Типы топологии сетей

Вид топологии ЛВС «звезда»

Это является самой популярной топологией, когда в сеть нужно подключить сервер или контроллер, который будет задавать работу всем остальным устройствам. Именно это «центральное» оборудование является главным в сети, и все устройства подключены к нему. Коммуникация между устройствами также происходит непосредственно через «центральное оборудование». Когда нужно добавить новое устройство в сеть, то его подключают к «контролирующему», и все.

Помимо своей простоты в эксплуатации, данная топология ЛВС стала популярной за счет:

• высокой скорости работы сети;
• возможности работать с большим объемом данных;
• целостности сети, то есть если выходит из строя какое-либо устройство сети (кроме центрального), то сеть продолжает работать;
• удобной масштабируемости, то есть, чтобы подключиться к такой сети, нужно устройство и «кусок кабеля», чтобы подсоединить его к центральному устройству;
• удобной диагностики в случае поломки;
• удобного ремонта устройств сети.

Из недостатков можно отметить только «слабое» центральное звено. То есть в случае каких-либо проблем с ним, возникают проблемы у всей сети.

Но в целом такая топология ЛВС очень распространена на производственных предприятиях, когда все завязано на центральном компьютере системного администратора.

Вид топологии ЛВС «ячеистая»

Данная топология по своей конструкции очень сильно напоминает «сеточную» топологию. С той лишь разницей, что «ячеистая» подразумевает создание внутри сети «ячеек», соединенных по «сеточному» принципу, однако среди этих ячеек выделяются «главные» устройства, через которые идет соединение с такими же «главными» устройствами других ячеек.

Фактически это приводит к тому, что все ячейки в сети будут связаны между собой и будут образовывать целую сетку из ячеек. При этом каждый «простой» компьютер из одной ячейки может «общаться» с любым компьютером из другой ячейки, но делать они это будут через «главные» компьютеры.

Существующие подключения

Есть несколько классификаций сетей по топологии. Они имеют разное функциональное назначение. Линии делятся на локальную и сложную (совокупность соединённых с помощью мостов и маршрутизаторов) сеть. Точки основных топологий вычислительных сетей могут быть нескольких видов и имеют разную схему и построение.

WAN (WideArea Network)

Глобальная линия, основанная на телефонных звонках и состоящая из компьютеров, находящихся на больших расстояниях друг от друга, например, связывающая между собой пользователей электронной почты на всей территории страны. Необходимо участие публичной телекоммуникационной линии. Глобальная сеть объединяет локальные сети (LAN) и городские MAN. Обширные интернет-данные интегрируют плоскость телефонной и ИТ-инфраструктуры. Должны они использоваться для решения и обеспечения скорости передачи данных, надёжности цифровых подключений и безопасности.

В системе применяются приборы нового поколения. Линия предусматривает реализацию телекоммуникационных приложений, таких, как передача компьютерных данных, видеоконференции, обмен файлами, передача звонков на компьютеры, находящиеся за пределами LAN, для дома, бизнеса, автомобиля и многих других мест. Для подключения к WAN используются маршрутизаторы, предназначенные для подключения между удалёнными линиями и доступа в интернет. Безопасность маршрутизатора со стороны КС контролируется процедурой авторизации, которая контролирует вход пользователей в устройство.

MAN (Metropolitan Area Network)

Линии этого типа строятся в крупных городах, характеризуются высокой пропускной способностью и используются в основном устройства научно-исследовательских и коммерческих помещений в плотном потоке данных. Состоят из LAN, разнообразных в зависимости от потребностей.

WLAN (Wireless Local AreaNetwork)

Так может называться беспроводная линия. Это оптимальное решение для использования в каждом доме и небольшом офисе, где есть необходимость соединения между собой компьютеров, принтеров или модемов. Беспроводные приборы устраняют необходимость установки кабельной проводки, особенно если нежелательно или даже невозможно изменение интерьера дома или офиса. При этом обеспечивают связь на расстоянии до 45 метров — через стены, полы и другие объекты.

Кроме того, эти устройства позволяют совместно использовать такое оборудование, как принтеры или модемы. Подключённый по беспроводной линии принтер может служить любому пользователю сети, использующему компьютер с картой ISA, PCI или PC, независимо от места, в котором он находится. Модем, подключённый к линии, может использоваться для подключения к интернету нескольким пользователям одновременно и независимо от того, как далеко от электросети они в данный момент находятся.

