Существует множество факторов, которые необходимо учитывать при выборе наиболее подходящей к данной ситуации топологии. Эта таблица 2.2 поможет сделать правильный выбор.

Таблица 2.2

Факторы, необходимые при выборе топологии

Топология	Преимущества	Недостатки
	Экономный расход кабеля. Сравнительно недорогая и несложная в использовании среда передачи. Простота. Надежность. Легко расширяется	При значительных объемах передаваемой информации уменьшается пропускная способность сети. Трудно локализовать проблемы. Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей
	Все компьютеры имеют равный доступ. Количество пользователей не оказывает сколько-нибудь значительного влияния на производительность	Выход из строя одного компьютера затрудняет работу всей сети. Трудно локализовать проблемы. Изменение конфигурации сети требует остановки работы всей сети
	Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры. Централизованный контроль и управление. Выход из строя одного компьютера не влияет на работоспособность сети	Выход из строя центрального узла выводит из строя всю сеть

Для закрепления изложенного материала рассмотрим решение задачи.

Независимая страховая компания, в состав которой входит президент, управляющий, администратор и 5 агентов, решила установить сеть. Компания занимает половину небольшого здания. В последнее время наблюдается рост клиентуры и чтобы справиться с возрастающим объемом работы, планируется взять в штат еще двух агентов.

У каждого сотрудника компании есть компьютер. Если необходимо обменяться деловой информацией, приходится делать это устно или с помощью дискет. Все агенты занимаются делами только своих клиентов, и информация об этих клиентах строго конфиденциальна. Лазерный принтер восьмилетней давности находится у администратора офиса. Каждый агент имеет собственный матричный принтер.

Одновременно с установкой сети решено приобрести высокоскоростной лазерный принтер.

Вам поручено установить сеть для этой небольшой компании. Чтобы упростить решение задачи, ответьте на следующие вопросы.

1. Какой тип сети Вы бы посоветовали установить этой компании?

Одноранговая ______

На основе сервера ______

2. Какая топология подходит в этой ситуации?

Кольцо ______

Звезда ______

Звезда-шина ______

Звезда-кольцо ______

Возможное решение

Однозначного решения у этой задачи нет. Возможные решения и их обоснования являются всего лишь рекомендациями.

1. На основе сервера.

Казалось бы, раз в компании всего 8 человек, подходящей сетью может стать одноранговая. Но нам уже известно, что компания начинает расти. Кроме того, часть информации является конфиденциальной. Поэтому вывод: лучше установить сеть на основе сервера, которая предоставляет возможности для роста компании и централизации защиты данных, в то время как одноранговая сеть через год-два может исчерпать свой потенциал.

2. Единственно правильного ответа нет. На сегодняшний день наиболее популярными топологиями являются «звезда-шина» и «шина».

Первая кажется более привлекательной, поскольку в этом случае проще решать сетевые проблемы и переконфигурировать сеть.

Можно выбрать и сеть с топологией «шина» - она дешевле и проще в установке, но при этом мы потеряем преимущества, которые дает концентратор при администрировании и решении сетевых проблем.

Топология «кольцо» слишком сложна для подобной сети.

Для того чтобы построить локальную сеть (ЛВС), необходимо в первую очередь выбрать топологию построения, от которой будут зависеть характеристики планируемой сети. Термин «топология» отражает физическое расположение серверов, рабочих станций, компьютеров, кабелей, а при наличии также и расположение коммутаторов, концентраторов и маршрутизаторов. Фактически, говоря простым языком, это «карта» сети, которая выбирается в зависимости от потребностей пользователей. Выбор топологии влияет на состав и технические характеристики сетевого оборудования, способы управления системой и возможность дальнейшего расширения сети.

Базовыми топологиями для построения ЛВС являются топологии «шина» (bus), «кольцо» (ring) и «звезда» (star).

Для того чтобы построить локальную сеть, взяв за основу шинную топологию, необходимо все устройства сети подключить к общей шине. Для обмена информацией узла с другим узлом будет использоваться общая шина.

Достоинствами топологии являются экономичный расход кабеля, расширяемость, простота эксплуатации.

