Урок 9. Топологии компьютерных сетей

В компьютерных сетях существует множество схем подключения устройств друг к другу. Все зависит от используемых технологий, конкретных требований и условий.

Рассмотрим основные топологии сетей и перечислим с какими технологиями они могут использоваться.

 
Шина (Bus)

Данная схема часто использовалась в технологии Ethernet (10Base2 и 10Base5). Компьютеры в локальной сети подключались друг к другу посредством коаксиального кабеля через Т-образные коннекторы. На концах кабеля устанавливались специальные загрушки - терминаторы, для поглощения сигнала:

Топология сети типа "Шина"
Рис. 1. Топология сети типа "Шина"

Принцип работы прост. Сигнал распространяется по кабелю. Все хосты принимают сигнал, если он адресован им, то принимают его. 

При такой схеме возможна передача только одного компьютера. Все остальные слушают. То есть устройства начинают передавать данные по очереди, что не очень удобно. Длина передачи зависит от используемой технологии. Например, в технологии Ethernet 10Base2 максимальная длина составляла 185 м, в Ethernet 10Base5 - 500 м.

При обрыве кабеля обрывается связь для всех узлов.

В таблице ниже описаны достоинства и недостатки данной схемы сети:

Достоинства

Недостатки

Простота установки

Размер сети всегда маленькие

Дешевая и доступная установка

Обрыв кабеля приводит к полной неработоспособности всей сети

Отказ одного узла не влияет на работу остальных узлов

Ограниченная длина кабеля



Звезда (Star)

При таком способе все конечные узлы подключаются к центральному устройству, который берет на себя все функции по усилению и коммутации сигнала:

Топология сети типа "Звезда"
Рис. 2. Топология сети типа "Звезда"

Обычно в качестве центрального устройства берется хаб или коммутатор. Данная схема наиболее распространена на сегодняшний день. В качестве передающей среды используются симметричные кабели на витой паре, оптические кабели и радиорелейные антенны.

Максимальная длина от конечного узла до центрального зависит от технологии и типа кабеля. Например, витая пара в сетях Ethernet передает сигнал на расстояние до 100 м.

Обрыв кабеля, ведущего к одному из конечных узлов не повлияет на работу остальных узлов. Однако при выходе из строя центрального узла оборвется связь на всей сети.

Достоинства

Недостатки

Возможность для расширения сети

Отказ центрального узла ведет к отказу всей сети

Каждому узлу предоставляется выделенный канал (при использовании коммутатора)

Требуется много кабеля для установки

Отказ одного узла не влияет на остальные узлы

 



Кольцо (Ring)

Устройства при таком способе являются ретрансляторами. Сигнал передается по кругу в определенном направлении и проходит через все узлы, подключенные к кольцу. Если принятые пакеты адресованы узлу, принявшему пакеты, то он передает их дальше по стеку. В противном случае транслирует дальше по сети. Кольцевая топология в основном используется в технологиях Token Ring и FDDI:

Топология сети типа "Кольцо"
Рис. 3. Топология сети типа "Кольцо"

Достоинства

Недостатки

Простота установки

Отказ одного узла ведет к отказу всей сети



Дерево (Tree)

Данная топология имеет разветвленную структуру и представляет собой сеть, состоящую из нескольких подсетей, подключенных по схеме “Star”.

В такую схему можно включать любые устройства, включая коммутаторы и маршрутизаторы:

Топология сети типа "Дерево"
Рис. 4. Топология сети типа "Дерево"

Достоинства

Недостатки

Хорошо масштабируемая сеть (большой потенциал для расширения)

Зависимость нижестоящих узлов от вышестоящих, то есть отказ одного вышестоящего узла может привести к отказу всей ветки

Легко найти неисправности

Требуется много кабеля



Каждый с каждым (Full Mesh)

Такая схема подключения является самой надежной, так как к одному узлу сразу подключены как минимум 2 соседних устройства. В то же время такая схема сети является и самой дорогой:

Топология сети типа "Каждый с каждым"
Рис. 5. Топология сети типа "Каждый с каждым"

Достоинства

Недостатки

Хорошо масштабируемая сеть (большой потенциал для расширения)

Дорогостоящая

Отказоустойчивая 

В некоторых случая тяжело реализовать

 

Каждая топология имеет свои достоинства и недостатки. Поэтому при проектировании сетей часто используют смешанные варианты.