Понятие топологии. Виды сетевых топологий

Существует по крайней мере два варианта соединений узлов в сети: двухточечный и многоточечный. В случае двухточечного соединения в физической линии или канале присутствует лишь два устройства оконечного оборудования данных. В случае многоточечного соединения к одному каналу подсоединяется более двух устройств.

Передача данных по физическим линиям связи может осуществляться в одном из трех режимов:

1) симплексный: передача только в одном направлении;

2) полудуплексный (поочередно двунаправленный): передача в обоих направлениях, но лишь в одном одновременно;

3) полнодуплексный (одновременно двунаправленный): одновременная передача в обоих направлениях.

Симплексный режим практически не встречается в локальных сетях ЭВМ, однако может применяться в специализированных сетях, обеспечивающих, например, передачу телеметрических данных.

Полнодуплексный режим широко применяется в приложениях, требующих непрерывного использования канала, высокой производительности и быстрого ответа.

Топология ВС – это конфигурация цепей, определяющая физическую связность сети. Существуют различные типовые варианты топологий. Можно выделить ряд типовых топологий ВС.

Иерархическая топология представляет собой многоуровневую древовидную структуру. Ее преимуществами является относительно простое программное обеспечение для управления сетью и простота диагностики ошибок.

Рис. 1. Иерархическая топология ВС

Основным недостатком топологии такого типа является то, что в общем случае передача информации осуществляется через вышележащие уровни и самое верхнее в иерархии устройство управляет всем трафиком между узлами.

Топология «звезда» предполагает наличие центрального компьютера, выполняющего функции коммутатора данных. Рабочие станции, входящие в сеть, имеют каналы связей лишь с этим центральным компьютером.

Рис. 2. Топология ВС «Звезда»

Преимуществом топологии такого типа является упрощенное управление потоком данных и относительная простота поиска неисправностей в средствах передачи данных. Однако в качестве существенного недостатка можно указать на значительную зависимость надежности функционирования вычислительной сети от надежности работы центрального компьютера.

Горизонтальная топология («общая шина») предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети.

Рис. 3. Горизонтальная топология ВС («общая шина»)

В случае топологии «общая шина» кабель используется совместно всеми станциями по очереди. Принимаются специальные меры для того, чтобы при работе с общим кабелем компьютеры не мешали друг другу передавать и принимать данные. Все сообщения, посылаемые отдельными компьютерами, принимаются всеми остальными компьютерами, подключенными к сети. Надежность здесь выше, так как выход из строя отдельных компьютеров не нарушит работоспособность сети в целом.

В качестве недостатков горизонтальной топологии можно указать сложности в обнаружении неисправностей кабеля. Кроме того, так как используется только один кабель, в случае обрыва нарушается работа всей сети.

Кольцевая топология («кольцо») предполагает передачу данных через цепочку компьютеров, включенных в кольцо. Данные передаются последовательно от компьютера компьютеру . Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера , он передает их дальше по кольцу. Если данные предназначены для получившего их компьютера, они дальше не передаются.

Рис. 4. Кольцевая топология («кольцо»)

К преимуществам подобной топологии относятся редко встречающиеся перегрузки сети и простота логической организации, определяющая простоту управляющего программного обеспечения. Основным недостатком является наличие лишь единственного общего канала связи, что обуславливает невысокую общую надежность вычислительной сети.

Ячеистая топология предполагает наличие независимых каналов связи между соседними компьютерами, включенными в вычислительную сеть. Это обуславливает множественность вариантов при выборе маршрута передачи данных между отдельными компьютерами, что, в свою очередь, обеспечивает устойчивость сетей с ячеистой топологией к перегрузкам и отказам.

Рис. 5. Ячеистая топология

Дополнительным преимуществом является возможность выбора оптимального маршрута в обход занятых или неисправных узлов, а также объединение нескольких вычислительных сетей, выполненных с использованием различных топологий. К недостаткам сетей с такой топологией можно отнести сложность организации и дороговизну реализации.

Существуют различные критерии выбора той или иной топологии вычислительной сети. В частности, наиболее распространенными являются:

– максимум надежности, гарантирующей надлежащий прием всего трафика (альтернативная маршрутизация);

– минимум стоимости передачи данных между рабочими станциями (минимизация фактической длины канала между компонентами, выбор наиболее дешевого канала);

– минимум времени ответа системы и оптимизация пропускной способности.

В качестве критериев при выборе той или иной топологии сети используются:

1) обеспечение максимально возможной надежности, гарантируя надлежащий прием всего трафика (альтернативная маршрутизация);

2) минимизация стоимости передачи данных между рабочими станциями (минимизация фактической длины канала между компонентами, выбор наиболее дешевого канала);

3) минимизация времени ответа системы и оптимизация пропускной способности.

Возможное объединение несколько локальных сетей, выполненных с использованием разных топологий.