Какую топологию целесообразно использовать в локальной сети компьютерного класса

Обновлено: 04.07.2024

Людям, работающим над одним проектом, приходится постоянно использовать данные, создаваемые коллегами. Благодаря локальной сети разные люди могут работать над одним проектом не по очереди, а одновременно.

Локальная сеть предоставляет возможность совместного использования оборудования [7, с. 338].

Часто дешевле создать локальную сеть и установить один принтер на все подразделение, чем приобретать по принтеру для каждого рабочего места. Файловый сервер сети позволяет обеспечить и совместный доступ к программам.

Оборудование, программы и данные объединяют одним термином: ресурсы. Можно считать, что основное назначение локальной сети — совместный доступ к ресурсам.

У локальной сети есть также и административная функция. Контролировать ход работ над проектами в сети проще, чем иметь дело с множеством автономных компьютеров.

Локальная сеть создаётся для рационального использования компьютерного оборудования и эффективной работы сотрудников [5, с. 467].

В настоящее время трудно представить себе фирму или даже квартиру, где при наличии хотя бы двух компьютеров они не были бы соединены в сеть. Сеть позволяет пересылать файл с одной машины на другую, хранить совместный архив (как правило, компьютеры неравноценны, и у какого-то из них дисковое пространство больше) и делать распечатки.

В офисе обычно устанавливаются один сервер (для печати и хранения данных) и рабочие станции для сотрудников, один-два модема для выхода в Интернет (или прямое кабельное соединение), для получения и отправки электронной почты, факсов и электронных платежей, несколько сетевых принтеров, внутренняя АТС на десятки телефонных номеров. Организовывать переписку сотрудников внутри локальной сети вполне разумно — это, по крайней мере, упрощает документооборот. В домах ограничиваются настольным сервером с большими дисками, с принтером и сканером и одной-двумя машинами «послабее» (возможно даже, это ноутбуки, с которыми хозяева ходят на работу и частенько приносят работу на дом). Наличие пишущих СD ROMов при передаче достаточно большого объёма информации является малым подспорьем, так как современные ноутбуки «облегчаются» за счёт отсутствия всякой периферии, а гнездо для подключения витой пары есть практически везде. (В качестве среды передачи в локальных сетях преимущественно употребляется неэкранированная витая пара — похожая на обычные провода, свитые парами.)

Локальные компьютерные сети различаются по типу: одноранговые и типа «клиент—сервер».

Одноранговая сеть построена на равноправных компьютерах, каждый из них может использовать ресурсы другого. В сетях с большим количеством пользователей нежелательно, чтобы все пользователи получали доступ ко всем компьютерам сети. Именно поэтому одноранговые сети больше подходят для небольших групп, работающих над одним проектом.

Более популярны сети типа «клиент — сервер». При разделении программ на клиентскую и серверную части удаётся лучше использовать производительность настольных компьютеров, которые нерационально применять в качестве простого терминала. Такой подход даёт возможность перевести приложения с главных компьютеров — мэйнфреймов (англ, main-frame) в системы, основанные на локальных сетях. Программа, используемая на машине пользователя, меньше нагружает сеть передачей данных. Так, программы-навигаторы Интернета, например Internet Ехр1огег, не беспокоят сеть, пока человек разглядывает страницы, загруженные из сети.

Современные локальные сети могут быть построены без использования проводов. Это стало возможным благодаря использованию технологии беспроводной передачи данных Bluetooth. Устройства, использующие стандарт Bluetooth, работают в диапазоне частот от 2,4 до 2,4835 ГГц, этот диапазон называется ISM (Industrial Scientific Medical), то есть промышленный, научный и медицинский и является нелицензируемым, может свободно использоваться всеми желающими. Технология использует FHSS - скачкообразную перестройку частоты (1600 скачков/с) с расширением спектра. При работе передатчик переходит с одной рабочей частоты на другую по псевдослучайному алгоритму. Устройства стандарта Bluetooth,способны соединяться друг с другом, формируя маленькие локальные сети, в каждую из которых может входить до 256 устройств. При этом одно из устройств является ведущим (Master), еще семь – ведомыми(slave), а остальные находятся в дежурном режиме. Радиус действия составляет до 100 м.

