Топология вычислительной сети
Лабораторная работа №3
Разработка корпоративной вычислительной сети.
Цель: ознакомиться с технологией организации вычислительных сетей.
Задачи:
– описать компоненты сети, используемые при ее организации и функционировании;
– разобрать основные топологии подключения.
Ход работы:
Работа носит реферативный характер, где требуется привести классификацию вычислительных сетей и топологии, описать назначение и особенности компонентов сети. Компоненты сети делятся на активные и пассивные. К активным компонентам относят: концентраторы, репитеры, коммутаторы, маршрутизаторы, модемы, конвертеры. К пассивным компонентам относят: кабель «Витая пара», волоконно-оптический кабель (многомодовый и одномодовый), патч-панель, розетки.
КЛАССИФИКАЦИЯ ВЫЧИСЛИТЕЛЬНЫХ СЕТЕЙ
Вычислительные сети можно классифицировать по нескольким признакам — по расстоянию между компьютерами в сети, по типу взаимодействия между компьютерами, по типу самих компьютеров в сети, по способам коммутации и по множеству других признаков. По первому признаку — расстоянию между компьютерами — различают локальные вычислительные сети и территориальные.
В компьютерных сетях ЛВС (локальные вычислительные сети) или LAN (Local Area Networks) расстояние между компьютерами не превышает 10-15 км, как правило ПК расположены в одном здании (или в нескольких соседних).
Территориальные вычислительные сети охватывают гораздо большее пространство, например, город, страну, или даже всю планету. Соответственно, в таких сетях расстояние между компьютерами может измеряться сотнями и тысячами километров. Территориальные сети можно дополнительно разделить на:
Ø городские сети (MAN — Metropolitan Area Network)
Ø региональные сети (RCN — Regional computer network)
Ø национальные сети (NCN — National computer network)
Ø глобальные сети (WAN — Wide Area Network).
На предприятиях, занимающих ограниченную территорию, широко используются локальные сети, которые обеспечивают доступ к совместным ресурсам и программам, а кроме этого позволяют сотрудникам достаточно быстро обмениваться информацией.
Распределение данных в ЛВС организовано таким образом, что с каждого рабочего места есть доступ к данным, хранящимся только на одном, центральном ПК, таким образом одну и ту же информацию не надо дублировать на каждый компьютер отдельно, что позволяет не тратиться на запоминающие устройства на каждый ПК в сети.
Распределение технических ресурсов в ЛВС (таких как принтеры, модемы и прочие внешние устройства) происходит так же через подключение оных к центральному ПК и позволяет экономно их использовать.
Распределение программ построено аналогичным образом на том, что все пользователи вычислительной сети имеют совместный доступ к сетевым версиям программ, централизованно установленных в данной ЛВС.
И, наконец, обмен информацией в ЛВС происходит посредством обмена сообщениями по электронной почте.
В зависимости от способов взаимодействия компьютеров в ЛВС, последние можно поделить на централизованные сети и одноранговые. В централизованных сетях выделяются «серверы» (центральные ПК) и «клиенты», и сети строятся на архитектуре «клиент-сервер». Одноранговые ЛВС же представляют собой модель сети, где все компьютеры обладают равными правами — любой компьютер может быть либо «сервером», либо «клиентом».
Кроме того, локальные вычислительные сети могут отличаться топологией (шинная, кольцевая, “звезда”) и архитектурой (в локальных сетях применяются такие архитектуры, как Ethernet, Token Ring, FDDI и другие). Выбор типа сети, ее архитектуры и топологии зависит от потребностей предприятия и от его финансового состояния.
Топология вычислительной сети
Топология (конфигурация) – это способ соединения компьютеров в сеть. Тип топологии определяет стоимость, защищенность, производительность и надежность эксплуатации рабочих станций, для которых имеет значение время обращения к файловому серверу.
Понятие топологии широко используется при создании сетей. Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделение двух основных классов топологий: широковещательные и последовательные.
В широковещательных топологиях ПК передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким топологиям относятся топологии: общая шина, дерево, звезда.
В последовательных топологиях информация передается только одному ПК. Примерами таких топологий являются: произвольная (произвольное соединение ПК), кольцо, цепочка.
При выборе оптимальной топологии преследуются три основных цели:
- обеспечение альтернативной маршрутизации и максимальной надежности передачи данных;
- выбор оптимального маршрута передачи блоков данных;
- предоставление приемлемого времени ответа и нужной пропускной способности.
При выборе конкретного типа сети важно учитывать ее топологию. Основными сетевыми топологиями являются: шинная (линейная) топология, звездообразная, кольцевая и древовидная.
Например, в конфигурации сети ArcNet используется одновременно и линейная, и звездообразная топология. Сети Token Ring физически выглядят как звезда, но логически их пакеты передаются по кольцу. Передача данных в сети Ethernet происходит по линейной шине, так что все станции видят сигнал одновременно.
