Багатозначність поняття топології

Топологія мережі указує не лише на фізичне розташування комп'ютерів, як часто вважають, але, що набагато важливіше, на характер зв'язків між ними, особливості розповсюдження інформації, сигналів по мережі. Саме характер зв'язків визначає ступінь відмовостійкої мережі, необхідну складність мережевої апаратури, найбільш відповідний метод управління обміном, можливих типів середи передачі (каналів зв'язку), допустимий розмір мережі (довжина ліній зв'язку і кількість абонентів) необхідність електричного узгодження і багато що інше.

Більш того, фізичне розташування комп'ютерів, що сполучаються мережею, майже не впливає на вибір топології. Як би не були розташовані комп'ютери, їх можна з'єднати за допомогою будь-якої заздалегідь вибраної топології (мал. 1.18).

Мал. 1.18. Приклади використання різних топологий.

В тому випадку, якщо комп'ютери, що сполучаються, розташовані по контуру круга, вони можуть з'єднуватися, як зірка або шина. Коли комп'ютери розташовані навколо якогось центру, їх допустимо з'єднати за допомогою топологий шина або кільце.

Нарешті коли комп'ютери розташовані в одну лінію, вони можуть з'єднуватися зіркою або кільцем. Інша справа, яка буде необхідна довжина кабелю.

Строго кажучи, в літературі при згадці про топологію мережі, автори можуть мати на увазі чотири абсолютно різні поняття, що відносяться до різних рівнів мережевої архітектури:

• Фізична топологія (географічна схема розташування комп'ютерів і прокладки кабелів). У цьому сенсі, наприклад, пасивна зірка нічим не відрізняється від активної, тому її нерідко називають просто зіркою.

• Логічна топологія (структура зв'язків, характер розповсюдження сигналів по мережі). Це найбільш правильне визначення топології.

• Топологія управління обміном (принцип і послідовність передачі права на захоплення мережі між окремими комп'ютерами).

• Інформаційна топологія (напрям потоків інформації, передаваній по мережі).

Наприклад, мережа з фізичною і логічною топологією шина може як метод управління використовувати естафетну передачу права захоплення мережі (бути в цьому сенсі кільцем) і одночасно передавати всю інформацію через виділений комп'ютер (бути в цьому сенсі зіркою). Або мережа з логічною топологією шина може мати фізичну топологію зірка (пасивна) або дерево (пасивне).

Мережа з будь-якою фізичною топологією, логічною топологією, за топологію управління обміном може вважатися зіркою в сенсі інформаційної топології, якщо вона побудована на основі одного сервера і декількох клієнтів, що спілкуються тільки з цим сервером. В даному випадку справедливі всі міркування про низьку відмовостійку мережі до неполадок центру (сервера). Так само будь-яка мережа може бути названа шиною в інформаційному сенсі, якщо вона побудована з комп'ютерів, що є одночасно як серверами, так і клієнтами. Така мережа буде мало чутлива до відмов окремих комп'ютерів.

Закінчуючи огляд особливостей топологий локальних мереж, необхідно відзначити, що топологія все-таки не є основним чинником при виборі типа мережі. Набагато важливіше, наприклад, рівень стандартизації мережі, швидкість обміну, кількість абонентів, вартість устаткування, вибране програмне забезпечення. Але, з іншого боку, деякі мережі дозволяють використовувати різні топології на різних рівнях. Цей вибір вже цілком лягає на користувача, який повинен враховувати всі перераховані в даному розділі міркування.

2. Лекція: Типи ліній зв'язку локальних мереж

Середовище передачі інформації називаються ті лінії зв'язки (або канали зв'язку), по яких проводиться обмін інформацією між комп'ютерами. У переважній більшості комп'ютерних мереж (особливо локальних) використовуються дротяні або кабельні канали зв'язку, хоча існують і безпровідні мережі, які зараз знаходять все більш широке застосування, особливо в портативних комп'ютерах.

Інформація в локальних мережах найчастіше передається в послідовному коді, тобто битий за бітом. Така передача повільніша і складніша, ніж при використанні паралельної коди. Проте треба враховувати те, що при швидшій паралельній передачі (по декількох кабелях одночасно) збільшується кількість сполучних кабелів в число разів, рівне кількості розрядів паралельної коди (наприклад, в 8 разів при 8-розрядному коді). Це зовсім не дрібні гроші, як може показатися на перший погляд. При значних відстанях між абонентами мережі вартість кабелю цілком порівнянна з вартістю комп'ютерів і навіть може перевершувати її. До того ж прокласти один кабель (рідше два різноспрямованих) набагато простіше, ніж 8, 16 або 32. Значно дешевше обійдеться також пошук пошкоджень і ремонт кабелю.