Конфигурация локальной сети называется топологией.

Шинная топология соответствует соединению всех сетевых узлов в одноранговую сеть с помощью единственного открытого (open-ended) кабеля. Кабель должен оканчиваться резистивной нагрузкой - так называемыми оконечными резисторами (terminating resistors) (см. рис. 1).

Единственный кабель в состоянии поддерживать только один канал. В данной топологии кабель называют шиной (bus).

Рис. 1 Шинная топология.

Типичная шинная топология предполагает использование единственного кабеля без дополнительных внешних электронных устройств с целью объединения узлов в одноранговую сеть. Все подключенные устройства прослушивают трафик шины и принимают только те пакеты, которые адресованы им.

Отсутствие необходимости использования сложных внешних устройств (например, повторителей) в значительной степени упрощает процедуру развертывания шинной локальной сети. Затраты на развертывание также будут незначительными. К недостаткам данной топологии можно отнести ограниченные функциональные возможности, а также недостаточные расстояния передачи данных и расширяемость.

Данную топологию целесообразно применять только в небольших локальных сетях. Поэтому использующие шинную топологию современные коммерческие продукты ориентированы на развертывание недорогой одноранговой сети с ограниченными функциональными возможностями.

Такие продукты предназначены для домашних сетей и сетей небольших офисов.

Кольцевая топология впервые была реализована в простых одноранговых локальных сетях. Каждая рабочая станция соединялась с двумя ближайшими соседями (см. рис. 2).

Общая схема соединения напоминала замкнутое кольцо. Данные передавались только в одном направлении.

Каждая рабочая станция работала как ретранслятор, принимая и отвечая на адресованные ей пакеты и передавая остальные пакеты следующей рабочей станции, расположенной «ниже по течению».

Рис. 2 Одноранговая концевая топология.

В первоначальном варианте кольцевой топологии локальных сетей использовалось одноранговое соединение между рабочими станциями. Поскольку соединения такого типа имели форму кольца, они назывались замкнутыми (closed).

Преимуществом локальных сетей этого типа является предсказуемое время передачи пакета адресату. Чем больше устройств подключено к кольцу, тем дольше интервал задержки. Недостаток кольцевой топологии в том, что при выходе из строя одной рабочей станции прекращает функционировать вся сеть.

После появления архитектуры Token Ring, разработанной корпорацией IBM и стандартизированной впоследствии в спецификации IEEE 802.5, первые примитивные версии кольцевой архитектуры были признаны несостоятельными. Архитектура Token Ring отступила от одноранговой схемы соединений в пользу ретранслирующего концентратора. Отказ от топологии однорангового кольца в значительной степени повысил устойчивость всей сети к отказам отдельных рабочих станций.

Локальные сети звездообразной топологии объединяют устройства, которые как бы расходятся из общей точки - концентратора (см. рис. 3).

Рис. 3 Топология типа «звезда».

Если мысленно представить концентратор в качестве звезды, соединения с устройствами будут напоминать ее лучи - отсюда и название топологии. В отличие от кольцевых топологий, физических или виртуальных каждому сетевому устройству предоставлено право независимого доступа к среде передачи. Такие устройства вынуждены совместно использовать доступную полосу пропускания концентратора. Примером локальной сети звездообразной топологии является Ethernet.

Небольшие локальные сети, реализующие звездообразную топологию, в обязательном порядке используют концентратор. Любое устройство в состоянии обратиться с запросом на доступ к среде передачи независимо от других устройств.

Звездообразные топологии широко используются в современных локальных сетях. Причиной такой популярности является гибкость, возможность расширения и относительно низкая стоимость развертывания по сравнению с более сложными топологиями локальных сетей со строгими методами доступа к среде передачи данных. Рассматриваемая архитектура не только сделала шинные и кольцевые топологии принципиально устаревшими, но и сформировала базис для создания следующей топологии локальных сетей - коммутируемой.