Виды топологий
Существуют пять основных топологий: общая шина (Bus); кольцо (Ring); звезда (Star); древовидная (Tree); ячеистая (Mesh).
Общая шина – это тип сетевой топологии, в которой рабочие станции расположены вдоль одного участка кабеля, называемого сегментом. Топология общая шина предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети.
В случае топологии Общая шина кабель используется всеми станциями по очереди:
Ø При передаче пакетов данных каждый компьютер адресует его конкретному компьютеру ЛВС , передавая его по сетевому кабелю в виде электрических сигналов.
Ø Пакет в виде электрических сигналов передается по «шине» в обоих направлениях всем компьютерам сети.
Ø Однако информацию принимает только тот адрес, который соответствует адресу получателя, указанному в заголовке пакета. Так как в каждый момент времени в сети может вести передачу только одна PC, то производительности ЛВС зависит от количества PC, подключенных к шине. Чем их больше, тем больше ожидающих передачи данных, тем ниже производительности сети. Однако нельзя указать прямую зависимость пропускной способности сети от количества PC, так как на нее также влияют:
· характеристики аппаратного обеспечения PC сети;
· частота, с которой передают сообщения PC;
· тип работающих сетевых приложений;
· тип кабеля и расстояние между PC в сети.
Шинная топология используется в сетях Ethernet, однако в последнее время встречается редко.
Примерами использования топологии общая шина является сеть 10Base-5 (соединение ПК толстым коаксиальным кабелем) и 10Base-2 (соединение ПК тонким коаксиальным кабелем).
Кольцо – это топология ЛВС, в которой каждая станция соединена с двумя другими станциями, образуя кольцо (рис. 3.3). Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кольцу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК, т.е. данные, передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу, в ином случае они дальше не передаются. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них, вся сеть парализуется. Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, т.к. во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Топология Кольцо имеет хорошо предсказуемое время отклика, определяемое числом рабочих станций.
Чистая кольцевая топология используется редко. Вместо этого кольцевая топология играет транспортную роль в схеме метода доступа. Кольцо описывает логический маршрут, а пакет передается от одной станции к другой, совершая в итоге полный круг. В сетях Token Ring кабельная ветвь из центрального концентратора называется MAU (Multiple Access Unit). MAU имеет внутреннее кольцо, соединяющее все подключенные к нему станции, и используется как альтернативный путь, когда оборван или отсоединен кабель одной рабочей станции. Когда кабель рабочей станции подсоединен к MAU, он просто образует расширение кольца: сигналы поступают к рабочей станции, а затем возвращаются обратно во внутреннее кольцо.
Звезда – это топология ЛВС (рис. 3.4), в которой все рабочие станции присоединены к центральному узлу (например, к концентратору), который устанавливает, поддерживает и разрывает связи между рабочими станциями. Преимуществом такой топологии является возможность простого исключения неисправного узла. Однако, если неисправен центральный узел, вся сеть выходит из строя.
В этом случае каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией Звезда, при этом получаются разветвленные конфигурации сети. В каждой точке ветвления необходимо использовать специальные соединители (распределители, повторители или устройства доступа).
Примером звездообразной топологии является топология Ethernet с кабелем типа Витая пара 10BASE-T, центром Звезды обычно является Hub.
Звездообразная топология обеспечивает защиту от разрыва кабеля. Если кабель рабочей станции будет поврежден, это не приведет к выходу из строя всего сегмента сети. Она позволяет также легко диагностировать проблемы подключения, так как каждая рабочая станция имеет свой собственный кабельный сегмент, подключенный к концентратору. Для диагностики достаточно найти разрыв кабеля, который ведет к неработающей станции. Остальная часть сети продолжает нормально работать.
Однако звездообразная топология имеет и недостатки. Во-первых, она требует много кабеля. Во-вторых, концентраторы довольно дороги. В-третьих, кабельные концентраторы при большом количестве кабеля трудно обслуживать. Однако в большинстве случаев в такой топологии используется недорогой кабель типа витая пара. В некоторых случаях можно даже использовать существующие телефонные кабели. Кроме того, для диагностики и тестирования выгодно собирать все кабельные концы в одном месте.
Наряду с известными топологиями вычислительных сетей кольцо, звезда и шина, на практике применяется и комбинированная, на пример древовидна структура. Она образуется в основном в виде комбинаций вышеназванных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычислительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются коммуникационные линии информации (ветви дерева).
Вычислительные сети с древовидной структурой применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде. Для подключения большого числа рабочих станций соответственно адаптерным платам применяют сетевые усилители и/или коммутаторы. Коммутатор, обладающий одновременно и функциями усилителя, называют активным концентратором.