Шинная топология локальных вычислительных сетей

Шинная топология локальных вычислительных сетей

Лабораторная работа 4.

Тема: Работа в локальной сети .

Цель занятия: изучить технологию работы в локальной сети.

Локальная вычислительная сеть (ЛВС)представляет собой коммуникационную систему, позволяющую совместно использовать ресурсы компьютеров, подключенных к сети, такие, как принтеры, плоттеры, диски, модемы, приводы CD-ROM и другие периферийные устройства. В локальных вычислительных сетях компьютеры расположены на расстоянии до нескольких километров и обычно соединены при помощи скоростных линий связи со скоростью обмена от 1 до 10 и более Мбит/с (не исключается случаи соединения компьютеров и с помощью низкоскоростных телефонных линий). ЛВС обычно развертываются в рамках некоторой организации (корпорации, учреждения). Поэтому их иногда называют корпоративными системами или сетями. Компьютеры при этом, как правило, находятся в пределах одного помещения, здания или соседних зданий.

Функции программного обеспечения компьютера, установленного в сети, условно можно разделить на две группы: управление ресурсами самого компьютера (в том числе и в интересах решения задач для других компьютеров) и управление обменом с другими компьютерами (сетевые функции).

Собственными ресурсами компьютера традиционно управляет ОС. Функции сетевого управления реализует сетевое ПО, которое может быть выполнено как в виде отдельных пакетов сетевых программ, так и в виде сетевой ОС.

Топология ЛВС

Топология – это конфигурация соединения элементов в сеть. Топология во многом определяет такие важнейшие характеристики сети, как ее надежность, производительность, стоимость, защищенность и т.д.

Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделение двух основных классов топологий:широковещательных и последовательных.

В широковещательных конфигурациях каждый персональный компьютер передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными компьютерами. К таким конфигурациям относятся топологии «общая шина», «дерево», «звезда с пассивным центром». Сеть типа «звезда с пассивным центром» можно рассматривать как разновидность «дерева», имеющего корень с ответвлением к каждому подключенному устройству.

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одному персональному компьютеру. Примерами последовательных конфигураций являются: произвольная (произвольное соединение компьютеров), иерархическая, «кольцо», «цепочка», «звезда с интеллектуальным центром», «снежинка» и др.

Коротко рассмотрим три наиболее широко распространенные (базовые) топологии ЛВС: «звезда», «общая шина» и «кольцо».

В случаетопологии «звезда» каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к центральному узлу (рис.1). Центральным узлом служит пассивный соединитель или активный повторитель.


Рис. 1. Топология «звезда»

Недостатком такой топологии является низкая надежность, так как выход из строя центрального узла приводит к остановке всей сети, а также обычно большая протяженность кабелей (это зависит от реального размещения компьютеров). Иногда для повышения надежности в центральном узле ставят специальное реле, позволяющее отключать вышедшие из строя кабельные лучи.

Топология «общая шина» предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры. Информация по нему передается компьютерами поочередно (рис. 2).


Рис. 2. Топология «общая шина»

Достоинством такой топологии является, как правило, меньшая протяженность кабеля, а также более высокая надежность чем у «звезды», так как выход из строя отдельной станции не нарушает работоспособности сети в целом. Недостатки состоят в том, что обрыв основного кабеля приводит к неработоспособности всей сети, а также слабая защищенность информации в системе на физическом уровне, так как сообщения, посылаемые одним компьютером другому, в принципе, могут быть приняты и на любом другом компьютере.

Прикольцевой топологии данные передаются от одного компьютера другому по эстафете (рис. 3). Если некоторый компьютер получает данные, предназначенные не ему, он передает их дальше по кольцу. Адресат предназначенные ему данные никуда не передает.


Рис. 3. Кольцевая топология

Достоинством кольцевой топологии является более высокая надежность системы при разрывах кабелей, чем в случае топологии с общей шиной, так как к каждому компьютеру есть два пути доступа. К недостаткам топологии следует отнести большую протяженность кабеля, невысокое быстродействие по сравнению со «звездой» (но соизмеримое с «общей шиной»), а также слабую защищенность информации, как и при топологии с общей шиной.

Топология реальной ЛВС может в точности повторять одну из приведенных выше или включать их комбинацию. Структура сети в общем случае определяется следующими факторами: количеством объединяемых компьютеров, требованиями по надежности и оперативности передачи информации, экономическими соображениями и т. д.