Коммутатор (switch) является многопортовым устройством канального уровня (второй уровень справочной модели OSI).

Коммутатор «изучает» МАС-адреса и накапливает данные о них во внутренней таблице. Между автором кадра и предполагаемым получателем коммутатор создает временное соединение, по которому и передается кадр.

В стандартной локальной сети, реализующей коммутируемую топологию, все соединения устанавливаются через коммутирующий концентратор (switching hub), что и проиллюстрировано на рисунке 4.

Рис. 4 Коммутируемая топология.

Каждому порту, а, следовательно, и подключенному к порту устройству, выделена собственная полоса пропускания. Первоначально принцип действия коммутаторов основывался на передаче кадров в соответствии с МАС-адресами, однако технологический прогресс внес свои коррективы.

Современные устройства в состоянии коммутировать ячейки (пакеты кадров, имеющие фиксированную длину и соответствующие второму уровню структуры передачи данных). Кроме того, коммутаторы поддерживают протоколы третьего уровня, а также распознают IP-адреса и физические порты коммутатора-концентратора.

Таким образом, можно сделать вывод о том, что четыре рассмотренные топологии можно считать элементарными блоками для построения локальных сетей. Их можно комбинировать всевозможными способами и расширять.

При выборе топологии следует учитывать в первую очередь требования к производительности сети конкретных приложений-клиентов.

Решить уравнение a*x =b для пять пар значений, a и b, заданных в виде массивов А и B. Результат поместить в массив X.

Переменная b является функцией a*x =b для пяти пар значений a и b. Здесь массивы A, B, Х – постоянные параметры.

Требуется составить блок – схему – алгоритма функции a*x =b для пяти пар значений.

Используя теорию алгоритмов, решим данную задачу.

Блок – схема решения задачи приведена на рис. 2

Рис. 2 Блок – схема алгоритма расчета функции

Описание блоков схемы алгоритма

1 блок – начало алгоритма.

2 блок – переменной i присваивается начальное значение для шага 1.

3блок – осуществляется ввод аргументы массивов А и B.

4 блок – расчет аргументов массивов А и B.

5 блок - осуществляется вывод результатов в массив X.

6 блок – рассчитываются все пять значений аргументов a и b представленных массивами A и B.

7 блок - разветвление вычислительного процесса: если произведено вычисления для пяти пар значений, то управление передается в третий блок, в противном случае управление передается в 8 блок.

8 блок – прекращается процесс вычислений, конец алгоритма.

1. На Листе 1 создать таблицу «Производство и потери зерновых культур».

2. Выполните все расчеты. Произвести обрамление таблицы.

3. На Листе 2 создать таблицу «Размер и структура стоимости продукции». Использовать ссылки на исходную таблицу.

4. Построить круговую диаграмму структуры стоимости продукции.

1. Создание документа «Книга 1».

2. Создание на Листе 1 таблицы «Производство и потери Зерновых культур».

3. Производство расчетов и обрамление таблицы.

Расчеты производятся по формулам:

1. Потери = С5 – D5

Потери = C10 – В10

Потери = С11 – D11

2. Потери (%) = D5/C5*100%

3. Потери по стоимости = G5- H5

Потери по стоимости = G6- H6

Потери по стоимости = G7- H7

Потери по стоимости = G9- H9

Потери по стоимости = G10- H10

Потери по стоимости = G11- H11

4. Потери (%) = H5/G5100%

Потери (%) = H6/G6100%

Потери (%) = H7/G7100%

Потери (%) = H8/G8100%

Потери (%) = H9/G9100%

Потери (%) = H10/G12100%

Потери (%) = H11/G11100%

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 1,0,0,0,0 -->

p, blockquote 2,0,0,0,0 -->

Что понимается под топологией локальной сети

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 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 4,0,0,0,0 -->

Виды и примеры топологий компьютерных сетей

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

p, blockquote 5,0,0,0,0 -->

Топология шина

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 6,0,0,0,0 -->

p, blockquote 7,0,0,0,0 -->

Достоинства такой схемы:

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.

