Топология вычислительных сетей

Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование), а ребрам – связи между ними.

Рассмотрим некоторые, наиболее часто встречающиеся топологии.

Полносвязная топология

Рис. 1‑5. Полносвязная топология

Полносвязная топология (….) соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным. Действительно, каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров сети. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельная электрическая линия связи. Такая топология делает расширение сети, т.е. добавление новых узлов практически невозможным. Этот вид топологии используется в многомашинных комплексах (кластерах). В кластерах прозрачность сети достигает своего максимума, т.е. все узлы работают как дин компьютер.

Ячеистая топология

Рис. 1‑6 Ячеистая топология

Ячеистая топология (mesh) получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей (рис. …). В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология позволяет выбирать маршрут для доставки информации от абонента к абоненту, обходя неисправные участки. С одной стороны, это увеличивает надежность сети, с другой же – требует существенного усложнения сетевой аппаратуры, которая должна выбирать маршрут. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей.

Следующие три топологии наиболее часто используются именно в локальных сетях. Эти топологии называют базовыми или типовыми.

Общая шина

Рисунок 1‑7 Общая шина

Общая шина (bus) – все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис. …). Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Таким образом, основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям.

Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. (Казалось бы, при обрыве кабеля получаются две вполне работоспособные шины. Однако надо учитывать, что из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных согласующих устройств, терминаторов. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. В случае разрыва или повреждения кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой.)

Звезда

Рисунок 1‑8. Топология Звезда

Звезда (star) – каждый компьютер (периферийный абонент) подключается отдельным кабелем к общему устройству ­– центральному абоненту (рис. …). В функции центрального абонента входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети.

Главное преимущество этой топологии перед общей шиной – существенно большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность периферийного абонента может вывести из строя всю сеть. Кроме того, периферийный абонент может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.

К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов периферийного абонента.

Кольцо

Рисунок 1‑9. Топология Кольцо

Кольцо (ring) – компьютеры последовательно объединены в кольцо. Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера (рис. ….). В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи – данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату.

Иногда сеть с топологией кольцо выполняется на основе двух параллельных кольцевых линий связи, передающих информацию в противоположных направлениях (рис. ….). Цель подобного решения – увеличение (в идеале – вдвое) скорости передачи информации по сети. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).