topologie de rețea
Lyubov Gorshkova, Gregory Efimov
Lyubov Gorshkova - un expert independent ([email protected]). Gregory Efimov - cercetător al Academiei Militare numit după Petra Velikogo ([email protected])
Când creați rețeaua trebuie mai întâi pentru a alege un mod de organizare a legăturilor fizice, adică, topologia.
Ideea de deschidere rodnică
În mod tradițional, conexiune de rețea sau de date a realiza o serie de puncte sau noduri interconectate prin canale de comunicare. Fiecare rețea poate fi mapat la proiectarea geometrică într-un grafic ale cărui noduri sunt nodurile și marginile - canalele de comunicare. În cazul în care nodurile de rețea sunt calculatoare, iar canalele de comunicare sunt canale de date, rețeaua este computerul. Aplicat la o topologie de rețea știință aplicată conștient de faptul că se ocupă cu structura compușilor și nodurile cu excepția unor caracteristici precum lungimea liniilor și nodurile de ieșire.
În consecință, topologia rețelei sau topologie de rețea (topologie de rețea), se face referire la diagrama totală de rețea care indică locația fizică a nodurilor și a conexiunilor dintre ele cu factorii teritoriale, administrative și organizatorice. Cu toate acestea, o astfel de definiție acceptăm următoarea caveat: mișcarea fizică a unităților fără a schimba conexiunile dintre nodurile nu este însoțită de schimbări în topologia.
topologie fizică și logică
Pentru a clarifica distincția dintre topologie logică și fizică a rețelei, trebuie să ia în considerare două model de nivel inferior de referință al (Open Systems Interconnection ISO / OSI): fizică (nivel fizic) și canalul (stratul de date-link). Trebuie avut în vedere faptul că stratul de legătură de date are propriile sale sub-niveluri: un control de acces la mediu (MAC - Media Access Control) și logică Link Control (LLC - Logical Link Control). Este straturile fizic și legături de date ale topologia rețelei este determinată, care, în conformitate cu aceste niveluri, aceasta poate fi o fizică și logică.
topologie logică este o structură de rețea logică. O astfel de schemă definește modul în care elementele rețelei cooperează între ele ca și informații sunt transmise în rețea, și în ce fel îl depășește astfel.
Topologia fizică a rețelei determină locația ștuțuri. Acesta stabilește elementele circuitului de interconectare de rețea (se referă la conexiuni electrice). O topologie fizică definește ceea ce se întâmplă în rețea în caz de eșec al oricărui nod.
Sub bază înțelegem structurile topologice care au proprietăți fundamental diferite. Ca topologii de bază rețele moderne sunt: „stea“, „inel“, „autobuz“, și o topologie pe deplin conectat, numit, de asemenea, un grafic topologie completă (a se vedea figura 1 ..). Rețineți că, în matematică să ia în considerare în continuare a graficului complet Graficul tocit - adică, un grafic în care nervurile nu este deloc; și mai departe la numărul corespunzător topologia inel este din nou „inelar“ grafic (în orice caz, acest lucru este valabil pentru cazul graficului cu cinci vârfuri așa cum este ilustrat în Fig. 1).
Care topologia logică selectată va depinde de alegerea metodei de control al accesului la mediul de transmisie (de exemplu, Ethernet sau Token Ring), pe care se va opera rețeaua, iar tipul de medii de transmisie fizice.
„Star“ este cel mai des utilizat în rețele formate din minicalculatoare, și rețele ArcNet. „Ring“ este popular în rețelele Token Ring, topologia de autobuz este utilizat într-o rețea Ethernet. topologie complet conectat este frecvent utilizat în rețele complexe cu mai multe mașini sau zonă extinsă cu un număr mic de calculatoare. În plus, topologia complet conectat este utilizat într-un anumit tip de rețele radio - cele cu antene omnidirecționale sunt utilizate și care funcționează într-un mod circular.
O diagramă logică a rețelei poate fi diferită de cea fizică. topologie logică determină circuitul electric pentru trecerea semnalelor; schema fizică stabilește modul în care sunt amplasate cablurile, hub-uri și noduri. De exemplu, rețeaua Ethernet ar trebui să aibă o topologie de autobuz logică. Cu toate acestea, ea poate fi configurat fizic ca un „pneu“ sau „stea“. rețea Token Ring este o topologie de inel logic, dar este configurat fizic ca o „stea“. FDDI - logic „inel“, și este configurat fizic ca un „inel“ sau „stea“.
