четвертый. Чтобы подключить к сети с топологией «звезда» второй концентратор, подсоедините его к пер­вому концентратору с помощью обычного кабеля и специального кас­кадирующего (uplink) порта на одном из концентраторов (рис. 2.3). Так создается сеть с топологией «иерархическая звезда» (hierarchical star), которую иногда называют также сетью с древовидной структурой (branching tree network). В обычную сеть Ethernet со скоростью пере­дачи 10 Мбит/сек таким способом можно включить до четырех кон­центраторов, а в сеть Fast Ethernet — как правило, только два.

Топология «кольцо»

Сеть с топологией «кольцо» похожа на сеть с топологией «шина»: ло­гически компьютеры в ней также соединены друг с другом последо­вательно. Отличие заключается в том, что в топологии «кольцо» два конца кабеля соединены вместе. Сигнал, сгенерированный одним из компьютеров, движется по кольцу ко всем остальным компьютерам и в конце концов возвращается в исходную точку. Топология «кольцо» применяется в сетях, в которых управление доступом к среде (см. за­нятие 2 главы 1) осуществляется с помощью маркеров, например, в сетях Token Ring. Важно понимать, что в большинстве случаев «коль­цо» — это логическая, а не физическая конструкция. Точнее, под «кольцом» подразумевается схема подключения проводов, а не спо­соб прокладки кабелей.

Пусть Вас не смущает, что внешне сеть с топологией «кольцо» похожа на сеть с топологией «звезда». Фактически, кабели в сети с топологией «кольцо» также подключаются к концентратору, из-за чего она и выглядит как «звезда» (рис. 2.4). Сетевое «кольцо» реали­зовано логически с помощью соединения проводов внутри кабелей и специального концентратора — модуля множественного доступа (mul­tistation access unit, MAU). Он получает данные через один порт и по очереди передает их через все остальные (не одновременно, как кон­центратор Ethernet). Рассмотрим пример. Компьютер, подключенный к порту № 3 восьмипортового модуля MAU, передает пакет данных. Получив его, MAU передает их только на порт № 4. Получив данные, компьютер, подключенный к порту № 4, немедленно возвращает их в модуль MAU, которые ретранслирует данные через порт № 5. Этот процесс продолжается до тех пор, пока модуль не передаст сигнал всем компьютерам кольца. В конце концов, пакет попадает в компью­тер, который его сгенерировал, и там уничтожается.

Работа сети с топологией «кольцо» демонстрируется в видео­ролике RingTopologyиз папки Demos на прилагаемом к книге компакт-диске.

Использование физической топологии «звезда» в сети с топологи­ей «кольцо» обеспечивает функционирование сети даже в случае по­вреждения кабеля или разъема. С помощью специальной схемы мо­дуль множественного доступа просто исключает неисправную рабо­чую станцию из кольца, сохраняя его логическую топологию. Если бы кабель был проложен буквально по кольцу, без модуля множе­ственного доступа, любое его повреждение приводило бы к прекра­щению работы сети. Тем не менее среди популярных сетевых прото­колов имеется один — FDDI(Fiber Distributed Data Interface) — в ко­тором допускается соединение кабелей в физическое кольцо. Кольцо это должно состоять из двух раздельных физических колец, трафик по которым передается в противоположных направлениях. Если ком­пьютеры подключены к обоим кольцам, сеть может функциониро­вать, даже если одно из них выйдет из строя.

Сбой в сети с топологией «кольцо» демонстрируется в видео­ролике RingFailureиз папки Demos на прилагаемом к книге компакт-диске.