Мережеві топології

ТОПОЛОГIЯ  ЛОКАЛЬНИХ  МЕРЕЖ

      Локальна  мережа являє собою систему розподiленої обробки iнформацiї, яка складається як мiнiмум з двох комп’ютерiв, що взаємодiють мiж собою при допомозi спецiальних засобiв зв’язку. Комп’ютери, що входять до складу мережi, виконують досить широке коло функцiй, основними з яких є:

• органiзацiя доступу до мережi;
• управлiння передачею iнформацiї;
• надання обчислювальних ресурсiв i послуг абонентам мережi.

     В свою чергу, засоби зв’язку покликанi забезпечити надiйну передачу iнформацiї мiж комп’ютерами мережi.

     Звичайно, комп’ютерна мережа може складатися i з двох комп’ютерiв, але, як правило, їх кiлькiсть в мережi бiльша. При  цьому комп’ютерна мережа не являє  собою просте об’єднання комп’ютерiв  – це досить складна система. Будь-яка  комп’ютерна мережа характеризується (рис.1) топологiєю, протоколами, iнтерфейсами, мережевими технiчними та програмними засобами. 

Рис.1. Основнi компоненти архiтектури локальної комп’ютерної мережi.

     Топологiя комп’ютерної мережi вiдображає структуру зв’язкiв мiж її основними функцiональними елементами. В залежностi вiд компонентiв, що розглядаються, розрiзняють фiзичну i логiчну структури локальних мереж. Фiзична структура визначає топологiю фiзичних з’єднань мiж комп’ютерами. Логiчна структура визначає логiчну органiзацiю взаємодiї комп’ютерiв мiж собою. Доповнюючи одна одну, фiзична та логiчна структури дають найбiльш повне уявлення про комп’ютерну мережу. 

     Пiд  мережевими технiчними засобами маються на увазi рiзноманiтнi пристрої, що забезпечують об’єднання комп’ютерiв в єдину комп’ютерну мережу.

     Протоколи являють собою правила взаємодiї функцiональних елементiв мережi.

     Iнтерфейси – засоби узгодження функцiональних елементiв мережi. Слiд звернути увагу, що в якостi функцiональних елементiв можуть виступати як окремi пристрої, так i програмнi модулi. Вiдповiдно до цього iснують апаратнi та програмнi iнтерфейси.

     Мережевi програмнi засоби здiйснюють управлiння роботою комп’ютерної мережi i забезпечують вiдповiдний iнтерфейс з користувачами. До мережевих програмних засобiв належать мережевi операцiйнi системи i допомiжнi (сервiснi) програми.

     Кожна з складових локальної мережi характеризує її окремi властивостi, i тiльки їх сукупнiсть визначає всю мережу в цiлому. Таким чином, вибiр локальної мережi полягає у виборi її топологiї, протоколiв, апаратних засобiв та мережевого програмного забезпечення. Кожен з цих компонентiв є вiдносно незалежним. Наприклад, мережi з однаковою топологiєю можуть використовувати рiзнi методи доступу, протоколи i мережеве програмне забезпечення. В свою чергу, в рiзних мережах можуть використовуватись однаковi протоколи i (або) мережеве програмне забезпечення. Це, з однiєї сторони, розширює можливостi вибору найоптимальнiшої структури мережi, а з iншої – ускладнює цей процес. 
 

СЕРЕДОВИЩЕ  ПЕРЕДАЧI В ЛОКАЛЬНИХ  МЕРЕЖАХ 

     Об’єднанi мiж собою з допомогою рiзних мережевих засобiв комп’ютери утворюють  певну мережеву топологiю. Топологiя мережi тiсно пов’язана з технiчними засобами, що використовуються. Чим бiльший вибiр технiчних засобiв, тим рiзноманiтнiша топологiя мережi. Однак при цьому є ряд базових технологiй, на основi яких будуються всi локальнi мережi. Розглянемо основнi компоненти i базовi технологiї локальних мереж.