Не нашли то, что искали? Воспользуйтесь поиском:

Локальные вычислительные сети характеризуются также топологией сети. Топология определяет геометрическое размещение (конфигурацию) узлов сети и способ соединений между ними в среде передачи данных. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

Принято различать три основных вида топологии сети.

1. Топология «звезда» (star) — к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи (рисунок 5.5). Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального — одному или нескольким периферийным.

Рисунок 5.5 —Сетевая топология «звезда»

Центр может быть как активным, так и пассивным устройством. Активный центр начинает открытие некоторой передачи, а пассивный центр просто обеспечивает связь между сетевыми устройствами.

Преимущества данного вида топологии:

а) высокий уровень защиты данных в центральном узле;

б) простая адресация, которая контролируется центральным узлом;

в) упрощены процессы поиска неисправностей.

а) зависимость сети от надежности центрального узла, т.к. его отказ приводит к отказу всей сети;

б) сложность центрального узла, на который возложено большинство сетевых функций.

2. Топология «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 (рисунок 5.6).

Читайте также:  Микросхема ne555n описание на русском


Рисунок 5.6 —Сетевая топология «кольцо»

В кольцевой топологии нет выделенного узла, который управляет передачей сообщений. Передача сигнала происходит в большинстве случаев через повторители, к которым подключены узлы сети. Повторитель может быть пассивным или активным устройством. Если доступ в кольце производится через активный повторитель, то он выполняет следующие функции:

– принимает пакет от узла источника и усиливает сигналы;

– делает пакет доступным узлу приемнику;

– разрешает узлу передавать собственный пакет;

– отправляет пакет к следующему узлу или выполняет его буферизацию.

Пассивный повторитель дает узлу лишь возможность соединения со средой передачи.

Преимущества данного вида топологии:

а) используется простая маршрутизация пакетов;

б) легко идентифицируются неисправные узлы и выполняется реконфигурация в случае сбоя или неисправности.

а) выход из строя хотя бы одного компьютера может привести к выходу из строя всей сети.

б) надежность сети существенно зависит от надежности кабельной системы;

в) усложняется решение задачи защиты информации, поскольку данные проходят через узлы сети.

3. Шиннаятопология (bus) — все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рисунок 5.7).


Рисунок 5.7 —Сетевая топология «шина»

Шина — это незамкнутая физически в кольцо среда передачи. Все узлы подключаются к шине одинаковым образом через усилители — повторители сигналов, поскольку сигналы в шине передаются с потерями, то есть затухают.

Сигналы в шине от передающего узла распространяются во все стороны к другим узлам. Так как все принимающие узлы получают предающее сообщение практически одновременно, то необходимо решать проблему права доступа к среде путем применения методов разрешения сетевых коллизий либо путем организации логического кольца узлов.

Преимущества данного вида топологии:

а) легкость подключения новых узлов и их доступность;

б) простота реализации широковещательной передачи;

в) приспособленность к передаче сообщений с резкими колебаниями интенсивности потока сообщений.

а) среда передачи пассивна, поэтому необходимо усиление сигналов, затухающих в среде;

б) затруднена защита информации, так как можно легко присоединяться к сети;

в) при большом числе узлов возможно насыщение среды передачи (резкое снижение пропускной способности);

г) в некоторых случаях отсутствует оптимальный механизм доступа к среде, когда при разрешении, например, коллизий, отдельные узлы сети имеют приоритет.

При различных топологиях сетей используются различные методы доступа к данным:

1. Разделение времени. При данном доступе компьютером или сервером время делится на кванты. В каждый квант времени передается некий объем информации от одной ЭВМ к другой. Данный метод чаще всего используется при звездообразной топологии.

2. Сегментирование. Информация делится на маленькие сегменты, и в каждый квант времени один или несколько сегментов переходят от отправителя к получателю. Метод используется в шинной архитектуре.

3. Маркерный метод (приоритетный). Используется в кольцевой топологии, где маркер бегает по сети и передает информацию.

Кроме трех рассмотренных базовых топологий нередко применяется также сетевая топология «дерево» (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд. Причем, как и в случае звезды, дерево может быть активным, или истинным (рисунок 5.8), и пассивным (рисунок 5.9). При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном — концентраторы (хабы).

Рисунок 5.8 —Топология «активное дерево»


К — концентраторы

Рисунок 5.9 —Топология «пассивное дерево»

Довольно часто применяются комбинированные топологии, среди которых наиболее распространены звездно-шинная (рисунок 5.10) и звездно-кольцевая (рисунок 5.11).

