Топологии локальных сетей

Специалисты рекомендуют использовать эту топологию в локальных сетях с ограниченным количеством концентраторов в небольших глобальных сетях.

Иерархии

Иерархические топологии предполагают использование более чем одного уровня концентраторов. Каждый уровень выполняет отдельную сетевую функцию. На нижний ярус концентраторов возлагается задача обработки запросов на соединение между рабочими станциями и серверами. Ярусы более высоких уровней агрегируют низшие ярусы. Иерархическое упорядочение оптимальным образом подходит для локальных сетей среднего и большого размера при условии, что предполагается их дальнейшее расширение и повышение интенсивности трафика.

Иерархические кольца

Реализующие кольцевую топологию сети расширяются путем установления соединения между несколькими кольцами способом, проиллюстрированным на рисунке 5.7. Для соединения рабочих станций и серверов используется столько колец, сколько необходимо для поддержки необходимой производительности. Кольцо второго яруса, будь то Token Ring или FDDT, используется для межсоединения всех колец пользовательского уровня и обеспечения доступа к глобальной сети.

Небольшие локальные сети расширяются путем установления иерархических соединений между несколькими кольцами. На этом рисунке представлено эстафетное кольцо 16 Мбит/с (логически показано как кольцо, хотя на самом деле является архитектурой типа «звезда»), которое используется для объединения пользовательских станций, а также кольца FDDI, которые используются на уровне серверов и магистрали.

РИСУНОК 5.7. Топология иерархического кольца.

РИСУНОК 5.8. Топология иерархической звезды.

Иерархические звезды

Звездные топологии также могут быть созданы путем иерархического объединения нескольких несложных сетей такой же архитектуры (см. рис. 5.8). Иерархические звезды могут состоят из единственного конфликтного домена или с помощью коммутаторов и мостов сегментированы на несколько конфликтных доменов.

Топология иерархической звезды предполагает использование одного яруса концентраторов для обеспечения возможности соединения пользователей и сервера и второго яруса концентраторов, поддерживающих магистраль передачи данных.

Иерархические комбинации

Общая производительность сети может быть повышена только в случае соблюдения всех требований, которые накладываются на отдельные компоненты. Современные коммутирующие концентраторы позволяют одновременно использовать преимущества нескольких технологий. Для поддержки новой топологии достаточно вставить в концентратор соответствующую плату. Иерархическая топология представляет собой комбинацию различных топологий (см. рис. 5.9).

В этом примере комбинированной иерархической топологии магистраль, поддерживающая асинхронный режим передачи (Asynchronous Transfer Mode - ATM), используется для соединения пользовательских концентраторов. Серверы объединены в кольцо FDDI, в то время как пользовательские станции используют стандарт Ethernet.

РИСУНОК 5.9. Комбинированная иерархическая топология.

РИСУНОК 5.10. Область рабочих станций локальной сети.

Функциональные области локальных сетей

Изменения топологии могут играть важную роль в процессе настройки каждой функциональной области локальной сети. Локальная сеть состоит из четырех отдельных функциональных областей: области рабочих станций, области серверов, области соединения с глобальной сетью и магистрали. Каждая из областей наилучшим образом справляется с определенным кругом задач.

Область рабочих станций

Основной задачей большинства локальных сетей является обеспечение возможности связи между рабочими станциями. На область связности рабочих станций локальной сети не накладываются строгие требования производительности. Очевидными исключениями являются рабочие станции систем САПР, рабочие станции для проведения видеоконференций и т.п. В общем случае компромисс между стоимостью и производительностью этой части локальной сети вряд ли будет решен в пользу производительности.

Объединение машин, обладающих различной сетевой производительностью, может потребовать использования различных технологий (см. рис. 5.10). К счастью, большинство изготовителей современных концентраторов интегрируют в одном устройстве поддержку различных топологий.

Локальные сети обеспечивают возможность соединения рабочих станций и периферийных устройств. Вследствие различных требований к производительности сетевого оборудования возникает необходимость использовать различные топологии.

Область серверов

Поскольку серверы обслуживают запросы нескольких рабочих станций, а также других серверов, они вынуждены обрабатывать довольно интенсивный трафик. Серверы с большим объемом дисковой памяти (high-volume servers) требуют учитывать возможность интенсивного трафика при выборе топологии локальной сети. В противном случае обработка запросов клиентов и других серверов в значительной степени снизит производительность сети. Естественно, что серверы должны обладать более высокой производительностью по сравнению с рабочими станциями и поддерживать более ошибкоустойчивый метод доступа к среде передачи.

Воздействуя на топологию локальной сети, можно добиться оптимального соответствия производительности самого сервера и его кластеров сформулированным требованиям. На рисунке 5.11, например, реализована комбинированная иерархическая топология. Набор серверов объединен в небольшое кольцо FDDI, в то время как рабочие станции используют стандартную архитектуру Ethernet.

Область соединения с глобальной сетью

Область локальной сети, предназначенная для установления соединения с глобальной, часто упускается из виду. В большинство случаев единственным устройством этой области является канал связи между магистралью и маршрутизатором (см. рис. 5.12).

РИСУНОК 5.11. Область серверов локальной сети.

РИСУНОК 5.12. Область соединения с глобальной сетью.

Соединение с маршрутизатором, предоставляющим доступ к глобальной сети, является критическим звеном в общей топологии локальной сети. Некорректное конструктивное решение приведет к снижению эффективности обработки исходящего и входящего трафика. Не рекомендуется использовать технологии локальных сетей, которые используют конкурирующие методы доступа к среде передачи.