К недостаткам относятся уменьшение пропускной способности ЛВС при возрастании объемов трафика, трудность локализации поврежденного участка, повреждение центрального кабеля повлечет остановку работы большого количества пользователей.

Локальнаясеть, построенная по топологии «кольцо», представляет собой замкнутый кабель с подключенными к нему узлами. Передаваемая информация проходит по кольцу только в одном направлении и передается через каждый подключенный к ЛВС узел.

К достоинствам топологии относится то, что количество подключенных узлов не оказывает влияния на производительность всей системы, а все компьютеры имеют равноправный доступ.

В качестве недостатков можно отметить, что повреждение одного из узлов может повлиять на работу всей сети.

Выбор топологии «звезда» определяет подключение всех узлов к центральному концентратору. Информация от передающего узла поступает ко всем остальным компьютерам через концентратор.

Достоинства топологии - это централизованный контроль над ЛВС и быстрая расширяемость. Повреждение одного из узлов не повлияет на работу всей сети.

Недостатком топологии является то, что при выходе из строя концентратора прекращается работа всей сети.

Кроме основных видов топологий достаточно часто встречаются гибридные и комбинированные топологии, позволяющие полностью покрыть все требования по охвату локальной сети .

Сравнив, все выше перечисленные топологии сети, мы будем применять топологию «звезда». Иерархическая звезда состоит из главного коммутатора, к которому подсоединены коммутаторы этажей. К ним подсоединяются рабочие станции.

После выбора топологии приведем план размещения рабочих мест с указанием расположения коммутационного оборудования.

На рисунках 3.1, 3.2 приведены планы второго и первого этажа школы, где наглядно можно увидеть, как будет построена сеть, где будут размещены компьютеры, коммутаторы, сервер и как они будут соединены.

Рисунок 3.1 - План первого этажа здания

Рисунок 3.2 - План второго этажа здания

Схема логической структуризации сети приведена на рисунке 3.3.

Рисунок 3.3 - Логическая организация сети

Кроме выбора топологии сети, к основным требованиям относятся:

1. Отказоустойчивость - это один из основных факторов, который нужно учесть при построении локальных сетей.

В случае выхода сети школы из строя возможны нарушение работы сотрудников, потеря данных.

Для того, что бы свести к минимуму вероятность отказа сети прибегают к нескольким средствам:

• - дублирование блоков питания;
• - возможность «горячей» замены компонентов;
• - дублирование управляющего модуля;
• - дублирование коммутационной матрицы / шины;
• - использование нескольких дублирующих соединений;
• - использование технологии Multi-LinkTrunk (MLT) и Split-MLT;
• - возможное внедрение протоколов балансировки нагрузки и дублирования на уровне маршрутизации;
• - разнесение окончания каналов;
• - разнесение каналов;
• - использование высоконадежного оборудования
• 2. Управляемостьсети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети. В идеале средства управления сетями представляют собой систему, осуществляющую наблюдение, контроль и управление каждым элементом сети - от простейших до самых сложных устройств, при этом такая система рассматривает сеть как единое целое, а не как разрозненный набор отдельных устройств.

Хорошая система управления наблюдает за сетью и, обнаружив проблему, активизирует определенное действие, исправляет ситуацию и уведомляет администратора о том, что произошло и какие шаги предприняты. Одновременно с этим система управления должна накапливать данные, на основании которых можно планировать развитие сети. Наконец, система управления должна быть независима от производителя и обладать удобным интерфейсом, позволяющим выполнять все действия с одной консоли.

Решая тактические задачи, администраторы и технический персонал сталкиваются с ежедневными проблемами обеспечения работоспособности сети. Эти задачи требуют быстрого решения, обслуживающий сеть персонал должен оперативно реагировать на сообщения о неисправностях, поступающих от пользователей или автоматических средств управления сетью. Постепенно становятся заметны более общие проблемы производительности, конфигурирования сети, обработки сбоев и безопасности данных, требующие стратегического подхода, то есть планирования сети.