Рисунок 5.10 —Пример звездно-шинной топологии

Рисунок 5.11 —Пример звездно-кольцевой топологии

В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды. К концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты. На самом деле реализуется физическая топология шина, включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. В результате получается звездно-шинное дерево. Таким образом, пользователь может гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети. С точки зрения распространения информации данная топология равноценна классической шине.

В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы, к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи. В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов линии связи образуют замкнутый контур. Данная топология дает возможность комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети. Если говорить о распространении информации, данная топология равноценна классическому кольцу.

В заключение надо также сказать о сеточной топологии (mesh), при которой компьютеры связываются между собой не одной, а многими линиями связи, образующими сетку (рисунок 5.12).

Рисунок 5.12 —Сеточная топология: полная (а) и частичная (б)

В полной сеточной топологии каждый компьютер напрямую связан со всеми остальными компьютерами. В этом случае при увеличении числа компьютеров резко возрастает количество линий связи. Кроме того, любое изменение в конфигурации сети требует внесения изменений в сетевую аппаратуру всех компьютеров, поэтому полная сеточная топология не получила широкого распространения.

Частичная сеточная топология предполагает прямые связи только для самых активных компьютеров, передающих максимальные объемы информации. Остальные компьютеры соединяются через промежуточные узлы. Сеточная 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.

Многозначность понятия топологии. Топология сети указывает не только на физическое расположение компьютеров, как часто считают, но, что гораздо важнее, на характер связей между ними, особенности распространения информации, сигналов по сети. Именно характер связей определяет степень отказоустойчивости сети, требуемую сложность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом, возможные типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (длина линий связи и количество абонентов), необходимость электрического согласования и многое другое.

Читайте также:  Лайтрум как поменять язык на русский

В литературе при упоминании о топологии сети подразумевается четыре совершенно разных понятия, относящихся к различным уровням сетевой архитектуры:

· Физическая топология (географическая схема расположения компьютеров и прокладки кабелей). В этом смысле, например, пассивная звезда ничем не отличается от активной, поэтому ее нередко называют просто звездой.

· Логическая топология (структура связей, характер распространения сигналов по сети). Это наиболее правильное определение топологии.

· Топология управления обменом (принцип и последовательность передачи права на захват сети между отдельными компьютерами).

· Информационная топология (направление потоков информации, передаваемой по сети).

Например, сеть с физической и логической топологией шина может в качестве метода управления использовать эстафетную передачу права захвата сети (быть в этом смысле кольцом) и одновременно передавать всю информацию через выделенный компьютер (быть в этом смысле звездой). Или сеть с логической топологией шина может иметь физическую топологию звезда (пассивная) или дерево (пассивное).

Сеть с любой физической топологией, логической топологией, топологией управления обменом может считаться звездой в смысле информационной топологии, если она построена на основе одного сервера и нескольких клиентов, общающихся только с этим сервером. В данном случае справедливы все рассуждения о низкой отказоустойчивости сети к неполадкам центра (сервера). Точно так же любая сеть может быть названа шиной в информационном смысле, если она построена из компьютеров, являющихся одновременно как серверами, так и клиентами. Такая сеть будет малочувствительна к отказам отдельных компьютеров.

Заканчивая обзор особенностей топологий локальных сетей, необходимо отметить, что топология все-таки не является основным фактором при выборе типа сети. Гораздо важнее, например, уровень стандартизации сети, скорость обмена, количество абонентов, стоимость оборудования, выбранное программное обеспечение. Но, с другой стороны, некоторые сети позволяют использовать разные топологии на разных уровнях. Этот выбор уже целиком ложится на пользователя, который должен учитывать все перечисленные в данном разделе соображения.