În general vorbind, cele mai multe rețele ar trebui să aibă o topologie plasă plină logică, adică, un link, cum ar fi „toată lumea cu toată lumea“. Numărul acestor conexiuni într-o rețea cu noduri n terminale este egal cu numărul de combinații de n 2, adică n (n-1) / 2. Pentru a realiza o astfel de topologie este fizic foarte greu, prin care stratul fizic utilizat alte topologii de bază, care să permită posibilitatea de a transfera informații între două noduri terminale printr-un nod intermediar.
Înainte de examinare detaliată a principalelor tipuri de topologii stipulează mic detaliu - numărul de noduri din rețea. Faptul este că, atunci când există doar două noduri despre orice topologie poate fi nici o întrebare - toate topologia de bază reprezentat de același grafic cu două vârfuri și o margine. Când trei noduri „anvelopă“ coincide cu „stea“ și topologie inel - cu plasă plină. Și numai atunci când patru sau mai multe noduri ale unei rețele cu diferite topologii vor fi diferite unele de altele în mod semnificativ.
Topologia de bază utilizat în construcția rețelelor reale care pot fi utilizate diferite variante combinate ale topologii de bază. Astfel, topologia de bază este, în general, stau la construcția segmentelor individuale sau subrețele rețelei globale. O astfel de topologie se numește în amestec.
Până de curând, topologia stea, în cea mai mare parte, rețelele care stau la baza de computere medii si sisteme mari. Astfel de rețele constau de obicei dintr-un sistem terminal sau PC, fiecare fiind conectat la un procesor central.
Această decizie se explică prin cea mai bună stabilitate a rețelei pentru a forma o „stea“, în comparație cu alte topologii majore. De exemplu, într-o rețea cu topologie stea a cedării unui nod va duce la defectarea numai în cazul în care este - un punct central, care este de obicei hub-ul. Pentru a preveni o astfel de situație, redundanța este uneori folosită de către un calculator central conectat în paralel. În plus, topologia stele vă permite să adăugați și să eliminați noduri fără a perturba funcționarea acesteia.
Topologia stele este ideal pentru rețele de arie largă, birouri la distanță care au nevoie pentru a comunica cu biroul central. Un alt avantaj topologie stea este că nu numai vă permite să centralizeze principalele resurse de rețea, cum ar fi hub-uri sau echipamente de potrivire linie de transport, dar, de asemenea, oferă administratorilor de rețea un punct central pentru gestionarea rețelei. Într-o rețea cu această topologie depana cu ușurință nodurile de rețea. Cu toate acestea, rețeaua stele necesită o investiție semnificativă în instalațiile de cablu.
„Steaua“ în cascadă. Cascade topologie „stea“ - topologia fizică a rețelei, care este o „stea“, noduri una sau mai multe radiale care sunt nodurile centrale ale altor „stele“.
Folosind repetor modulare multiport (de asemenea, cunoscut ca un hub, sau hub) și rețeaua Ethernet puteți crea rețele mari construite în cascadă „stele“. Într-o astfel de structură, un repetor centrală multiport servește ca un hub central pentru multe alte repetoare și, în vigoare, creează un număr de rețele stea Ethernet (vezi. Fig. 2).
Twisted-pair rețea Ethernet este adesea utilizat în construcția de rețele sub forma unei cascade „stele“. Într-o astfel de rețea, repetoare multiport modulare sunt conectate între ele și cu repetorul central. Folosind repetoare multiport modulare vă permite să conectați la o rețea de mare și de organizare o stea shinoobraznuyu. În același timp, repeater modular trebuie să ia module care asigură compatibilitatea cu rețea Ethernet.
"Star" distribuit. Topologia distribuit „Star“ este topologia fizică, care constă din două sau mai multe butucului, fiecare dintre care acționează ca centrul stelei (vezi. Fig. 2). Un bun exemplu de o astfel de topologie poate servi ca rețea ArcNet având cel puțin un butuc activ și unul sau mai multe pasive hub-uri.
"Star" ierarhică. mai multe niveluri de concentratoare sunt utilizate în topologii ierarhice. Astfel, în topologia rețelei „steaua ierarhică“ un nivel aranjat pentru conectarea la utilizatori și servere, iar al doilea strat funcționează ca o linie de transport comun.
Având în vedere topologie „inel“, trebuie să se precizeze imediat diferențele dintre topologii fizice și logice.
Când un inel logic pachete de topologie sunt distribuite secvențial de la nod la altul într-o ordine prestabilită. Nodurile formează un cerc închis și, astfel, nodul care a trimis pachetul este ultimul nod pe care le primește. rețea Token Ring este cel mai bun exemplu de topologie de inel logic.