Полезность системы управления особенно ярко проявляется в больших сетях: корпоративных или публичных глобальных. Без системы управления в таких сетях нужно присутствие квалифицированных специалистов по эксплуатации в каждом здании каждого города, где установлено оборудование сети, что в итоге приводит к необходимости содержания огромного штата обслуживающего персонала.

3. Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается. Для обеспечения масштабируемости сети приходится применять дополнительное коммуникационное оборудование и специальным образом структурировать сеть. Например, хорошей масштабируемостью обладает многосегментная сеть, построенная с использованием коммутаторов и маршрутизаторов и имеющая иерархическую структуру связей. Такая сеть может включать несколько тысяч компьютеров и при этом обеспечивать каждому пользователю сети нужное качество обслуживания .

Что собой представляют сетевые топологии? Зачем они необходимы? Где их используют и с какой целью? Какие их типы и виды существуют? Можно ли каким-то образом нивелировать негативные стороны сетевых топологий и усилить позитивные? Вот краткий перечень вопросов, на которые будет дан ответ в рамках данной статьи.

Общая информация

Много кто знает про сетевые устройства. Топологии же для большинства - это темный лес. Итак, давайте представим небольшую модель. У нас есть компьютеры, что функционируют в рамках одной Они соединены посредством линий связи. В зависимости от того, как построено их взаимодействие, различают следующие виды сети:

1. Кольцевую.
2. Звездную.
3. Шинную.
4. Иерархическую.
5. Произвольную.

Всё вышеперечисленное относится к физической топологии. Но существуют ещё и логические. Они являются независимыми одна от второй. Так, под первой подразумевают геометрию построения сети. Логическая топология занимается тем, что направляет потоки данных между разными узлам сети и выбирает способ передачи данных. Каждый из рассмотренных ниже типов построения взаимосвязи имеет свои особенности, преимущества и недостатки. А сейчас давайте рассмотрим основные сетевые топологии.

Шинная типология

Её применяют в тех случаях, когда для передачи данных используется линеечный моноканал. На его концах устанавливают терминаторы. Затем каждый компьютер подключают к линейному моноканалу благодаря Т-разъему. Данные передаются по обе стороны и отражаются от оконечных терминаторов. Как можно из этого понять, информация в данном случае поступает на все имеющиеся узлы. Но вот принята она может быть только тем, для которого и предназначена. Среда передачи данных в этом случае используется всеми персональными компьютерами, которые подключены к сети. А сигнал, что идёт от одного ПК, распространяется по всем устройствам. Популярность данная технология сыскала при использовании архитектуры Ethernet. Какие же преимущества нам предоставляет данное сетевое оборудование Для начала необходимо отметить лёгкость в настройке и конфигурации сети. Также, если из строя выйдет один узел, то она сможет продолжать свою работу в целом. Благодаря этому можно сказать, что сети, построенные по шинной типологии, обладают значительной устойчивость к неисправностям. Но есть и недостатки. В первую очередь необходимо отметить ограничения относительно длины кабеля, а также количества рабочих станций. К тому же разрыв линейного моноканала негативно сказывается на работоспособности всей сети. Вследствие этого часто бывает трудно определить место дефекта, особенно если оно сокрыто изоляцией.

Сетевая топология «Звезда»

В этом случае витой парой каждая рабочая станция подсоединена к хабу или концентратору. Благодаря им обеспечивается параллельное соединение всех персональных компьютером. Посредством хаба или концентратора ПК и общаются между собой. Отсылаемые данные поступают на все рабочие станции. Но принять их может только та, для которой они и предназначались. Относительно преимуществ стоит отметить, что к сети легко подключить новый персональный компьютер. Также она устойчива к неисправностям отдельных узлов и разрывам соединения. И дополняет всё это возможность осуществления централизованного управления. Правда, есть и определённые минусы. Так, отмечается значительный расход кабеля. Кроме этого, отказ хаба или концентратора негативно повлияет на работу всей сети.