Иерархическая модель

Наиболее часто используемые топологии локальных сетей основаны именно на этом типе ЛВС. Его еще называют «клиент-сервер». Суть данной модели состоит в том, что при наличии некоторого количества абонентов имеется один главный элемент – сервер. Этот управляющий компьютер хранит все данные и занимается их обработкой.

Достоинства:

• Отличное быстродействие сети.
• Единая надежная система безопасности.
• Одна, общая для всех, информационная база.
• Облегченное управление всей сетью и ее элементами.

Недостатки:

• Необходимость наличия специальной кадровой единицы – администратора, который занимается мониторингом и обслуживанием сервера.
• Большие финансовые затраты на покупку главного компьютера.

Наиболее часто используемая конфигурация (топология) локальной компьютерной сети в иерархической модели – это «звезда».

Выбор топологии (компоновка сетевого оборудования и рабочих станций) является исключительно важным моментом при организации локальной сети. Выбранный вид связи должен обеспечивать максимально эффективную и безопасную работу ЛВС

Немаловажно также уделить внимание финансовым затратам и возможности дальнейшего расширения сети. Найти рациональное решение – непростая задача, которая выполняется благодаря тщательному анализу и ответственному подходу. Именно в таком случае правильно подобранные топологии локальных сетей обеспечат максимальную работоспособность всей ЛВС в целом

Именно в таком случае правильно подобранные топологии локальных сетей обеспечат максимальную работоспособность всей ЛВС в целом.

Сравнение с другими типами

Решение в пользу конкретной базовой топологии при реализации ЛВС определяют достоинства и недостатки каждого решения.

При сравнении учитывают такие факторы:

• Организацию связи между хостами – возможность работы в различных средах передачи, необходимость прокладки индивидуальных кабелей, использование стандартов связи и протоколов, производительность, скорость обмена.
• Масштабируемость сети – добавление новых рабочих станций, сегментов и подсетей.
• Длина коммуникационных линий.
• Наличие критических точек и связей.
• Устойчивость и надежность на физическом уровне – способность ЛВС функционировать при выходе из строя абонентского оборудования или разрыве связей.
• Устойчивость и надежность на логическом и информационном уровне – возможность устранения коллизий, отсеивания поврежденных пакетов, построения маршрутов в условиях отказа части оборудования и каналов, работы в критических условиях и пр.

Достоинства

Топология звезда выигрывает в сравнении с большинством других базовых.

По масштабируемости

1. Для звезды вопрос добавления сегмента или подсети решается простым соединением центральных точек.
2. В шине на физическом уровне требуется аналогичное действие – соединение двух точек, но на уровне передачи сигналов придется позаботиться о допустимой длине связей и пропускной способности общего канала.
3. Для кольца потребуется полная реорганизация связей, обработки маркеров и пакетов данных.
4. В ячеистой топологии задача еще сложнее – для добавляемой группы узлов необходимо обеспечить соединения и правила обмена, отвечающие условиям конкретной сети (например, количество альтернативных маршрутов).

По устойчивости и надежности при отказе клиентского оборудования или обрыве каналов

Сеть по топологии кольцо при отказе одного из узлов или обрыве связи гарантированно выходит из строя. В системах с общей шиной вероятность подобного исхода достаточно высока – незаглушенные терминаторами места обрыва или сбойные адаптеры на ПК становятся источниками коллизий, полностью парализующих обмен.

Звезда в этом случае сохраняет работоспособность – из обмена исключает только сбойный хост или узел, с которым нарушено физическое соединение.

По простоте администрирования

В общем случае и шинная, и кольцевая и ячеистая топологии рассматриваются как децентрализованные. Администрирование трафика требует настроек и мониторинга на каждом хосте или значительном числе узлов.

При использовании активной или истинной звезды эти задачи решаются на центральном узле. Однако пассивная звезда, особенно работающая через хаб, этого преимущества не имеет.

