Топології комп’ютерних мереж

Топологією КМ називають спосіб з’єднання в ній комп’ютерів (спосіб організації фізичних зв’язків). Іншими словами топологія - це конфігурація графа, вершинам якого відповідають комп’ютери мережі (іноді й інше обладнання, наприклад концентратори), а ребрам - фізичні зв’язки між ними.

Вибір топології істотно впливає на ряд характеристик мережі. Наприклад, наявність резервних зв’язків підвищує її надійність і робить можливим балансування завантаження окремих каналів. Простота приєднання нових вузлів, яка властива деяким топологіям, робить КМ легкорозширюваною. Економічні міркування часто приводять до вибору топологій, для яких характерна мінімальна сумарна довжина ЛЗ.

Класифікація топологій КМ наведена на рис. 2.1[1, 2, 4, 6, 8, 9, 12].

Рисунок 2.1 - Типи топологій КМ

Повнозв’язна топологія (рис. 2.2 а) відповідає мережі, в якій кожний комп’ютер мережі має зв’язки з усіма іншими її комп’ютерами. В загальному випадку це досить громіздкий і неефективний варіант КМ, оскільки потребує велику кількість комунікаційних портів для забезпечення такого зв’язку (кількість ЛЗ у такій КМ буде , де n - кількість вузлів у мережі). Повнозв’язана топологія застосовуються дуже рідко. Найчастіше вона використовується в багатомашинних комплексах або ГКМ при невеликій кількості комп’ютерів.

Всі інші варіанти топологій засновані на неповнозв’язаних структуррах, коли для обміну даними між двома комп’ютерами може бути потрібна проміжна передача даних через інші вузли мережі.

Коміркова топологія (mesh) виходить з повнозв’язної шляхом видалення деяких можливих зв’язків (рис. 2.2 б). У мережі з комірковою топологією зв’язуються лише ті комп’ютери, між якими відбувається інтенсивний обмін даними. Для обміну даними між комп’ютерами, не сполученими прямими ЛЗ, використовуються транзитні передачі через проміжні вузли. Коміркова топологія допускає з’єднання великої кількості комп’ютерів і характерна, як правило, для ГКМ.

Загальна шина (рис. 2.2 в) донедавна була дуже поширеною топологією для ЛКМ. Тут комп’ютерипідєднуються до одного коаксіального кабелю за схемою “монтажного АБО”. Інформація, що надсилається може розповсюджуватися в обидві сторони. Застосування загальної шини знижує вартість проводки, уніфікує підключення різних модулів, забезпечує можливість майже миттєвого широкомовного звернення до всіх станцій мережі.

Основними перевагами такої схеми є дешевизна і простота прокладки кабелю по приміщеннях. Основні недоліки - низька надійність (будь-який дефект кабелю або будь-якого з роз’ємів повністю паралізує всю КМ), невисока продуктивність (оскільки в кожний момент часу тільки один комп’ютер може надсилати дані у мережу). Тому пропускна спроможність каналу зв’язку тут завжди ділиться між усіма вузлами мережі.

Топологія зірка (рис. 2.2 г). У цьому випадку кожний комп’ютер підключається окремим кабелем до загального пристрою - концентратора, який знаходиться в центрі мережі і надсилає інформацію, що передається комп’ютером одному або всім іншим комп’ютерам мережі. Головна перевага цієї топології перед загальною шиною- набагато більша надійність (будь-які проблеми з кабелем стосуються лише того комп’ютера, до якого цей кабель приєднаний, і тільки несправність концентратора може вивести з ладу всю КМ). Крім того, концентратор може грати роль інтелектуального фільтра інформації, що надходить від вузлів у мережу, і при необхідності блокувати заборонені адміністратором передачі.

До недоліків топології типу зірка відноситься більш висока вартість мережевого обладнання (внаслідок необхідності придбання концентратора). Крім того, можливості по нарощуванню кількості вузлів у мережі обмежуються кількістю портів концентратора. Іноді доцільно будувати мережу з використанням кількох концентраторів, ієрархічно званих між собою у вигляді зірки (рис. 2.2 д).

В наш час ієрархічна (розширена) зірка є найпоширенішим типом топології зв’язків як в ЛКМ, так і ГКМ.

В мережах з кільцевоюконфігурацією (рис. 2.2 е) дані передаються по кільцю від одного комп’ютера до іншого, як правило, в одному напрямку. Якщо комп’ютер розпізнає дані як “свої”, то він копіює їх у свій внутрішній буфер. У мережі з кільцевою топологією слід вживати спеціальних заходів, щоб у разі виходу з ладу або відключення будь-якої станції не розривався канал зв’язку між іншими станціями. Кільце є дуже зручною конфігурацію для організації зворотного зв’язку: дані, зробивши повний обіг, повертаються до вузла-джерела. Тому останній може контролювати процес доставки даних адресату. Часто ця властивість кільця використовується для тестування зв’язаності мережі і пошуку вузла, який працює некоректно. Для цього у мережу посилаються спеціальні тестові повідомлення.

В той час коли невеликі КМ, як правило, мають типову топологію зірка, кільце або загальна шина, для великих мереж характерна наявність довільних зв’язків між комп’ютерами. В таких мережах можна виділити окремі довільно зв’язані фрагменти (підмережі), що мають типову топологію, тому їх називають мережами зі змішаноютопологією (рис. 2.3).