Топология локальных сетей

Локальной сетью называются компьютеры, расположенные в пределах одного или нескольких рядом стоящих зданий и объединенные с помощью кабелей и разъёмов. Так как электрический сигнал ослабевает при передаче по кабелю, то расстояние между компьютерами в локальной сети ограничено. Обычно длина кабеля, по которому передаются данные между компьютерами не должна превышать 1 км. Для подключения компьютера к локальной сети требуется устройство, называемое сетевым адаптером.

Если в сети имеется специальный компьютер, выделенный для совместного использования участниками сети, он называется файловым сервером. Компьютерные сети, в которых нет выделенного компьютера и все компьютеры равноправны, называются одноранговыми.

Пользователи, работающие в локальной сети, могут иметь разные права доступа к общим ресурсам сети. Управление правами доступа называется администрированием сети. Эту функцию выполняет системный администратор.

Для подключения к сети каждый компьютер должен быть снабжен сетевой платой (адаптером), обеспечивающим его сопряжение с линией связи и с другими компьютерами, и специальным программным обеспечением. Линия связи, соединяющая компьютеры в сеть, проходит через все сетевые платы. Каждая сетевая плата снабжена уникальным адресом, идентифицирующим содержащий её компьютер и известным файловому серверу и другим компьютера сети. Установка идентифицирующего адреса производится с помощью специальных переключателей на сетевой плате или программно. Файловый сервер снабжается более производительной сетевой платой, чем остальные компьютеры сети.

Способ соединения компьютеров в сеть называется топологией сети. Все локальные сети строятся на основе трех базовых топологий: "звезда", "кольцо" и "шина".

Топология "звезда" характерна тем, что в ней все узлы соединены с одним центральным узлом коммутации (рис. 12).

Рис. 12. Звездообразная топология сети

Достоинство такой топологии состоит в экономичности и удобстве организации управления взаимодействием компьютеров (абонентов). Звездообразную сеть легко расширить, поскольку для добавления нового компьютера нужен только один новый канал связи. Существенным недостатком звездообразной топологии является низкая надежность, поскольку при отказе центрального узла коммутации выходит из строя вся сеть.

В топологии "кольцо" компьютеры подключаются к повторителям (ретрансляторам) сигналов, связанным в одно-направленное кольцо (рис. 13).

По методу доступа к каналу связи различают два основных типа кольцевых сетей: маркерное кольцо и тактированное кольцо.

В маркерных кольцевых сетях по кольцу передается специальный управляющий сигнал – маркер, разрешающий передачу сообщений. Если компьютер получил маркер и у него есть сообщение для передачи, он удаляет маркер из сети и передает сообщение, сопровождая его адресом получателя. Сообщение проходит через все ретрансляторы, пока не окажется в ретрансляторе, к которому подключен компьютер с адресом, указанным в сообщении. Компьютер, получивший сообщение, передает в кольцо сигнал подтверждения приёма. Это сообщение движется по кольцу в том же направлении, пока не достигнет компьютера, передавшего сообщение. Получив подтверждение приёма, передающий компьютер возвращает управляющий маркер в канал связи, и он продолжает движение по кольцу. При отсутствии у компьютера сообщений для передачи, он пропускает движущийся по кольцу маркер. Таким образом, по кольцу может одновременно передаваться только одно сообщение.

Рис. 13. Кольцевая топология сети

В тактированном кольце по сети непрерывно движется последовательность тактовых импульсов с постоянным расстоянием между импульсами. Интервал времени между двумя последовательными импульсами называется тактом. В каждом такте имеется специальный бит – указатель занятости. Когда компьютер, у которого есть сообщения для передачи, получает очередной тактовый импульс, он проверяет занятость такта. Если такт свободен, он заполняется сообщением, которое сопровождается адресом получателя и указатель занятости такта устанавливается в положение "занято". Если такт занят, компьютер ждёт появления свободного такта. Сообщение движется по кольцу, пока не достигнет компьютера, адрес которого указан в сообщении. После этого указатель занятости такта устанавливается в положение "свободно" и такт движется дальше по кольцу.

Достоинствами кольцевой сети являются её легкая расширяемость и равные права доступа к сети у всех компьютеров. Недостатками являются выход из строя всей сети при выходе из строя одного из ретрансляторов и необходимость остановки работы сети при изменении её конфигурации.

В топологии "шина" все компьютеры подключаются к одному каналу связи с помощью приёмопередатчиков – трансиверов (рис. 14).

Рис. 14. Шинная топология сети

Канал оканчивается с двух сторон пассивными терминаторами, поглощающими передаваемые сигналы. Сообщение от передающего компьютера передается по шине в обе стороны всем компьютерам, но принимается только тем, адрес которого указан в сообщении. В каждый момент только один компьютер может вести передачу. Компьютеры, подключенные в сеть, только просматривают передаваемые данные, а не ретранслируют их, как в кольцевой топологии. Поэтому выход из строя одного из компьютеров не скажется на работе сети. Другими достоинствами шинной технологии являются её лёгкая расширяемость и экономичность каналов связи. Недостатком является уменьшение пропускной способности сети при больших объёмах передаваемой информации.

В настоящее время часто используются комбинированные топологии типа "звезда-шина" и "звезда-кольцо". В топологии "звезда-шина" несколько звездообразных сетей объединяются с помощью магистральной шины. При топологии "звезда-кольцо" несколько звездообразных сетей соединяются своими центральными узлами коммутации в кольцо.