1. По простоте организации сети, особенно кабельной, кольцо и шина существенно выигрывают, поскольку не требуют прокладки каналов от центрального хоста к каждому из периферийных. Уступает звезде в этом отношении только ячеистая структура, особенно, полносвязная.
2. По затратам. Дополнительные кабельные каналы, усилители сигналов, и, главное, центральное оборудование существенно повышают цену организации звездообразной сети, в сравнении с шинной и кольцевой. При прочих равных по этому показателю звезде проигрывает только mesh-система.
3. Наличие критической точки. Нарушение работоспособности центрального узла приведет к отказу всей сети.

# LLTR Basic

Возвращаясь к проводным Ethernet‑сетям, напомню о проблеме, благодаря которой LLTR был создан. Проблема подробно описана в разделе – это проблема снижения скорости при неправильном построении цепочки пиров в сети с несколькими свитчами. Для правильного построения цепочки пиров нужна информация о топологии сети.

Небольшой пример (проблемы нет):

У нас есть 2 свитча (соединенных одним “проводом”), 4 хоста (пира), все соединения дуплексные, и скорость всех соединений одинаковая. Стрелками показан путь движения данных. В данном случае проблемы нет – данные передаются на максимальной скорости сети.

Другой пример (проблема есть):

В этом примере цепочка пиров построилась менее удачно (т.к. нам не известна топология сети), что привело к образованию “бутылочного горлышка” (два однонаправленных потока данных в одном соединении) и падению общей скорости передачи данных.

В данном случае решение проблемы (определение топологии сети) кроется в причине необходимости ее решения – в образовании “бутылочного горлышка”. Целиком цепочка проблем выглядит следующим образом: нужно избавиться от “бутылочных горлышек” → нужно построить “правильную” цепочку → нужно определить топологию сети. К слову, мы не будем перебирать все возможные комбинаций цепочки, в поисках цепочки без “бутылочных горлышек” – это слишком долго, вместо этого поступим умнее/хитрее:

Заполним сеть трафиком – выделим один из хостов под роль источника broadcast трафика. На всех остальных хостах запустим сбор статистики по принятому broadcast трафику. Далее выберем любые 2 не broadcast хоста, и начнем посылать с первого хоста unicast трафик на второй хост. По собираемой на хостах статистике broadcast трафика в этот момент, будет видно, что на некоторых хостах упала скорость получения broadcast трафика – эти хосты, в данном случае, были подключены к правому свитчу. А на всех хостах, подключенных к левому свитчу, скорость получения broadcast трафика не изменилась.

Связь между двумя свитчами стала “бутылочным горлышком”, и позволила выделить все хосты, подключенные к правому свитчу в отдельный кластер.

Note: В обычных случаях принято всеми силами бороться с broadcast, особенно с тем, который “утилизирует всю пропускную способность”, но мы имеем дело с сетью на неуправляемых свитчах, которая возможно не раз страдала от broadcast‑шторма/флуда, и хоть раз в жизни хочется, чтобы такой broadcast принес пользу. Кстати, вполне возможно заменить broadcast на unicast, только такое сканирование займет больше времени. Для пневмотранспорта тоже придется использовать unicast, пока не выпустят установку, клонирующую материю, и не установят ее в каждый коммутационный центр ：）.

Для построения корректной топологии сети, осталось повторить то же самое для всех возможных комбинации ориентированных пар не broadcast хостов. Что значит “ориентированных пар” – надо посылать вначале unicast трафик из первого хоста на второй, и собрать статистику, а потом поменять направление (трафик из второго в первый), и собрать отдельную статистику по этому варианту.

Количество комбинаций, которые нужно проверить, можно посчитать по формуле n×(n−1) {каждому (n) нужно “поздороваться” со всеми остальными (n−1), даже если с ним ранее они уже здоровались}, где n – количество всех хостов минус один (broadcast хост).

В итоге, вся собранная статистика подается на вход специальному алгоритму (о нем подробнее в одной из следующих статей), который и строит топологию сети (точнее он делает больше – сразу строит правильную цепочку пиров для RingSync).

Кстати, минимальная конфигурация сети, которую целесообразно сканировать состоит из двух свитчей, к каждому из которых подключено два хоста. Что касается скорости broadcast и unicast, то broadcast трафик можно держать в диапазоне 75% - 100% от “” (net bitrate; поиск по “Ethernet 100Base-TX”), а unicast в диапазоне 80% - 100%.

Физическая сеть «звезды»

В топологии «звезда» устройства подключены к центральному узлу, которая является доступом к сети. Раньше эта часть была концентратором, в настоящее время используются коммутаторы. В локальных сетях это наиболее распространённая топология, поскольку она проста в проектировании, строительстве и расширении, устойчива к сбоям и легко может существовать и управляться.

