Краткие теоретические сведения

Топологические структуры вычислительных сетей

Ø Топология «Шина» Компьютеры соединены в ряд вдоль единственного отрезка кабеля
Ø Топология «Звезда» Компьютеры подсоединены кабельными отрезками, которые ответвляются от общей точки или концентратора (Hub)
Ø Топология «Кольцо» Компьютеры подсоединены к кабелю, который образует кольцо
Ø Заключение  

Краткие теоретические сведения

Специфичным для вычислительной сети является понятие структуры, которое обычно раскрывает систему связей и взаимодействия между элементами. В данном случае это понятие недостаточно для выделения составных частей сетей, поскольку их структура является динамичной, изменяющейся во времени. Кроме того, ИС представляются множеством различных структур. В связи с этим в теории сетей вводится специальное понятие - "архитектура сети", которое, с одной стороны, дополняет описание, определяемое структурами, а с другой - является достаточно самостоятельным в том смысле, что для одних и тех же структурных вариантов могут быть предложены самые разнообразные решения по другим вопросам построения сетей. Архитектура в этом случае выступает как идейное единство или согласованность различных структур. Вместе с тем она конкретизирует различные связи, возникающие в процессе взаимодействия составляющих частей.

 

Архитектура сети (network architecture) есть концепция взаимодействия сложных систем, включающая в себя совокупность логических, информационных и физических каналов, обеспечивающих реализацию информационных технологий в сети.

Как уже отмечалось выше понятие “сетевая архитектура” обозначает общую структуру сети. В данном случае под общей структурой сети понимаются все компоненты, благодаря которым сеть функционирует, в том числе аппаратные средства и программное обеспечение. Иными словами, сетевая архитектураэто комбинация стандартов, топологий и протоколов, необходимых для создания работоспособной сети.

Архитектура сети включает в себя три важных вида взаимосвязанных структур: логическую, физическую, программную (функциональную). Проектирование сети основывается на получении решения по выбору способа управления передачей данных (централизованного или децентрализованного, статического или динамического); способа передачи данных (коммутация каналов, сообщений или пакетов); разбиению аппаратно-программных средств на взаимодействующие подсистемы и функциональные уровни протоколов.

 

Обобщенная геометрическая модель физической структуры ИС определяет ещё одну её структуру - топологическую или просто - топологию ИС. Более конкретный состав аппаратно-программных средств и схема их связей называются конфигурацией ИС.

Термин топология, или более конкретно, сетевая топология относится к классификации или физическому расположению компьютеров, кабелей или других компонентов сети. Топология является стандартным термином, который большинство специалистов по сетям используют, когда они рассматривают основные принципы разработки сетей.

Под топологией(компоновкой, конфигурацией, структурой)компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи.

Все топологические структуры ЛВС могут быть:

- широковещательные;

- последовательностные.

 

Широковещательные структуры требуют передачи информации от абонента ко всем остальным абонентам, подключенным в сеть. Они работают в полудуплексном (однонаправленная передача) или в дуплексном режиме (двунаправленная передача). При работе в полудуплексном режиме требуется дополнительное время для переключения направления передачи, что снижает общую пропускную способность шины или моноканала. Работа в дуплексном режиме обеспечивается использованием различных частот для передачи информации, что увеличивает сложность приемо-передающей аппаратуры. Примерами широковещательных структур являются “шина” (Bus), “звезда” (Star) с неинтеллектуальным центром, “дерево” (Tree).

 

Последовательностные структуры требуют передачи информации от одного абонента к другому. Работают в режиме симплексной (односторонней), передачи информации, что упрощает их структуру и повышает пропускную способность каналов. Примерами последовательных структур являются “кольцо” (Ring), “звезда” с интеллектуальным центром, “сетка” (Mesh), когда осуществляется соединение каждого абонента с каждым.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо. В лабораторной работе изучаются принципы функционирования основных топологических структур, применяемых при создании вычислительных сетей, в частности, локальных вычислительных сетей (ЛВС).

 

Топология «Шина» ______________________________________

 

Шина (bus) –– в шинной топологии компьютеры подсоединены к одной линии связи - единственному кабельному сегменту - отрезку, который называется магистралью (моноканал), соединяющей все компьютеры в сеть по единственной линии. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам.