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 10,0,0,0,0 -->

Топология кольцо

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 11,0,0,0,0 -->

p, blockquote 12,0,0,0,0 -->

Достоинства соединения кольцом:

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:

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 15,0,0,0,0 -->

Топология звезда

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 16,0,0,0,0 -->

p, blockquote 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:

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:

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 20,0,0,0,0 -->

Полносвязная или сеточная топология

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 21,0,0,0,0 -->

p, blockquote 22,0,0,0,0 -->

Ячеистая топология

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 23,0,0,0,0 -->

p, blockquote 24,0,0,0,0 -->

Преимущества частичной сети:

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:

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 27,0,0,0,0 -->

Топология дерево

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

p, blockquote 28,0,0,1,0 -->

p, blockquote 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 30,0,0,0,0 -->

Смешанная топология

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

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 32,0,0,0,0 -->

p, blockquote 33,0,0,0,0 -->

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

p, blockquote 34,0,0,0,0 -->

Программы для создания топологий сети

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

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 36,0,0,0,0 -->

p, blockquote 37,0,0,0,0 --> p, blockquote 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.

Топология локальных сетей представляет собой электрическую или физическую конфигурацию соединений сети и кабельной системы. При помощи нее можно определить, к какой разновидности относится определенная сеть и каким образом все компьютеры в ней соединены. Также конфигурация учитывает целесообразность выбора определенного вида или модели построения сети. Кроме этого, локальные соединения могут подразделяться на несколько видов, которые желательно знать начинающим пользователям.

Что такое локальные сети

Компьютерная локальная сеть (компьютерная вычислительная сеть, ЛВС) — это набор программ и компьютеров, которые соединены между собой. В первую очередь признаком локальности является небольшое расстояние между устройствами. Наиболее часто подобного рода соединения могут существовать и использоваться в пределах одного учреждения или компании. Делается это для более быстрого и простого обмена информацией между сотрудниками.

Обратите внимание! Любая локальная сеть может иметь выход в Интернет через сервер, если это предусмотрено.

Существует несколько видов ЛВС:

Соединения, которые управляются центрально и имеют общий порядок и правила для всех абонентов, подключенных к нему;
Одноранговое соединение. Основное определение такой сети — это индивидуальная политика и правила для каждого абонента, в которой он самостоятельно решает и классифицирует данные для общего пользования. В таком случае все подключенные устройства равноправны. Это может быть как достоинством, так и недостатком.

Любые сети создаются для общего доступа нескольких абонентов одновременно к всевозможным данным, программам. Например, один офис может использовать принтер, имеющий локальное соединение. В таком случае любой пользователь с собственного персонального компьютера или ноутбука сможет распечатать необходимый документ. Основным признаком локальности является нахождение и подключение только сотрудников одной компании. Кроме этого, все действия внутри соединения могут выполняться не в порядке очереди, а одновременно, независимо от количества участников.

общий доступ к информации;
обработка и хранение данных;
передача определенных данных всем пользователям;
контроль за действиями и выполнением различных задач.

Обратите внимание! Любая локальная сеть должна включать в себя различное оборудование, без которого она не может качественно работать.

Пассивное

Включает в себя следующие приборы:

монтажные шкафы;
кабели и каналы для них;
панели для коммутации;
информационные розетки.

Важно! Оборудование из этого перечня напрямую не участвует в работе, а является только вспомогательным.

Периферийное

К перечню этих приборов относятся:

серверы;
рабочие станции;
принтеры, сканеры и др.

Активное

Это оборудование, от которого напрямую зависит функционирование ЛВС:

коммутаторы;
маршрутизаторы;
специализированные медиаконвекторы.

Обратите внимание! Некоторые устройства могут добавляться, а некоторые удаляться. Все зависит от конфигурации соединения, количества абонентов и оборудования.

Что понимается под топологией локальной сети

Топология локальной сети — это математическая модель, в которой вершины — это узлы, то есть компьютеры, серверы и др., а ребрами являются связи между этими узлами.