Дополнительным плюсом является тот базовый факт, что при её строительстве можно использовать различные среды передачи, такие как медная витая пара, оптоволоконный кабель или радиоволны (WLAN). Существенным недостатком может быть стоимость установки, поскольку требуется дополнительное оборудование (коммутаторы) и несколько метров проводки.

Характеристики топологии «кольцо»

Такой вид связи предполагает соединение рабочего узла с двумя другими, от одного из них принимаются данные, а второму передаются. Главной же особенностью этой топологии является то, что каждый терминал выступает в роли ретранслятора, исключая возможность затухания сигнала в ЛВС.

Достоинства:

• Быстрое создание и настройка этой топологии локальных сетей.
• Легкое масштабирование, требующее, однако, прекращения работы сети на время установки нового узла.
• Большое количество возможных абонентов.
• Устойчивость к перегрузкам и отсутствие сетевых конфликтов.
• Возможность увеличения сети до огромных размеров за счет ретрансляции сигнала между компьютерами.

Недостатки:

• Ненадежность сети в целом.
• Отсутствие устойчивости к повреждениям кабеля, поэтому обычно предусматривается наличие параллельной резервной линии.
• Большой расход кабеля.

Типы топологии сетей

В чем преимущества локальных сетей вы можете почитать в этих статьях:

• Как из Windows XP подключиться к принтеру, расположенному на Windows 7
• Как настроить удаленный доступ к компьютеру
• Как сделать папку общей для всех компьютеров в сети
• Как создать маленькую сеть и подключить все компьютеры к Интернету
• Один принтер для всех компьютеров

Схема физического соединения компьютеров называется топологией сети.

Существует три основных типа топологии сетей. Типы топологии сети — что это такое? Какой тип сети выбрать, чтобы и дешево было и надежно.

1. Кольцевая топология сети. При этом типе топологии сети концы кабелей соединены друг с другом, т.е. образуют кольцо. Каждая рабочая станция соединена с двумя соседними. Данные передаются по кругу в одном направлении, а каждая станция играет роль повторителя, который принимает и отвечает на адресованные ему пакеты и передает другие пакеты следующей рабочей станции.

Преимуществом такой сети является её достаточно высокая надёжность. Чем больше компьютеров находится в кольце, тем дольше сеть реагирует на запросы. Но самый большой недостаток в том, что при выходе из строя хотя бы одного устройства отказывалась функционировать вся сеть. Да и стоимость такой сети высокая за счёт расходов на кабели сетевые адаптеры и другое оборудование.

2.  Линейная топология сети или общая шина

Концы сегментов должны быть затерминированы специальными сопротивлениями, которые называются терминаторами.

При создании такой сети не используется дополнительное оборудование – только кабель. Все подключенные устройства в такой сети «слушают» и принимают только те пакеты информации, которые предназначены только для них, а остальные игнорируются.

Преимущества такой сети – простота организации и дешевизна. Но существенным недостатком является низкая устойчивость к повреждениям. Любое повреждение кабеля влечет за собой выход из строя всей сети. Причем поиск неисправности очень сложен.

3.  Звездообразная топология является доминирующей в современных локальных сетях. Она наиболее функциональная и стабильная. Каждый компьютер сети подключается к особому устройству, называемому концентратором (hub) или коммутатором (switch). При создании этой топологии каждое устройство получает доступ к сети независимо друг от друга и при обрыве одного соединяющего кабеля перестает работать только один из элементов сети, что существенно упрощает поиск неисправности.

Кроме того такая сеть позволяет подключать новые устройства без проблем и изменений в подключении старых устройств. Можно наращивать и соединять в одну сеть несколько сетей. Достаточно подключить кабель от одного коммутатора к другому коммутатору.

Такие сети довольно гибкие, легко расширяемые и относительно не дорогие. Вот мы и рассмотрели типы топологии сетей. В следующий раз я расскажу Вам об устройствах сети.

Теперь вы можете сами выбрать тип подключения своих домашних компьютеров и создать свою маленькую сеть и подключить все компьютеры к Интернету.

Топологии компьютерных сетей

Топология сети – это усредненная геометрическая схема соединений в сети,  порядок соединения объектов сети, ее конфигурация.