(Анимация)

 

Данные сети в виде электрических сигналов посылаются на все рабочие станции сети, однако информация принимается только компьютером, адрес которого соответствует адресу, закодированному в первичном сигнале. Только один компьютер в конкретный момент времени может послать сообщение. (Анимация)

Так как сигнал посылается по всей сети, он будет перемещаться от одного конца кабеля к другому. Если сигналу позволить продолжать это перемещение непрерывно, он будет «отражаться» вперед, назад вдоль кабеля и мешает другим компьютерам осуществлять посылку сигналов. Поэтому сигнал должен быть прекращен после того, как появляется возможность его размещения по адресу назначения. Сигнал от компьютера 6 продвигается к концу кабеля и отражается обратно по кабелю. Он отскакивает назад к другому концу, постепенно становясь слабее. (Аниммация)

В общем случае сеть с топологией «Шина» может быть представлена схемой, показанной на рисунке. На схеме отмечены основные элементы односегментной сети.

 

Терминатор(оконечник, согласованная нагрузка), компонент сети, который

позволяет остановить сигнал от перемещения из конца в конец; размещается у каждого конца кабеля для поглощения свободных сигналов. (Анимация)

 

Компьютер 6 имеет другой сигнал для компьютера 1. Теперь кабель хорошо защищен терминаторами, таким образом, перескоки сигнала исключаются. Поглощение сигнала очищает моноканал настолько, что другие компьютеры смогут посылать данные. (Анимация)

 

Трансивер (transceiver) ,приёмо - передатчик,осуществляющий обмен информацией между абонентской системой с общей шиной через кабель снижения (drop cable).

 

Пассивная топология.

 

«Шина»является пассивной топологией. Компьютеры, подключенные к шине, только прослушивают наличие данных в сети. Они не отвечают за передвижение данных от одного компьютера к другому. Если одни компьютер выходит из строя, то это не предусматривает прекращения работы ЛВС. (Анимация)

 

Нарушение целостности кабеля прервет проходящий сигнал между двумя терминаторами, сигнал начнет перемещаться из конца в конец шины и действие сети прекратится. Нарушение может случиться, если кабель был в действительности перебит, или соединение было утеряно, или вообще отсутствовало. Например, если неисправный компьютер 5 переместить или кабель ненадежно подсоединен, то возможно нарушение шины. (Анимация)

 

При нарушении в кабеле компьютеры сети смогут функционировать как отдельные компьютеры. В случае потери одним из концов кабеля терминатора, начнется перемещение сигнала от конца к концу и компьютеры не смогут связываться правильно друг с другом. (Анимация)

Топология «Звезда»______________________________________

Топология «Звезда» (star) отличается от топологии «Шина» тем, что все компьютеры соединены отрезками кабеля с центром.

(Анимация)

 

В топологии «Звезда» если компьютер, например, компьютер 1, имеет сигнал для посылки к компьютеру 6, все сигналы должны проходить через hub. Сигнал покидает компьютер 1 и следует к концентратору, который отвечает за передачу сигнала. (Анимация)

 

Если один из компьютеров при тополо- гии «Звезда» откажет, то он не сможет посылать и принимать сообщения, но не влияет на работу других компьютеров. (Анимация)

 

Если выйдет из строя концентратор, то все компьютеры смогут функционировать как отдельно взятые компьютеры, но не смогут обмениваться сигналами. Например, в сети с технологией 10BASE-T сетевой адаптер (сетевая карта), к которому подключен кабель, “почувствует” поломку концентратора и не будет пытаться осуществить посылку сигнала.

Топология «Кольцо»

Кольцо” (ring)–в топологии кольцокомпьютеры последовательно объединены в единую замкнутую цепь - кольцо. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера. В отличие от топологии пассивной шины, каждый компьютер усиливает сигнал и отсылает его дальше. Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Отсутствуют концевые терминалы. Сигналы двигаются по “кольцу” по часовой стрелке и проходят через каждый компьютер. (Анимация)

 

В действительности, кабель от каждого компьютера фактически проходит через hub. Все сообщения от компьютера должны пройти через hub, прежде чем достигнут выбранного компьютера. (Анимация)

 

 

Глядя на рисунок сети Token Ring, может показаться, что “кольцо” выглядит как “звезда”. Однако “кольцо” является логическим кольцом и дает представление о том, как сигналы следуют по каналу. Сигналы всегда идут от одного компьютера к следующему по часовой стрелке до тех пор, пока сигнал не достигает выбранного компьютера - получателя сообщения. В действительности осуществляется физическое соединение, т.е. сигнал фактически следует от компьютера к концентратору, а затем к следующему компьютеру. В цикле сигнал следует от каждого компьютера к концентратору и затем продолжает движение по часовой стрелке к следующему компьютеру, расположенному на кольце. (Анимация)

 

Прохождение маркера.