Топология подразделяется на несколько различных типов:

описывающая направление информационных потоков внутри сетевого соединения (еще называется информационной);
описывающая связи и их нахождение между узлами (физическая топология);
рассматривающая перемещение сигнала в пределах физической топологии (логическая);
определяющая принцип передачи прав на использование сети, то есть топология управления обменом.

Чем руководствоваться при выборе

При различных типах и принципах соединения можно получить совершенно разные свойства сети. Поэтому при подготовке и выборе нужно учесть все факторы, которые могут повлиять на качество и работоспособность конкретной конфигурации.

Обратите внимание! Каждая из существующих на сегодняшний день топологий имеет свои особенности, плюсы и минусы, которые могут как упростить работу пользователей, так и, наоборот, ее усложнить.

Пользовать должен оценить следующие параметры:

состояние рабочих станций. Очень важна их корректная и исправная работа, поскольку определенные виды соединения сильно зависят от каждого подключенного устройства;
корректная работа всех передающих устройств, к которым относятся роутеры, адаптеры и др., так как их неисправность может нарушить работу всего подключения;
качество используемого соединения, то есть проводов и кабелей. Их различные повреждения могут нарушить работу всей сети или определенного участка;
как можно больше ограничить расход кабеля по длине. Следует составлять схему соединения таким образом, чтобы провод расходовался как можно меньше. Это как удешевит схему, так и упростит подключение.

Виды ЛВС

На сегодняшний день топология ЛВС делится на два типа — полносвязная и неполносвязная. К первой относятся такие соединения, в которых любое сетевое устройство имеет непосредственную связь с другими. Является редко применяемым, поскольку вызывает сомнения в эффективности. Кроме этого, она очень громоздкая, так как каждое устройство должно работать в паре с большим количеством портов для коммутации и контакта со всеми другими приборами.

Обратите внимание! Что касается неполносвязной, то в этом случае применяются специализированные узлы для обмена информацией между устройствами не прямо, а косвенно. Таких схем бывает несколько.

Обратите внимание! Каждая схема соединения имеет свои положительные и негативные стороны. Их важно учесть при выборе топологии.

Представляет собой наиболее дешевый и простой способ подключения. В таком случае применяется всего лишь одна линия в виде коаксиального кабеля. Именно он является источником и проводником в обмене информацией между пользователями. Особенностью этого класса является наличие на каждом конце «шины» терминатора, который убирает возможные искажения передачи.

соединенные приборы имеют одинаковые права;
неисправность одного устройства никоим образом не влияет на работу других;
минимальное использование провода;
простое и доступное масштабирование соединения при работе.

невысокая надежность соединения из-за проблем с разъемами проводов;
один канал делится на всех пользователей, что снижает производительность;
проблемы с нахождением поломок в связи с параллельным включением адаптеров;
возможность использования в сети небольшого количества приборов.

«Звезда»

Данный вид соединения характеризуется наличием сервера, к которому подключаются все сетевые устройства. Доступ к информации и обмен ею происходит только при помощи центрального сервера.

Обратите внимание! Представленная схема более сложная, чем «шина». Для нее характерно применение различного дополнительного оборудования.

при поломке или сбое в сервере соединение полностью или частично теряет работоспособность, то есть нормальное функционирование зависит только от одного компьютера;
большой расход провода, что повышает затраты.

полное отсутствие сетевых конфликтов при схеме с управлением одним компьютером;
неисправность одного из устройств или повреждение кабеля не влияет на работу;
максимально упрощенное сетевое оборудование. Это связано с тем, что только один ПК является главным;
один из наиболее безопасных методов подключения, обладает свойствами простого контроля за сетью и позволяет максимально ограничить доступ «лишних» участников.

«Кольцо»

Соединение происходит за счет контакта одного рабочего узла с другими двумя: один отвечает за прием информации, а по второму осуществляется передача. Получается схема, в которой все устройства соединены в одно кольцо специальными каналами, применяемые для передачи информации. Выход одного узла соединен со входом другого, то есть информация, переданная из одной точки, попадает на начало кольца.