     В першу чергу для зв’язку комп’ютерiв  необхiдне середовище передачi, в  якостi якого в локальних мережах  найчастiше використовують електричнi та оптоволоконнi кабелi. З електричних  в локальних мережах використовуються коаксiальнi кабелi та витi пари провiдникiв. На вiдмiну вiд електричного кабелю, в оптоволоконному кабелi носiєм iнформацiї є свiтловий промiнь, що розповсюджується всерединi спецiального свiтловоду – оптичного скловолокна. Кожний кабель, в свою чергу, має певнi фiзичнi параметри, основними з яких є допустима швидкiсть передачi iнформацiї i швидкiсть затухання сигналiв.

     Для пiдключення вiддалених абонентiв  до локальної мережi широко використовуються iснуючi телефоннi лiнiї. В залежностi вiд характеру використання i режиму роботи вiддаленої системи, для її пiдключення до локальної мережi використовують комутовану або видiлену лiнiю зв'язку. Комутованi лiнiї зв'язку обходяться дешевше, але вони є значно повiльнiшими в порiвняннi з видiленими лiнiями. Максимальна швидкiсть передачi по телефонних лiнiях може бути досягнута при використаннi видiлених телефонних кабельних систем типу Т1 i Т3. 
 
 

     В деяких випадках для зв’язку комп’ютерiв  можуть використовуватися радiоканали  або iнфрачервонi пристрої передачi сигналiв. Як правило, цей вид зв’язку найбiльш дорогий i його доцiльно використовувати в тих випадках, коли фiзичне з’єднання важко або неможливо органiзувати. 

ПРЯМЕ  КАБЕЛЬНЕ  З’ЄДНАННЯ

     Якщо  передбачається з’єднати мiж собою  тiльки два комп’ютери, то це можна зробити вiдносно просто за допомогою так званого прямого кабельного з’єднання. Цей спосiб передбачає з’єднання двох комп’ютерiв за допомогою послiдовних (паралельних) портiв вводу-виводу та засобiв управлiння обмiном iнформацiєю мiж комп’ютерами. Як правило, в основi цих засобiв лежать стандартнi мережевi протоколи, що дозволяє уникнути розробки вiдповiдного програмного забезпечення, а використати для цiєї мети стандартнi мережевi протоколи.

           При подiбному з’єднаннi iснує ряд обмежень на органiзацiю мiжкомп’ютерного зв’язку. По-перше, обидвi машини повиннi використовувати одну i ту ж операцiйну систему, яка пiдтримує пряме з’єднання комп’ютерiв (наприклад, Windows 98). Хоча пряме з’єднання не є мережею в звичному розумiннi, операцiйна система використовує мережевий протокол, щоб управляти потоком даних мiж комп’ютерами. По-друге, в рамках одного сеансу обмiну кожний з комп’ютерiв може бути або сервером, або клiєнтом, а не одночасно тим i другим. В комп’ютерних мережах пiд сервером розумiють комп’ютер, який надає свої ресурси другим комп’ютерам, якi називаються клiєнтами. При прямому з’єднаннi клiєнт отримує можливiсть доступу до ресурсiв сервера, в якостi яких найчастiше виступають масиви даних (файли). В свою чергу, сервер визначає, якi з ресурсiв можуть бути доступнi клiєнтам, тобто вiн нiби вiддає їх в загальне користування. При цьому сервер визначає умови використання спiльних ресурсiв – наприклад, тiльки їх перегляд, читання чи можливiсть змiни. Сам сервер не може використовувати ресурси клiєнта для виконання якихось своїх функцiй. По-третє, використання низькошвидкiсних портiв вводу-виводу дозволяє передавати данi з вiдносно низькою швидкiстю. Тому пряме кабельне з’єднання найчастiше використовується для створення тимчасових з’єднань, наприклад, мiж портативним комп’ютером та мережевим комп’ютером. Подiбне з’єднання може використовуватись при пiдключеннi вiддаленого комп’ютера за допомогою телефонних каналiв зв’язку.