 

Сигнал, который проходит по кольцу называется маркером. По этой причине кольцевые топологии чаще всего определяются как “маркерные кольца”. Маркер следует от компьютера к компьютеру до тех пор, пока не достигнет компьютера, которому были посланы данные.

Посылающий компьютер приписывает к данным электронные адреса компьютера-отправителя и компьютера-получателя. Компьютер-отправитель посылает затем сигнал, который несет информацию о наличии данных в ”кольце”. Когда они прибывают в компьютер с соответствующим адресом получателя, данные копируются в компьютер. Сигнал продолжает следовать далее по кольцу до тех пор, пока не прибудет в компьютер - отправитель и новый маркер выставляется в “кольцо”. (Анимация)

Поскольку сигнал проходит через каждый компьютер повреждение одного из компьютеров может привести к разрушению сети. Различные сети работают по-разному. Например, Token Ring будет выбирать отказавший компьютер в “кольце” и исключать его из “кольца”. Это позволяет другим компьютерам продолжать функционирование в режиме сети. (Анимация)

 

Кроме трех рассмотренных основных, базовых топологий нередко применяется топология “дерево”, которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд. Дерево, как и звезда, может быть пассивным и активным.

В случае топологии “звезда-шина(star-bus) концентраторы объединяются в так называемую магистральную(опорную) шину.

 

Топология «Звезда-Шина»

 

Сегодня многие сетевые топологии комбинируют “шину”, “звезду” и “кольцо”. Например, существует топология «Звезда-Шина». В таком варианте несколько компьютеров соединяются звездой и подключаются к общей шине (магистрали, моноканалу).

 

 

В сети с топологией «Звезда-Шина», если выходит из строя компьютер, это не приводит к отказу всей сети. Другие компьютеры смогут продолжать обмен информацией. (Анимация),

 

Если же выйдет из строя hub, все компьютеры, объединенные им, не смогут обмениваться информацией. (Анимация)

Если hub, который отказал, связан с другим концентратором, сеть не сможет обеспечить обмен информацией между концентраторами и компьютерами, связанными с ними. (Анимация).

В случае топологии “звезда-кольцо(star-ring)в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы, к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи. Данная топология позволяет комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий (рисунок).

 

 
 

 


Структура обмена данными в топологической структуре “звезда-кольцо”

 

Кроме того, возможны другие гибридные структуры, например, “шина- кольцо”.

 

Заключение:

Топология «Шина»

 

· Компьютеры соединены в ряд вдоль единственного отрезка кабеля, называемого магистралью (моноканал).

· Только один компьютер может посылать данные в данный момент времени.

· Сигнал посылается по всей сети и распространяется от одного конца кабеля к другому.

· На каждом конце кабеля (шины, сегмента) используются терминаторы для поглощения сигнала с целью исключения его бросков из конца в конец.

· Топология «Шина» - пассивная топология.

· Повреждение кабеля (шины) приводит к деградации сети.

 

Топология «Звезда»

· Все компьютеры подсоединены с помощью кабеля к центру, роль которого выполняют hub или концентратор.

· Сигналы посылаются компьютером к hub, который направляет сигнал к выбранному компьютеру (приемнику).

· Если компьютер в сети поврежден, то он в дальнейшем не может ни посылать, ни принимать сообщения, но это не приводит к деградации всей сети.

· Если поврежден hub, деградирует вся сеть, но компьютеры могут продолжать функционировать как отдельные компоненты.

Топология «Кольцо»

 

· Все компьютеры подсоединены с помощью кабеля к центральному hub-у.

· Сигнал распространяется по часовой стрелке по логическому кольцу.

· В отличие от пассивной топологии «Шина» каждый компьютер усиливает сигнал при его прохождении по кольцу.

· Маркер есть сигнал, который циркулирует в кольце до тех пор, пока компьютер не отправит сообщение.

· Ни один компьютер не сможет послать сообщение без получения свободного маркера.

 

 

<== предыдущая лекция | следующая лекция ==>
Гидравлические толкатели | Оборудование этапа.

Дата добавления: 2016-08-23; просмотров: 1627;


Поиск по сайту:

Воспользовавшись поиском можно найти нужную информацию на сайте.

Поделитесь с друзьями:

Считаете данную информацию полезной, тогда расскажите друзьям в соц. сетях.
Poznayka.org - Познайка.Орг - 2016-2024 год. Материал предоставляется для ознакомительных и учебных целей.
Генерация страницы за: 0.025 сек.