Дата добавления: 2015-08-08 ; просмотров: 5197 ; ЗАКАЗАТЬ НАПИСАНИЕ РАБОТЫ

При шинной топологии среда передачи информации представляется в форме коммуникационного пути, доступного для всех рабочих станций, к которому они все должны быть подключены. Все рабочие станции могут непосредственно вступать в контакт с любой рабочей станцией, имеющейся в локальной вычислительной сети.
Рабочие станции в любое время, без прерывания работы всей локальной вычислительной сети, могут быть подключены к ней или отключены. Функционирование локальной вычислительной сети не зависит от состояния отдельной рабочей станции. Под базовыми мы будем понимать топологические конструкции, которые обладают принципиально различными свойствами. В качестве базовых топологий современных сетей выступают: "звезда", "кольцо", "шина" и полносвязная топология, называемая также топологией полного графа (см. рис. 1). Отметим, что в математике дополнительным к полному графу считают безреберный граф, — то есть граф, в котором ребер нет вообще; а дополнительным к графу, соответствующему кольцевой топологии, является опять-таки "кольцевой" граф (во всяком случае, это справедливо для случая пятивершинного графа, что и проиллюстрировано на рис. 1). При этом от выбранной логической топологии будет зависеть выбор метода управления доступом к среде передачи (например, Ethernet или Token Ring), на основе которого будет функционировать ваша сеть, а также тип физической среды передачи данных. "Звезда" наиболее часто используется в сетях, состоящих из миникомпьютеров, и в сетях Arcnet. "Кольцо" популярно в сетях Token Ring, топология шины используется в сети Ethernet. Полносвязная топология обычно используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при небольшом числе компьютеров. Кроме того, полносвязная топология применяется в радиосетях определенного типа — в тех, где применяются всенаправленные антенны, и которые работают в режиме циркулярной связи. Логическая схема сети может отличаться от физической. Логическая топология определяет электрическую цепь для прохождения сигналов; физическая схема устанавливает, как размещаются кабели, концентраторы и узлы. Например, сеть Ethernet должна иметь логическую топологию шины. Однако она может быть физически сконфигурирована как "шина" или "звезда". Сеть Token Ring имеет логическую топологию кольца, но физически сконфигурирована как "звезда". FDDI — логическое "кольцо", а физически сконфигурирована как "кольцо" или как "звезда". Вообще говоря, большинство сетей должны иметь логическую полносвязную топологию, то есть обеспечивать связь типа "каждый с каждым". Число таких связей в сети с n оконечными узлами равно числу сочетаний из n по 2, то есть n(n-1)/2. Реализовать такую топологию физически крайне трудно, вследствие чего на физическом уровне применяются другие базовые топологии, допускающие возможность передачи информации между двумя оконечными узлами через некоторый промежуточный узел. Перед подробным рассмотрением основных типов топологий оговорим маленькую деталь — число узлов в сети. Дело в том, что при наличии только двух узлов ни о какой топологии речи быть не может — все базовые топологии изображаются одним и тем же графом с двумя вершинами и одним ребром. При трех узлах "шина" совпадает со "звездой", а кольцевая топология — с полносвязной. И только при четырех и более узлах сети с различными топологиями будут отличаться друг от друга существенным образом. Базовые топологии используются при построении реальных сетей, в которых могут применяться различные комбинированные варианты базовых топологий. При этом базовые топологии, как правило, лежат в основе построения отдельных сегментов или подсетей общей сети. Такие топологии принято называть смешанными.

"Кольцо"

Рассматривая топологию "кольцо", нужно сразу оговорить различия между физической и логической топологиями. При логической топологии кольца пакеты распространяются последовательно от узла к узлу в заранее определенном порядке. Узлы образуют замкнутый круг и, таким образом, узел, отправивший пакет, является последним из узлов, который его получит. Сети Token Ring являются лучшим примером логической топологии кольца. Физическая топология кольца предполагает такую организацию сети, в которой каждый из узлов соединен с двумя другими, образуя замкнутый круг. Информация пересылается лишь в одном из направлений таким образом, что существует жесткая связь между каждым из узлов и двумя другими, один из которых передает ему пакеты, а другой получает их от него. Физическая топология кольца обладает существенными недостатками: если в работе какого-либо из узлов произошел сбой, то работа всей сети будет парализована; локализация неисправностей из-за осуществления коммуникаций лишь в одном направлении представляет собой трудную задачу; добавление или удаление узла разрушает сеть. Из-за указанных недостатков такая физическая топология встречается довольно редко. Так, в частности, стандарт Token Ring компании IBM предусматривает логическую топологию — "кольцо", а физическую — "звезда" (см. рис. 3). Несмотря на то, что физически это "звезда", архитектура Token Ring фирмы IBM логически (то есть с точки зрения прохождения электрических сигналов) выполнена в виде кольца. Стрелками на этом рисунке показаны траектории движения пакетов вдоль кольца от одной станции к другой. В стандарте IEEE 802.5 для определения очередности передачи информации используется короткое соединение — маркер (token), который по очереди передается от станции к станции (в отечественной литературе маркер иногда называют эстафетой). Если станция не желает ничего передавать, она просто передает "свободный" маркер следующей станции. "Занятый" же маркер циркулирует по сети до тех пор, пока не достигнет адресата, а затем возвращается к передававшей станции (узлу), которая удаляет сообщение и отправляет в сеть "свободный" маркер.