Topologia inel fizică implică o rețea de organizație în care fiecare nod este conectat la celelalte două, formând un cerc închis. Informațiile sunt trimise numai într-o singură direcție, astfel încât există o legătură rigidă între fiecare dintre nodurile și celelalte două, dintre care unul transmite pachetele, iar celălalt le primește de la el.
Topologia inel fizic are dezavantaje importante: în cazul în care activitatea oricare dintre componentele eșuează, întreaga rețea va fi paralizat; Localizarea defectelor datorate permite o comunicare numai într-o singură direcție este o sarcină dificilă; adăugarea sau ștergerea nodului de rețea distruge. Din cauza acestor neajunsuri, o astfel de topologie fizică este destul de rar. În special, compania standardul Token Ring IBM furnizează topologia logică - „inel“, iar fizic - „stea“ (a se vedea figura 3 ..).
In ciuda faptului ca este fizic „stea“ firma de arhitectura Token Ring IBM logic (adică, din punctul de vedere al trecerii semnalelor electrice) este sub forma unui inel. Săgețile din această figură arată traiectoria de circulație a pachetelor de-a lungul inelului de la o stație la alta.
Într-o rețea Token Ring noduri sunt conectate la un hub - unitate de acces multiplu (MSAU - Multi Station Access la unitate), numit uneori accesul la mediu (MAU - Media Access la unitate). Inelul logic unidirecțională MSAU trece token de la o stație la alta pe Starlike traseu.
Într-o rețea cu jeton de trecere a încorporat unele dintre caracteristicile de toleranta la erori. De exemplu, unul dintre calculatoarele atribuite rolul monitorului este capabil să „captură“ markerii care circulă la nesfârșit din cauza unei probleme cu transmițătorul. Mai mult, toate computerele implicate în localizarea problemelor de rețea inel prin procesul de „emisie de baliză“ (balizaj), suspectând problemă atunci când rețeaua trimite un semnal de baliză special (baliză).
Mandatul mediului de separare a timpului de retenție limitată de rețea Token Ring jeton (timp exploatație jeton), după care postul este obligat să înceteze transmiterea propriilor date și să treacă jetonul pe inelul de mai jos.
Stratificarea „inel“. În inelele ierarhice ale aceluiași principiu concentratoare de diferite niveluri, și prin aceea că „stele“ ierarhice, numai în acest caz, un „inel“ topologie de bază, în loc de „stea“.
Dublu „inelul“. Reprezentant fizică și logică topologie de rețea „inel dublu“ este un standard FDDI (Fiber Distributed Data Interface), folosind medii de transmisie de date prin fibră optică. Este de remarcat faptul că tehnologia FDDI nu este disponibil pentru nivelul utilizatorilor. Cu alte cuvinte, dacă te duci înapoi la structura ierarhică descrisă anterior a rețelei, FDDI este un top hub-uri la nivel de raliuri.
Caracteristică FDDI, în comparație cu „inel“ convențional, este de a folosi două „inele“: interne și externe. Numai exterior „inelul“ este utilizat în timpul funcționării normale. Într-un accident al stațiilor de interior și exterior „inel“ închis la un „inel“. Accesul la același mediu de transport în comun rămâne aceeași - prin markerul.
Exemplu „bus“ topologie - conectarea tuturor stațiilor de lucru pe cablu coaxial printr-un conector special, configurat într-un „OR montare“.
Topologia bus fizic, toate nodurile de rețea (stații) interconectate în mod egal prin intermediul deschis (nedeterminată) cablu. Acest cablu poate sprijini doar un singur canal și se numește „autobuz“ (autobuz). Ambele capete ale cablului trebuie terminată cu o sarcină rezistivă, numită EOL sau terminator (terminare resister), - pentru a preveni reflexia semnalelor (semnal viguros). Dacă nu există nici un terminator, semnalul ajunge la capătul cablului, își schimbă direcția. Ca urmare, o singură transmisie poate lua complet peste întreaga lățime de bandă de rețea și de a inhiba transmisiile de la alte stații.
topologie Pozitive autobuz sunt: lungime mică a conexiunilor prin cablu, schema de montaj mai simplu; ușor de a deconecta și conectați stația de la rețea. Arhitectura, bazată pe o topologie de autobuz comun, cea mai simplă și flexibilă. Dezavantajele acestei topologii includ: dificultăți în diagnosticul și suport tehnic; cu stații de trafic intens va trebui să aștepte o lungă perioadă de timp pentru a avea acces la lățimea de bandă.