Использование центрального концентратора

Эта сетевая типология базируется на предыдущем виде создания сети. Главную роль в этом случае играет центральный концентратор. Он является интеллектуальным устройством, что обеспечивает разных станций по принципу «выход-вход», то есть благодаря ему каждая ЭВМ соединена с ещё двумя рабочими станциями. Для стабильности функционирования здесь имеются основные и резервные кольца. Благодаря этому можно поддерживать работоспособность сети даже при наличии существенных повреждений. Проблемная точка просто отключается. Для передачи данных используется специальный маркер. В нём содержится адрес отправителя и получателя информации. Следует отметить, что, кроме высокой надёжности, данная типология также обеспечивает и равный доступ к сети всем рабочим станциям. Но за всё приходится платить. В данном случае это относится к большому расходу кабеля и дорогостоящей разводке линий связи.

Дерево

Данная сетевая типология рассматривается как комбинация нескольких звезд. Дерево может быть в следующих состояниях:

1. Активном.
2. Пассивном.
3. Истинном.

Зависимо от необходимо состояния ответственный персонал выбирает, что необходимо использовать: центральные компьютеры или хабы (концентраторы). Каждый выбор имеет свои преимущества и недостатки. В первом случае можно говорить о построении более централизованной системы с лучшей управляемостью и тому подобное. Но использование хабов или концентраторов, как правило, значительно более выгодно с ресурсо-финансовом плане.

Кольцевая топология

В данном случае предусматривается соединение в одну неразрывную цепь. При этом она не обязательно должна напоминать окружность. В этом случае предусматривается, что для передачи данных будет использоваться выход одного персонального компьютера, который соединён с входом иной ЭВМ. Поэтому, когда информация будет начинать движение из какой-то одной определённой точки, в конечном итоге она будет там же, пройдя один круг. Данные в таких кольцах всегда перемещаются в одном направлении. Распознать и обработать полученное сообщение может только та рабочая станция, которой оно было адресовано. При работе топологии применяется маркерный доступ. Он предусматривает предоставление права использования кольца в установленном порядке. Во время передачи данных используется логическое кольцо. Создать и настроить данную сеть весьма легко. Но из-за того, что повреждение в одном месте может вывести её из строя, в чистом виде она почти не применяется из-за своей ненадежности. Для работы на практике могут использоваться различные модификации данной типологии.

Комбинации

Они используются для того, чтобы уменьшить или ликвидировать негативные стороны при создании взаимосвязи между разными компьютерами. Наиболее распространённые комбинированные типы сетевой топологии строятся на звездной, шинной и кольцевой технологиях. Для понимания ситуации можно привести несколько примеров. Возьмём для первого звездно-шинную топологию. Главным в ней является концентратор. Но к нему могут подключаться не только отдельные компьютеры, но и целые шинные сегменты сети. Конечно, применяться может не один концентратор, а много. Также может использоваться архитектура построения с опорной (магистральной) шиной. Преимущество данной комбинации заключается в том, что системный администратор может получить преимущества обоих типологий и легко влиять на количество ЭВМ, что подключены к сети. Давайте рассмотрим ещё один пример. Рассматриваться будет звездно-кольцевая топология. По ней объединяют не компьютеры, а концентраторы, к которым непосредственно и подключены ЭВМ. Таким образом, создаётся замкнутый контур, в котором скомбинированы преимущества этих обеих топологий, а также появляется ещё ряд удобств. В качестве примера таковых можно привести то, что все концентраторы можно собрать в одном месте. А это значит, что точки подключения кабелей будут находиться вместе, и работа с ними будет существенно упрощена.

Заключение

Вот нами и были рассмотрены основные виды сетевой топологии. Представленные в рамках статьи возможности построения взаимосвязи между разными компьютерами являются самыми популярными благодаря своей практичности. Но в отдельных случаях могут понадобиться более специализированные сетевые топологии. Их разработка или использование уже созданных технологий осуществляется с учетом всех необходимых для корректной работы особенностей, нюансов и аспектов. Обычно нечто подобное используется только для научных и военных объектов, тогда как для гражданской жизни с лихвой хватает и наиболее распространённых подходов. Ведь рассмотренные сетевые топологии - это наработки десятилетий!