Читайте также:  Как удалить безымянный чат в скайпе

В сети Token Ring узлы подключаются к одному концентратору — модулю множественного доступа (MSAU — Multi Station Access Unit), иногда называемому модулем доступа к среде (MAU — Media Access Unit). В однонаправленном логическом кольце MSAU передает маркер от станции к станции по звездообразному маршруту. В сети с передачей маркера заложены некоторые функции отказоустойчивости. Например, один из компьютеров, назначенный на роль монитора, способен "отлавливать" маркеры, бесконечно циркулирующие из-за неполадок с передающим устройством. Кроме того, все компьютеры кольца участвуют в локализации неполадок сети благодаря процессу "испускания маяка" (beaconing), когда заподозривший неполадку посылает по сети специальный сигнал-маяк (beacon). Время владения разделяемой средой в сети Token Ring ограничивается временем удержания маркера (token holding time), по истечении которого станция обязана прекратить передачу собственных данных и передать маркер далее по кольцу. Иерархическое "кольцо". В иерархических кольцах используется тот же принцип разных уровней концентраторов, что и в иерархических "звездах", только в этом случае применяется базовая топология "кольцо", а не "звезда". Двойное "кольцо". Представителем физической и логической топологии сети "двойное кольцо" является стандарт FDDI (Fiber Distributed Data Interface), использующий оптоволоконную среду передачи данных. Стоит отметить, что технология FDDI не предусмотрена для уровня пользователей. Иначе говоря, если вернуться к ранее описанной иерархической структуре сети, FDDI будет верхним уровнем, объединяющим концентраторы. Особенность FDDI, по сравнению с обычным "кольцом", заключается в использовании двух "колец": внутреннего и внешнего. При штатном режиме работы используется только внешнее "кольцо". При аварии одной из станций внешнее и внутреннее "кольца" замыкаются в одно "кольцо". Доступ же к разделяемой среде передачи остается прежним — через маркер.

"Шина"

Пример топологии "шины" — соединение всех рабочих станций на коаксиальный кабель через специальный разъем, выполненный по схеме "монтажное ИЛИ".

В физической топологии шины все сетевые узлы (станции) равноправно соединены между собой с помощью открытого (open ended) кабеля. Этот кабель может поддерживать только один канал и называется "шиной" (bus). Оба конца кабеля должны оканчиваться резистивной нагрузкой, называемой оконечным резистором или терминатором (terminating resister), — для предотвращения отражения сигналов (signal bouncing). Если терминатора нет, то сигнал, дойдя до конца кабеля, меняет свое направление. В результате одна передача может полностью захватить всю полосу пропускания сети и препятствовать передачам от других станций. Логическая топология шины предусматривает распространение пакетов таким образом, что сообщение получают все узлы, и каждый узел проверяет, не ему ли адресовано сообщение. Положительными сторонами топологии шины являются: незначительная протяженность кабельных соединений, наиболее простая схема монтажа; простота в отключении и подключении станции к сети. Архитектуры, основанные на топологии общей шины, являются наиболее простыми и гибкими. Недостатки этой топологии следующие: затруднения при диагностике и техническом обеспечении; при интенсивном трафике станциям придется ожидать длительное время, чтобы получить доступ к полосе пропускания.

Примером топологии шины является стандарт Ethernet, который в настоящее время является самым распространенным стандартом для локальных сетей. Существует множество стандартов Ethernet. Стандарт Ethernet, выпущенный в 1975 г., сегодня практически не используется. Ethernet 2 (Ethernet DIX) IEEE 802.3 в литературе обычно обозначается просто как Ethernet.

Следующий перечень стандартов различается, в основном, используемой средой передачи: Ethernet 10Base-5, 10Base-2 — коаксиальный кабель; 10Base-FOIXL, 10Base-FL, 10Base-FB — волоконно-оптический кабель; 10Base-T использует витую пару и предусматривает физическую топологию "звезда". Более новые версии: Fast Ethernet и Gigabit Ethernet, вызвавшие включение в IEEE 802.3 дополнительных разделов 802.3u и 802.3z соответственно. Fast Ethernet имеет физическую топологию — иерархическую древовидную структуру на концентраторах разного уровня. Fast Ethernet предусматривает использование в качестве среды витой пары (стандарт 100Base-TX и 100Base-TH) и оптического волокна (стандарт 100BaseFX). В Gigabit Ethernet средой передачи данных служит оптическое волокно (см. таблицу).

Новым словом в этой области является стандарт 100VG-AnyLAN. Его главное отличие от стандарта Ethernet заключается в поддержке двух технологий — Ethernet и Token Ring.

Ссылка на основную публикацию
Adblock detector