Але це ще не все. Передача на великі відстані при будь-якому типові кабелю вимагає складної передавальної і приймальної апаратури, оскільки при цьому необхідно формувати потужний сигнал на передавальному кінці і детектувати слабкий сигнал на приймальному кінці. При послідовній передачі для цього потрібний всього один передавач і один приймач. При паралельній же кількість необхідних передавачів і приймачів зростає пропорційно розрядності використовуваної паралельної коди. У зв'язку з цим, навіть якщо розробляється мережа незначної довжини (порядка десяток метрів) найчастіше вибирають послідовну передачу.

До того ж при паралельній передачі надзвичайно поважно, щоб довжини окремих кабелів точно дорівнювали один одному. Інакше в результаті проходження по кабелях різної довжини між сигналами на приймальному кінці утворюється часове зрушення, яке може привести до збоїв в роботі або навіть до повної непрацездатності мережі. Наприклад, при швидкості передачі 100 Мбіт/с і тривалість бито 10 нс це часове зрушення не повинне перевищувати 5-10 нс. Таку величину зрушення дає різниця в довжинах кабелів в 1-2 метри. При довжині кабелю 1000 метрів це складає 0,1-0,2%.

Треба відзначити, що в деяких високошвидкісних локальних мережах все-таки використовують паралельну передачу по 2-4 кабелям, що дозволяє при заданій швидкості передачі застосовувати дешевші кабелі з меншою смугою пропускання. Але допустима довжина кабелів при цьому не перевищує сотні метрів. Прикладом може служити сегмент 100BASE-T4 мережі Fast Ethernet.

Промисловістю випускається величезна кількість типів кабелів, наприклад, тільки одна найбільша кабельна компанія Belden пропонує більше 2000 їх найменувань. Але всі кабелі можна розділити на три великі групи:

· електричні (мідні) кабелі на основі витих пар дротів (twisted pair), які діляться на екранованих (shielded twisted pair, STP) і неекранованих (unshielded twisted pair, UTP);

· електричні (мідні) коаксіальні кабелі (coaxial cable);

· оптоволоконні кабелі (fibre optic).

Кожен тип кабелю має свої переваги і недоліки, так що при виборі треба враховувати як особливості вирішуваного завдання, так і особливості конкретної мережі, у тому числі і використовувану топологію.

Можна виділити наступні основні параметри кабелів, принципово важливі для використання в локальних мережах:

· Смуга пропускання кабелю (частотний діапазон сигналів, що пропускаються кабелем) і загасання сигналу в кабелі. Два цих параметра тісно зв'язані між собою, оскільки із зростанням частоти сигналу росте загасання сигналу. Треба вибирати кабель, який на заданій частоті сигналу має прийнятне загасання. Або ж треба вибирати частоту сигналу, на якій загасання ще прийнятно. Загасання вимірюється в децибелах і пропорційно довжині кабелю.

· Перешкодозахиснакабелю і забезпечувана ним секретністьпередачі інформації. Ці два взаємозв'язані параметри показують, як кабель взаємодіє з навколишнім середовищем, тобто, як він реагує на зовнішні перешкоди, і наскільки просто прослухати інформацію, передавану по кабелю.

· Швидкість розповсюдження сигналупо кабелю або, зворотний параметр - затримка сигналу на метр довжини кабелю. Цей параметр має принципове значення при виборі довжини мережі. Типові величини швидкості розповсюдження сигналу - від 0,6 до 0,8 від швидкості розповсюдження світла у вакуумі. Відповідно типові величини затримок - від 4 до 5 нс/м.

· Для електричних кабелів дуже важлива величина хвилевого опорукабелю. Хвилевий опір поважно враховувати при узгодженні кабелю для запобігання віддзеркаленню сигналу від кінців кабелю. Хвилевий опір залежить від форми і взаєморозташування провідників, від технології виготовлення і матеріалу діелектрика кабелю. Типові значення хвилевого опору - від 50 до 150 Ом.

В даний час діють наступні стандарти на кабелі:

· EIA/TIA 568 (Commercial Building Telecommunications Cabling Standard) - американський;

· ISO/IEC IS 11801 (Generic cabling for customer premises) - міжнародний;

· CENELEC EN 50173 (Generic cabling systems) - європейський.

Ці стандарти описують практично однакові кабельні системи, але відрізняються термінологією і нормами на параметри. У даній роботі пропонується дотримуватися термінології стандарту EIA/TIA 568.