Топология компьютерной сети. Классификация топологий КС

Топология - это конфигурация соединения компонентов в компьютерной сети.

На топологии как на одном из показателей архитектуры КС акцентируют внимание в большей степени, так как топология определяет многие важные свойства КС: надежность, производительность, живучесть и т.д. Согласно одному из общепринятых подходов, конфигурации КС делятся:

• на широковещательные КС, где каждый приемопередатчик физических сигналов (ЭВМ) передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ЭВМ (общая, или глобальная шина, звезда с пассивным центром, древовидная топология);
• последовательные КС, где каждый физический подуровень передает информацию только одной ЭВМ (звезда с активным центром, кольцевая, иерархическая, последовательная, ячеистая, произвольная).

Широковещательные КС - это сети с селекцией информации, а последовательные - с маршрутизацией.

В настоящее время наиболее широкое распространение получили следу- щие топологии при реализации КС:

Общая шина (общая магистраль). Является очень распространенной (а до недавнего времени самой распространенной) топологией для локальных сетей (рис. 8). В этом случае компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю по схеме «монтажного ИЛИ». Передаваемая информация может распространяться в обе стороны.

Преимущества: применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети.

Следовательно, основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям.

Недостатки: самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности - любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. К сожалению, дефект коаксиального разъема не является редкостью. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети. Пример реализации топологии общая шина показан на рис. 8.

Топология «звезда» В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной - существенно большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.

К недостаткам топологии типа «звезда» относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора.

В некоторых случаях строят сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа «звезда». В настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях.

Топология «звезда» находит применение в таких стандартах ЛКС, как Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, Arcnet, в то время как общая шина находит применение в ЛКС стандарта Ethernet.

Кольцевая топология. В сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи - данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Для этого в сеть посылаются специальные тестовые сообщения.

Кольцевая топология находит применение в Л КС стандарта Token Ring. Данный стандарт находил в некоторое время довольно широкое применение.

Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. Действительно, каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров сети. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельная электрическая линия связи. Полносвязные топологии применяются редко. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при небольшом количестве компьютеров.

Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети.

Ячеистая топология (mesh) получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей.

В то время как небольшие сети, как правило, имеют типовую топологию - звезда, кольцо или общая шина - для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

Компьютеры, подключенные к сети, часто в технической литературе называют рабочими станциями или узлами сети.

Конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Вывод. Выбор топологии электрических связей существенно влияет на многие характеристики сети. Наличие резервных связей повышает надежность сети и делает возможным балансирование загрузки отдельных каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические требования часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимизация суммарной длины линий связи [6, 9, 13, 22].