Обзор и выбор сетевой топологии

Сетевая топология – это способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.

Топологию сети обуславливают её характеристики. В частности, выбор той или иной топологии влияет на:

- состав необходимого сетевого оборудования;

- характеристики сетевого оборудования;

- возможности расширения сети;

- способ управления сетью.

Чтобы совместно использовать ресурсы или выполнять другие сетевые задачи, компьютеры подключены друг к другу. Для этой цели применяется кабель.

Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры, недостаточно. Разные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и другими компонентами требуют и различного взаимного расположения компьютеров.

Топология налагает различные условия на сеть. От нее зависти не только тип кабеля, но и способ его прокладки.

Топология определяет способ взаимодействия компьютеров в сети. Разным видам топологий соответствуют разные методы взаимодействия, и эти методы сильно влияют на сеть.

Все сети строятся на основе трёх основных топологий:

- шина;

- звезда;

- кольцо.

Если компьютеры подключаются вдоль одного кабельного сегмента, топология называется шиной. В том случае, когда компьютеры подключаются к сегментам кабеля, которые исходят из одной точки, или концентратора, топология называется звездой. Если кабель, к которому подключаются компьютеры, замыкается в кольцо, такая топология является кольцевой.

Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.

1.4.1 Топология шина

Данная топология относится к наиболее простым и широко распространённым топологиям. В ней используется один кабель, именуемый сегментом или магистралью, вдоль которого подключены все компьютеры сети (рисунок 1).

Рисунок 1 – Простая сеть с топологией «шина»

В сети с топологией «шина» данные в виде электрических сигналов передаются всем компьютерам, находящимся в сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причём в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу.

Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, её производительность зависит от их количества. Чем их больше, то есть чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее работает сеть.

Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

- характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети;

- частота, с которой компьютеры передают данные;

- тип работающих сетевых приложений;

- тип сетевого кабеля;

- расстояние между компьютерами в сети.

Шина – пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выходит из строя, это не скажется на работе других рабочих станций. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

В случаях, когда в сети происходят неполадки, сами по себе компьютеры остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

Достоинства топологии «шина»:

- простота настройки;

- относительная простота монтажа и дешевизна, если все рабочие станции расположены рядом;

- выход из строя одной или нескольких рабочих станций никак не отражается на работе всей сети.

Недостатки топологии «шина»:

- неполадки шины в любом месте (обрыв кабеля, выход из строя сетевого коннектора) приводят к неработоспособности сети;

- сложность поиска неисправностей;

- низкая производительность – в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть, с увеличением числа рабочих станций производительность сети падает;

- плохая масштабируемость – для добавления новых рабочих станций необходимо заменять участки существующей шины.

При рассмотрении данной топологии и выявлении ее недостатков видно, что для реализации проекта она не является лучшим вариантом ввиду того что для нее не подходит расположение компьютеров по стандартам, а также ее низкая надежность и масштабируемость не удовлетворяют требованиям проекта.

1.4.2 Топология кольцо

При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к замкнутому кабелю (рисунок 2). Сигналы передаются по кругу в одном направлении, проходя через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер является повторителем, усиливающим сигнал и передавая его следующему компьютеру. Поэтому, при выходе из строя одного компьютера, прекращает функционировать вся сеть.

Рисунок 2 – Простая сеть с топологией «кольцо»

Достоинства кольцевой топологии:

- простота установки;

- практически полное отсутствие дополнительного оборудования;

- возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети.

Однако «кольцо» имеет и существенные недостатки:

- каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации; в случае выхода из строя хотя бы одной из них или обрыва кабеля – работа всей сети останавливается;

- подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, поскольку во время установки нового ПК кольцо должно быть разомкнуто;

- сложность конфигурирования и настройки;

- сложность поиска неисправностей.

При обзоре данной топологии можно заключить, что она не подходит для реализации в проекте учебного кабинета.

Во-первых, она имеет низкую надежность. Во-вторых, чтобы она работала, все компьютеры в кабинете должны быть включены, а это требуется не всегда.

1.4.3 Топология звезда

При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (рисунок 3). Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным. Эта топология возникла еще при появлении вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.

Рисунок 3 – Простая сеть с топологией «звезда»

В сетях с топологией «звезда» подключение кабеля и управление конфигурацией сети централизованы. В этом есть недостаток для больших сетей ввиду того что значительно увеличивается расход кабеля, так как все компьютеры подключены к центральной точке. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя, нарушится работа всей сети. А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры в сети это не повлияет.

Топология «звезда» является основной при построении локальных сетей. Это произошло благодаря ее многочисленным достоинствам:

- выход из строя одной рабочей станции или повреждение ее кабеля не отражается на работе всей сети в целом;

- хорошая масштабируемость: для подключения новой рабочей станции достаточно проложить от коммутатора отдельный кабель;

- легкий поиск и устранение неисправностей и обрывов в сети;

- высокая производительность;

- простота настройки и администрирования;

- в сеть легко встраивается дополнительное оборудование.

Однако, как и любая топология, «звезда» не лишена недостатков:

- выход из строя центрального концентратора приведет к неработоспособности всей сети;

- дополнительные затраты на сетевое оборудование – устройство, к которому будут подключены все компьютеры сети (концентратор);

- число рабочих станций ограничено количеством портов в центральном коммутаторе.

При рассмотрении основных топологий построения кабельной системы, оценки их достоинств и недостатков, принимается решение использовать топологию «звезда». При выборе подходящего и надежного коммутатора данная топология является наилучшим решением для построения малой сети школы.