Поддерживающие интенсивный трафик между локальной и глобальной областью сети выгодным образом отличаются здравым методом установления соединения. Выбранная технология должна быть здравой с точки зрения номинальной скорости передачи данных и метода доступа к среде. Технологии конкурирующего метода доступа к среде использовать нецелесообразно. В этом случае даже если выделить для канала связи отдельный порт коммутатора, область связи с глобальной сетью превратится в самое узкое место системы.

Магистраль

Магистраль (backbone) локальной сети выполняет функции межсоединения всех концентраторов. Область магистрали можно построить в различных топологиях с помощью нескольких сетевых компонентов (см. рис. 5.13).

Магистраль локальной сети выполняет очень важную функцию, объединяя все локальные сетевые ресурсы и, если это возможно, глобальную сеть. Логическое определение магистрали можно дать несколькими способами.

Выбор корректной топологии магистрали локальной сети представляет собой далеко не простую задачу. Некоторые варианты весьма привлекательны с точки зрения стоимости, их проще реализовать и настроить. Другие требуют дополнительных вложений и сложны в реализации. Следует также учитывать возможность расширения различных магистральных топологий. Некоторые топологии даже после расширения требуют дополнительных затрат на обеспечение приемлемого уровня производительности. Все возможные варианты должны быть тщательно проанализированы исходя из конкретных требований.

Последовательная магистраль

Представленная на рисунке 5.14 последовательная магистраль (serial backbone) представляет собой не что иное, как набор концентраторов, соединенных в последовательную цепочку. Как уже указывалось в предыдущих разделах, подобную топологию целесообразно использовать только в небольших сетях.

Концентраторы, объединяющие в сеть рабочие станции и серверы, могут быть последовательно соединены друг с другом, образуя таким образом своего рода примитивную магистраль. Как упоминалось выше, подобный способ соединения называется последовательной цепочкой.

РИСУНОК 5.13. Магистраль локальной сети.

РИСУНОК 5.14. Последовательная магистраль или последовательная цепочка.

Распределенная магистраль

Распределенной магистрали (distributed backbone) соответствует иерархическая топология, в которой магистральный концентратор занимает центральное местоположение. В роли магистрального концентратора обычно выступает телефонная станция учреждения с выходом в глобальную сеть. Если учитывать схему проводки в здании, телефонная станция занимает идеальное положение. Центральный концентратор соединен с другими концентраторами здания (см. рис. 5.15).

В отличие от последовательной магистрали такая топология позволяет локальной сети охватывать большие здания, не превышая при этом максимальный диаметр сети.

Распределение магистрали подобным образом требует знания топологии проводки здания и ограничений, диктуемых различными средами передачи. Идеальным вариантом при построении распределенной магистрали в достаточно больших сетях является использование волоконно-оптической проводки.

Локализованная магистраль

Топология локализованной магистрали (collapsed backbone) предполагает использование центрального маршрутизатора, соединяющего все сегменты локальной сети. Маршрутизатор эффективно создает конфликтные и передающие домены, увеличивая таким образом производительность каждого сегмента локальной сети.

Маршрутизаторы функционируют на третьем уровне справочной модели OSI и проигрывают в быстродействии концентраторам. В результате существует некоторая вероятность снижения скорости передачи данных между сегментами локальной сети.

Локализованная магистраль является наиболее уязвимым местом (single point of failure) локальной сети (что наглядно иллюстрирует рисунок 5.16). Это не столь существенный недостаток - использование многих других топологий также связано с возможностью выхода из строя всей локальной сети после отказа единственного элемента. Тем не менее это обстоятельство обязательно следует учитывать при выборе топологии сети.

Сегменты локальной сети вполне могут быть объединены маршрутизатором, который выступает в качестве локализованной магистрали. Такая топология поддерживает централизованное управление сетью, но одновременно характеризуется задержками в передаче данных и возможностью выхода из строя всей сети после отказа единственного элемента.

РИСУНОК 5.15. Распределенная магистраль.

РИСУНОК 5.16. Локализованная магистраль.

Обязательно следует учитывать тот факт, что рабочие станции пользователей очень редко бывают распределены по зданию удобным способом. Скорее всего, возникнет необходимость выделения в сети нескольких сегментов. Вполне вероятно, что некоторые сегменты будут расположены в непосредственной близости. Топологии локализованных магистралей следует планировать с особой тщательностью. Опрометчиво и неудачно спланированные топологии окажут отрицательное влияние на производительность сети.

Параллельная магистраль

В некоторых случаях, когда использовать локализованные магистрали не представляется возможным, приходится идти на некоторый компромисс. Довольно часто этот компромисс приводит к необходимости реализации параллельной магистрали. Существует немало причин для создания магистрали рассматриваемого типа. Рабочие станции пользователей могут быть в значительной степени рассеяны в здании, некоторые рабочие группы и/или приложения могут выдвигать строгие требования к безопасности. Кроме того, может возникнуть необходимость постоянной доступности среды передачи. В любом случае заведение параллельных связей от маршрутизатора локализованной магистрали ко всем телефонным коробкам позволит поддерживать множественные сегменты каждой коробки (см. рис. 5.17).

Топологию параллельной магистрали можно считать модификацией локализованной топологии. В одной телефонной коробке или комнате с оборудованием поддерживается несколько сегментов. В результате несколько увеличиваются затраты на развертывание сети, но одновременно повышается производительность каждого сегмента и его соответствие таким дополнительным критериям, как безопасность.

Выводы по функциональным областям локальных сетей

Глубокое понимание требований к производительности, выдвигаемых покупателями и функциональными областями локальных сетей, является обязательным условием для разработки идеальной топологии, удовлетворяющей всем нуждам пользователя. Потенциальные комбинации ограничены только фантазией разработчика. Технические новинки постоянно расширяют диапазон возможных решений.