То есть топология сети означает физическое и логическое размещение сетевых компонентов.

Существуют следующие топологии компьютерных сетей:

• шинная топология;
• кольцевая топология (петля);
• топология «звезда» (радиальная, звездообразная);
• полносвязная (ячеистая, сетка);
• иерархическая (древовидная);
• смешанная (гибридная).

На практике все сети обычно строятся на основе трех базовых топологий: шина, кольцо, звезда.

Шина. В этой топологии все компьютеры сети подключены к одному кабелю, который называется магистралью.

Рис.1 Топология шина: С — сервер; К — компьютер.

Когда передаваемые по кабелю сигналы достигают его концов, они отражаются от них. Возникает наложение сигналов, находящихся в разных фазах, что приводит к их искажению. Поэтому сигналы, которые достигают концов кабеля, необходимо погасить. Для этой цели на концах кабеля устанавливают терминаторы.

В сети с топологией шина данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам сети, но принимает их только тот компьютер, адрес которого совпадает с адресом получателя. Адрес получателя передается вместе с данными. В каждый момент времени передачу может вести только один компьютер, поэтому производительность такой сети зависит от количества компьютеров в ней. Чем больше компьютеров в сети, тем она медленнее.

Шина – это пассивная топология, т.е. компьютеры только слушают передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому выход одного или нескольких компьютеров из строя в такой сети никак не сказывается на работе сети.

Кольцо. В сетях с топологией «кольцо» компьютеры связаны один с другим, при этом первый компьютер связан с последним. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер.

Рисунок 2 — Топология кольцо

Каждый компьютер распознает и получает тольку ту информацию, которая ему адресована.

В отличие от пассивной технологии «шина», в сетях с топологией «кольцо» каждый компьютер выступает в роли повторителя (репитера), т.е. компьютеры не только слушают, но и передают данные в сети от отправителя к получателю. Здесь каждый компьютер усиливает данные и передает их следующему компьютеру, пока эти данные не окажутся в том компьютере, чей адрес совпадает с адресом получателя. Получив данные, принимающий компьютер посылает передающему сообщение, в котором подтверждает факт приема. Выход из строя хотя бы одного компьютера приводит к неработоспособности сети.

Звезда. Топология «звезда» отличается тем, что все компьютеры подключаются к одному центральному (серверу). Для этого в центре сети содержится узел коммутации (коммутирующее устройство), к которому отдельным кабелем подключаются все компьютеры сети. Такой узел называется концентратором (hub).

Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем другим компьютерам.

Концентраторы делятся на активные и пассивные. Активные концентраторы передают сигналы так же, как репитеры (повторители), поэтому их называют многопортовыми повторителями. Обычно они имеют от 8 до 12 портов для подключения компьютеров. Активные концентраторы питаются от электрической сети.

К пассивным концентраторам относятся монтажные или коммутирующие панели, которые просто пропускают через себя сигнал, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивным концентраторам не требуется питание от электрической сети.

Основное преимущество топологии «звезда» – высокая надежность. Выход из строя одного или нескольких компьютеров не приводит к потере работоспособности остальной части сети. Обрыв кабеля в одном месте приводит к отключению от сети только одного компьютера. Только неисправность концентратора приводит к полной потере работоспособности сети. Недостатком этой топологии является необходимость в дополнительном расходе кабеля и установке концентратора.

Кроме базовых топологий используют также другие схемы соединений компьютеров в сети, например ячеистую топологию, иерархическое соединение, а также комбинации базовых топологий, например звезда-шина или звезда-кольцо.

Ячеистая топология. В некоторых случаях используется ячеистая топология. В данной топологии каждый компьютер соединен с каждым другим компьютером отдельным кабелем.

Сеть с ячеистой топологией обладает высокой избыточностью и надежностью. Данные от одного компьютера к другому могут передаваться по разным маршрутам, поэтому разрыв кабеля не отражается на работоспособности сети. Главный недостаток сетей с ячеистой топологией – большой расход кабеля.

Главная страница >>

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

«Шина»

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.

Положительные качества:

• 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.

Негативные качества:

• 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

Минусы:

• 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.

Плюсы:

• 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. Положительные черты:

Положительные черты:

• 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.

Негативные качества:

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.