Un exemplu de topologie de autobuz este standardul Ethernet, care este în prezent cel mai comun standard pentru rețelele locale. Există mai multe standarde Ethernet. Ethernet standard, lansat în 1975, astăzi este aproape niciodată folosit. 2 Ethernet (Ethernet DIX) IEEE 802.3 în literatura de specialitate, de obicei denumite simplu Ethernet.
Următoarea listă de standarde diferite, în principal mediu de transmisie second-hand: Ethernet 10Base-5, 10Base-2 - cablu coaxial; 10Base-FOIXL, 10Base-FL, 10Base-FB - cablu de fibra optica; 10Base-T foloseste un cablu torsadat și asigură topologia fizică a „stea“.
Versiunile mai noi: Fast Ethernet și Gigabit Ethernet, cauzat includerea în IEEE 802.3 și 802.3u secțiuni suplimentare 802.3z respectiv. Fast Ethernet este topologia fizică - o structură arborescentă ierarhică în concentratoare de diferite niveluri. Fast Ethernet asigură utilizarea ca o pereche de fire răsucite mediu (standard 100Base-TX și 100Base-TH) și fibra optică (standard 100BaseFX). In Gigabit Ethernet mediu de transmisie este o fibră optică (vezi. Tabelul).
Cuvânt nou în acest domeniu este standard 100VG-ANYLAN. Principala sa diferență de standardul Ethernet este sprijinit de doua tehnologii - Ethernet si Token Ring.
Complet (complet meshed) topologia - este un astfel de aranjament de noduri în care fiecare nod este conectat cu fiecare. În prezent, rețele de calculatoare, această topologie este utilizat relativ rar. Cu toate acestea, este utilizat pe scară largă în organizarea muncii între abonați interconectate canale radio.
Un pic mai mult despre topologii mixte
Plasa (parțial ochiuri) a topologiei full mesh este obținută prin ștergerea unor relații (acest lucru este necesar uneori să păstreze cel puțin două conexiuni per nod). Unele surse cum ar topologie se numește haotic (haos). În principiu, plasa poate fi numită orice topologie incompletă (și „stea“ și „autobuz“ și „inel“) (în sens larg), precum și orice combinație a acestora. Prin urmare, utilizarea acestui termen ar trebui să fie precaut.
topologie de inel distribuit „stele“. Aceasta topologie este uneori numită topologie cu butucul (topologie hub) și o topologie hibrid fizică care combină topologia proprietăți „stea“ și „inel“. Componentele individuale sunt conectate la un punct central, precum și într-o rețea de stea. Cu toate acestea, pentru a forma butucul interior în „inelul“ compus. O astfel de topologie este utilizat în Token Ring, în cazul în care topologia logică este un „inel“ (vezi. Fig. 2).
topologie copac. Topologia copac, de asemenea, cunoscut ca un autobuz distribuit sau arbore de ramificare este o topologie fizică hibrid care combină proprietățile unui topologie stea și un autobuz comun. Mai multe autobuze pot fi combinate într-o buclă sau anvelopele pot ramifica din locurile de concentrator lor conexiune. Punctul inițial al arborelui format prin șine, numită rădăcină, sau cap-end (vezi. Fig. 2). Un exemplu al acestei topologii este organizarea unui sistem de televiziune prin cablu.
topologie Avantaje arbore: extins cu ușurință; ușor de detectat eroare. Dezavantaje: eșecul nodului rădăcină este eșecul întregului sistem, eșecul butucului - eșecul sucursalelor sale; în cazul în care rețeaua este foarte mare, accesul la ea este dificil. Un alt exemplu de structură arborescentă este o versiune ierarhică a structurii stele. Aceasta este o dovadă în plus că fiecare dintre topologiile mixte pot fi obținute din topologiile de bază în diverse moduri.
Din păcate, realitatea este adesea dictează rigid alegerea metodei topologie și de acces. De exemplu, organizațiile care utilizează hardware IBM în volum mare, este mai ușor de a alege un inel Token. Semnificative sunt, de asemenea, constrângerile financiare. Este ceea ce face mult mai probabil ca o adevărată rețea va conține aceste sau alte variante ale diferitelor topologii.
Această abordare este caracterizată printr-o flexibilitate relativ ridicată. În cele din urmă, există mai multe rute alternative vă permite să alegeți cel mai simplu mod de a atinge acest obiectiv, și anume crearea rețelei de înaltă performanță, cu constrângerile de cost. În cazul în care, cu toate acestea, crearea de rețele pentru a acționa în caz contrar, puteți obține în rețeaua de furnizori fără scrupule și integratori care integrează bugetul dvs. cu un „minus“.