     При об’єднаннi в локальну мережу бiльше двох комп’ютерiв повинен виконуватись ряд спецiальних (мережевих) функцiй. Виконання таких функцiй покладається на спецiалiзованi пристрої – мережевi адаптери (мережевi карти). У зв’язку з цим кожний комп’ютер, що пiдключається до локальної мережi, повинен обладнуватись мережевим адаптером. Iснують рiзнi типи мережевих адаптерiв, що виробляються рiзними фiрмами, але всi вони виконують одну i ту ж основну функцiю: управляють потоком iнформацiї мiж локальною мережею та комп’ютером. Для рiзних типiв мереж можуть бути потрiбнi рiзнi адаптери, хоча це не завжди є обов’язковим. Мережевi адаптери можуть також вiдрiзнятись швидкодiєю та ефективнiстю, з якою вони управляють iнформацiйним потоком.

     Комп’ютер, що забезпечує можливiсть доступу  користувачiв до ресурсiв локальної  мережi, називається робочою станцiєю. З функцiональної точки зору робочi станцiї є клiєнтами локальної мережi. Крiм робочих станцiй до складу локальної мережi можуть входити комп’ютери, що виконують функцiї серверiв, а також мережевi принтери, модеми i т.п. Кожний з пристроїв, що входить до складу локальної мережi, називається вузлом. 

БАЗОВI МЕРЕЖЕВI ТОПОЛОГIЇ

     При створеннi мережi, в якiй використовуються тiльки мережевi адаптери без таких  засобiв, як маршрутизатори, концентратори i т.п., може бути реалiзована одна з трьох  мережевих технологiй: зiркоподiбна, шинна, кiльцева. Зiркоподiбна мережа (рис.2) характеризується наявнiстю цетрального вузла комутацiї – мережевого сервера, до якого (або через який) посилаються всi повiдомлення. В цьому випадку на мережевий сервер, крiм основних функцiй, можуть бути покладенi додатковi функцiї по узгодженню швидкостей роботи станцiй i перетворенню протоколiв обмiну, що дозволяє в рамках однiєї мережi об’єднати рiзнотипнi робочi станцiї. 

 

Рис.2. Зiркоподiбна топологiя. 

     Поряд з окремими перевагами, данi локальнi мережi мають ряд недолiкiв. Зокрема, при пiдключеннi великої кiлькостi робочих станцiй пiдтримання високої швидкостi комутацiї вимагає значних апаратних затрат. Крiм того, значне функцiональне навантаження центрального вузла визначає його складнiсть, що вiдповiдно позначається на надiйностi.

     В мережах з шинною топологiєю (рис.3.) робочi станцiї з допомогою мережевих адаптерiв пiдключаються до магiстралi (шини). Аналогiчним чином до загальної магiстралi пiдключаються й iншi мережевi пристрої. В процесi роботи мережi iнформацiя вiд передаючої робочої станцiї поступає на адаптери всiх робочих станцiй, але сприймається вона тiльки адаптером тiєї робочої станцiї, якiй вона адресована.

     Напрям  передачi iнформацiї 

     

 
 
 
 
 

Рис.3. Шинна топологiя  мережi. 

      Подiбна  лiнiйна топологiя характеризується простотою органiзацiї i можливiстю  пiдключення нових робочих станцiй  без додаткового обладнання. Однак  наявнiсть загального середовища передачi не дозволяє абонентським системам одночасно передавати iнформацiю.

     Кiльцева мережа (рис.4) характеризується наявнiстю замкнутого однонаправленого каналу передачi даних у виглядi кiльця або петлi. В цьому випадку iнформацiя передається послiдовно мiж адаптерами робочих станцiй до тих пiр, поки не буде прийнята одержувачем i потiм видалена з мережi. Переважно за видалення iнформацiї з мережi вiдповiдає  її вiдправник. Управлiння роботою кiльцевої мережi може здiйснюватися централiзовано з допомогою спецiальної монiторної станцiї, або децентралiзовано за рахунок розподiлу функцiй управлiння мiж всiма робочими станцiями. Недолiком кiльцевої топологiї є те, що вiдмова однiєї ланки кiльця може вивести з ладу всю локальну мережу. З метою пiдвищення надiйностi кiльцевих структур використовують спецiальнi безрозривнi комутатори, якi дозволяють автоматично вiдключати неробочi комп’ютери або окремi сегменти мережi.