Обратите внимание! Примечательно, что движение данных проходит всегда в одном направлении.

возможность быстрого создания и настройки подобного рода подключения;
простое масштабирование. В отличие от «шины», необходимо отключение сети при создании дополнительного узла;
практически неограниченное количество пользователей;
минимизация конфликтов в сети и высокая устойчивость;
при наличии ретрансляции можно увеличивать топологию почти без ограничений.

повреждение линии ограничивает работоспособность полной сети.

Ячеистая

Представленный тип является результатом удаления определенных связей из полносвязной топологии локальных сетей. В таком случае имеется возможность создания подключения с большим числом участников. В результате были созданы различные версии и конфигурации распространенных способов подключения, такие как: «решетка», двойное или тройное «кольцо», «дерево», «снежинка», сеть Клоза и др.

Обратите внимание! Представленными конфигурациями ячеистая структура не ограничена, возможны различные другие вариации сетевых соединений, многие из которых даже не имеют наименований.

Смешанная

Такой тип получается в результате смешения нескольких схем соединений в одну. Она состоит из различных кластеров, которые в свою очередь могут быть стандартными топологиями.

Централизованная система

Представленный тип является наиболее распространенным и популярным.

Обратите внимание! При определенном количестве пользователей внутри сети все подсоединены к основному центру — так называемому серверу. Именно на нем находятся все архивы данных, через него принимается и передается информация между пользователями.

Плюсы данного типа:

высокая скорость работы сетевого соединения;
одна система, отвечающая за безопасность;
единая база данных;
простота в контроле и управлении подключением.

Как и любая другая, такая система имеет свои минусы:

сервер, требующий постоянного контроля и своевременного обслуживания;
необходимость в наличии администратора центрального компьютера;
высокая стоимость серверного оборудования.

Децентрализованная система

При ней каждый абонент имеет равные права со всеми остальными. Информация распределяется равномерно между всеми, а доступ к ней может быть открытым или закрытым каждым пользователем этого узла.

Обратите внимание! Наиболее удачный пример децентрализованной сети — «шина». В таком случае получает полное и общее использование всех данных. Например, редактирование одного документа с другого ПК.

Система имеет свои положительные качества:

простота в подключении и обслуживании соединения;
невысокая стоимость оборудования и расходных материалов.

Кроме этого, присутствуют такие негативные качества:

с каждым новым участником сети снижается общая производительность;
нет общей системы безопасности;
при отсутствии узла в сети или его выключении информация с него становится недоступной;
отсутствует общая и единая база данных.

Топология локальных сетей делится на множество видов. Классификацию следует знать при необходимости создания сетевого подключения. В связи с различными свойствами каждого соединения важно выбрать наиболее подходящий тип под те или иные цели, а также взвесить все плюсы и минусы.

Под топологией [1] (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети понимается взаимное физическое расположение компьютеров сети и способ соединения их линиями связи. Это понятие относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. Топология определяет требования к оборудованию, тип среды передачи данных, возможные и наиболее рациональные методы управления обменом, надежность работы, возможности модернизации сети.

В настоящее время используют три базовые сетевые топологии:

Шина (bus) - все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам.

Звезда (star) - к одному центральному компьютеру присоединяются периферийные компьютеры, при этом каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального - нескольким периферийным.

Кольцо (ring) - компьютеры последовательно объединены в кольцо.

Передача информации в кольце производится в одном направлении, каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему за ним, а получает информацию от предыдущего.

На практике возможно использование и других топологий локальных вычислительных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии.

Топология шина

Топология шина по своей структуре предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров и равноправие всех абонентов по доступу к сети. Компьютеры в шине передают информацию только по очереди, так как линия связи в данной топологии единственная. Если несколько компьютеров будут передавать информацию одновременно, она исказится в результате наложения (конфликта, коллизии). В шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях), но не одновременно.