Термин топология сети означает способ соединения компьютеров в сеть. Вы также можете услышать другие названия – структура сети или конфигурация сети (это одно и то же). Кроме того, понятие топологии включает множество правил, которые определяют места размещения компьютеров, способы прокладки кабеля, способы размещения связующего оборудования и многое другое. На сегодняшний день сформировались и устоялись несколько основных топологий. Из них можно отметить “шину ”, “кольцо ” и “звезду ”.

Топология “шина”

Топология шина (или, как ее еще часто называют общая шина или магистраль ) предполагает использование одного кабеля, к которому подсоединены все рабочие станции. Общий кабель используется всеми станциями по очереди. Все сообщения, посылаемые отдельными рабочими станциями, принимаются и прослушиваются всеми остальными компьютерами, подключенными к сети. Из этого потока каждая рабочая станция отбирает адресованные только ей сообщения.

Достоинства топологии “шина”:

• простота настройки;
• относительная простота монтажа и дешевизна, если все рабочие станции расположены рядом;
• выход из строя одной или нескольких рабочих станций никак не отражается на работе всей сети.

Недостатки топологии “шина”:

• неполадки шины в любом месте (обрыв кабеля, выход из строя сетевого коннектора) приводят к неработоспособности сети;
• сложность поиска неисправностей;
• низкая производительность – в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть, с увеличением числа рабочих станций производительность сети падает;
• плохая масштабируемость – для добавления новых рабочих станций необходимо заменять участки существующей шины.

Именно по топологии “шина” строились локальные сети на коаксиальном кабеле . В этом случае в качестве шины выступали отрезки коаксиального кабеля, соединенные Т-коннекторами. Шина прокладывалась через все помещения и подходила к каждому компьютеру. Боковой вывод Т-коннектора вставлялся в разъем на сетевой карте. Вот как это выглядело:Сейчас такие сети безнадежно устарели и повсюду заменены “звездой” на витой паре, однако оборудование под коаксиальный кабель еще можно увидеть на некоторых предприятиях.

Топология “кольцо”

Кольцо – это топология локальной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутое кольцо. Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кругу). 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.

Достоинства кольцевой топологии:

• простота установки;
• практически полное отсутствие дополнительного оборудования;
• возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети.

Однако “кольцо” имеет и существенные недостатки:

• каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации; в случае выхода из строя хотя бы одной из них или обрыва кабеля – работа всей сети останавливается;
• подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, поскольку во время установки нового ПК кольцо должно быть разомкнуто;
• сложность конфигурирования и настройки;
• сложность поиска неисправностей.

Кольцевая топология сети используется довольно редко. Основное применение она нашла в оптоволоконных сетях стандарта Token Ring.

Топология “звезда”

Звезда – это топология локальной сети, где каждая рабочая станция присоединена к центральному устройству (коммутатору или маршрутизатору). Центральное устройство управляет движением пакетов в сети. Каждый компьютер через сетевую карту подключается к коммутатору отдельным кабелем. При необходимости можно объединить вместе несколько сетей с топологией “звезда” – в результате вы получите конфигурацию сети с древовидной топологией. Древовидная топология распространена в крупных компаниях. Мы не будем ее подробно рассматривать в данной статье.

Топология “звезда” на сегодняшний день стала основной при построении локальных сетей. Это произошло благодаря ее многочисленным достоинствам:

• выход из строя одной рабочей станции или повреждение ее кабеля не отражается на работе всей сети в целом;
• отличная масштабируемость: для подключения новой рабочей станции достаточно проложить от коммутатора отдельный кабель;
• легкий поиск и устранение неисправностей и обрывов в сети;
• высокая производительность;
• простота настройки и администрирования;
• в сеть легко встраивается дополнительное оборудование.

Однако, как и любая топология, “звезда” не лишена недостатков:

• выход из строя центрального коммутатора обернется неработоспособностью всей сети;
• дополнительные затраты на сетевое оборудование – устройство, к которому будут подключены все компьютеры сети (коммутатор);
• число рабочих станций ограничено количеством портов в центральном коммутаторе.

Звезда – самая распространенная топология для проводных и беспроводных сетей. Примером звездообразной топологии является сеть с кабелем типа витая пара, и коммутатором в качестве центрального устройства. Именно такие сети встречаются в большинстве организаций.

При принятии решения о выборе типа сети основной вопрос состоит в том, может ли организация позволить себе файловый сервер, сетевую операционную систему и администратора сети. Если да, то можно использовать серверную сетевую среду. Если нет - одноранговая сеть.

Можно организовать одноранговую сеть аналогично серверной, используя для хранения файлов и обслуживания разделяемых ресурсов (например, принтеров) один мощный одноранговый компьютер. Это позволит централизованно администрировать ресурсы и выполнять резервное копирование на одной машине. Между тем такой компьютер будет испытывать большую нагрузку, поэтому нужно сделать так, чтобы с ним работало ограниченное число ПК. Используемые таким образом компьютеры называют невыделенными серверами.

Исходя из поставленных условий проектирования (большое число рабочих станций, необходимость расширения, высокий уровень безопасности, большое количество ресурсов и т.д.), правильным решением будет проектирование сети на основе выделенного сервера, что позволит выполнить поставленные требования.

Выбор топологии.

Топология сети - это ее физическая схема, отображающая расположение узлов и соединение их кабелем. Каждая топология имеет собственные сильные и слабые стороны. Выделяют четыре основные сетевые топологии:

• звездообразная;

  кольцевая;

  ячеистая (сотовая).

Шинная топология.

Шинная топология часто применяется в небольших, простых или временных сетевых инсталляциях.

В типичной сети с шинной топологией кабель содержит одну или более пар проводников, а активные схемы усиления сигнала или передачи его от одного компьютера к другому отсутствуют. Таким образом, шинная топология является пассивной . Когда одна машина посылает сигнал по кабелю, все другие узлы получают эту информацию, но только один из них (адрес, которого совпадает с адресом, закодированным в сообщении) принимает ее. Остальные отбрасывают сообщение.

В каждый момент времени отправлять сообщение может только один компьютер, поэтому число подключенных к сети машин значительно влияет на ее быстродействие. Перед передачей данных компьютер должен ожидать освобождения шины. Указанные факторы действуют также в кольцевой и звездообразной сетях.

Еще одним важным фактором является . Поскольку шинная топология является пассивной, электрический сигнал от передающего компьютера свободно путешествует по всей длине кабеля. Без оконечной нагрузки сигнал достигает конца кабеля, отражается и идет в обратном направлении. Такое эхоотражение и путешествие сигнала туда и обратно по кабелю называется зацикливанием (ringing). Для предотвращения подобного явления к обоим концам кабельного сегмента подключается (терминаторы). Терминаторы поглощают электрический сигнал и предотвращают его отражение. В сетях с шинной топологией кабели нельзя оставлять без оконечной нагрузки.

Преимущества шинной топологии:

она надежно работает в небольших сетях, проста в использовании и понятна;

шина требует меньше кабеля для соединения компьютеров и потому дешевле, чем другие схемы кабельных соединений;

шинную топологию легко расширить. Два кабельных сегмента можно состыковать в один длинный кабель с помощью цилиндрического соединителя BNC. Это позволяет подключить к сети дополнительные компьютеры;

для расширения сети с шинной топологией можно использовать повторитель. Повторитель (repeater) усиливает сигнал и позволяет передавать его на большие расстояния.

Недостатки шинной топологии:

интенсивный сетевой трафик значительно снижает производительность такой сети. Поскольку любой компьютер может передать данные в произвольный момент времени, и в большинстве сетей они не координируют друг с другом моменты передачи, в сети с шинной топологией с большим числом компьютеров станции часто прерывают друг друга, и немалая часть полосы пропускания (мощность передачи информации) теряется понапрасну. При добавлении компьютеров к сети проблема еще более усугубляется;

каждый цилиндрический соединитель ослабляет электрический сигнал, и большое их число будет препятствовать корректной передаче информации по шине;

сеть с шинной топологией трудно диагностировать. Разрыв кабеля или неправильное функционирование одного из компьютеров может привести к тому, что другие узлы не смогут взаимодействовать друг с другом. В результате вся сеть становится неработоспособной.