В топологии шина отсутствует явно выраженный центральный абонент, через которого передается вся информация - это увеличивает ее надежность (при отказе центра перестает функционировать вся управляемая им система). Добавление новых абонентов в шину достаточно простая процедура, оно возможно даже во время работы сети. Как правило, при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями.

При отсутствии центрального абонента разрешение возможных конфликтов ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента. В связи с этим сетевая аппаратура при топологии шина несколько сложнее, чем в других топологиях.

Одним из преимуществ шины является то, что при отказе любого из компьютеров сети, исправные машины смогут нормально продолжать взаимодействие.

Для увеличения длины сети с топологией шина используют несколько сегментов (частей сети с шинной топологией), соединенных между собой с помощью специальных усилителей и восстановителей амплитуды сигналов - репитеров (повторителей).

Однако такое наращивание длины сети возможно только в определенных пределах. Ограничения на длину связаны с конечной скоростью распространения сигналов в среде передачи данных.

Топология звезда

Звезда - это единственная топология сети с явно выделенным центральным компьютером, к которому подключаются все остальные абоненты. Обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который приходится вся сетевая нагрузка. Оборудование центрального абонента существенно более сложное, чем оборудование периферийных абонентов. Обычно центральный компьютер самый мощный, именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, так как управление осуществляется центральным абонентом [2] .

Если говорить об устойчивости топология звезда к отказам абонентов, то выход из строя периферийного компьютера или его сетевого оборудования не приводит к ухудшению функционирования оставшейся части сети, но поломка центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. В связи с этим принимаются специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевого оборудования. Обрыв кабеля или короткое замыкание в нем при топологии звезда нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут продолжать сетевое взаимодействие.

В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных. В звезде допустимо подключение вместо периферийного еще одного центрального абонента (топология из нескольких соединенных между собой звезд).

Большое достоинство звезды состоит в том, что все точки подключения находятся в одном месте. Благодаря этому можно контролировать работу сети, локализовать неисправности путем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невозможно в случае шинной топологии), а также организовать контроль доступа посторонних лиц к важным для сети точкам подключения.

Одним из основных недостатков топологии звезда является жесткое ограничение количества абонентов. Как правило, центральный абонент не может обслуживать более 8 - 16 периферийных абонентов. Кроме того, общим недостатком для всех топологий типа звезда является значительно больший, чем при других топологиях, расход кабеля, что при современных ценах на него не является существенным.

Топология кольцо

Кольцо - это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя соседними: от одного он получает информацию, а другому передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работают только два абонента: один передатчик и один приемник (связь типа точка-точка). При этом каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает, усиливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера. В этом случае затухание сигнала во всем кольце не имеет большого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Размеры кольцевых сетей на практике достигают десятков километров (сети FDDI), кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие сетевые топологии.

Явно выделенного центра при кольцевой топологии нет, все компьютеры могут быть одинаковыми и равноправными. Однако часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом и контролирует его. На этой особенности топологии строятся методы управления обменом по сети, рассчитанные специально на кольцо. В таких методах право на следующую передачу переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру с использованием эстафеты - специального «маркера». Подключение новых абонентов в топологии кольцо выполняется относительно просто, хотя при этом необходима остановка работы всей сети на время подключения. Количество абонентов в кольце может быть достаточно большим (до тысячи и больше). Эта топология обладает высокой устойчивостью к перегрузкам, обеспечивает надежную работу с большими объемами передаваемой по сети информации, так как в ней отсутствуют коллизии (в отличие от шины), а также нет центрального абонента (в отличие от звезды), который может быть перегружен большими потоками данных.

Сигнал в кольце проходит последовательно через все абоненты сети, поэтому выход из строя любого из них (или его сетевого оборудования) нарушает работу всей сети - это является существенным недостатком кольца. Короткое замыкание или обрыв в любом из кабелей кольца так же делает неработоспособной сеть с данной топологией.

[1] Кондратенко С., Новиков Ю. Основы локальных сетей [Электронный ресурс]

[2] Кондратенко С., Новиков Ю. Основы локальных сетей [Электронный ресурс]

Читайте также: