Топології обчислювальних систем

 

При організації комп’ютерної мережі виключно важливим є вибір топології, тобто компонування мережевих пристроїв і кабельної інфраструктури. Потрібно вибрати таку топологію, яка б забезпечила надійну та ефективну роботу мережі, зручне управління потоками мережевих даних.

Топологія – тип з’єднання комп’ютерів у мережі. Фізична топологія описує фізичне розташування мережевого середовища обміну (кабелю) та під’єднаних пристроїв, логічна – характеризує спосіб передавання пакетів даних, метод організації зв’язку, принцип контролю помилок у мережі тощо.

Існують такі найпоширеніші фізичні топології:

• шинна;

• кільцева;

• “зірка”;

• комбінована.

Шинна топологія

  При організації комп’ютерної мережі за даною топологією всі комп’ютери послідовно з’єднуються одним кабелем (як правило, коаксіальним). Ця топологія виключно проста в реалізації та дешева (вимагає найменше кабелю), проте має ряд істотних недоліків.

Недоліки мереж типу «шина»

·      Такі мережі важко розширювати (збільшувати число комп’ютерів у мережі і кількість сегментів – окремих відрізків кабелю, які їх з’єднують).

·      Оскільки шина використовується спільно, у кожен момент часу передачу може вести тільки один з комп’ютерів. Якщо передачу одночасно починають два або більше комп’ютерів, виникає спотворення сигналу (зіткнення, або колізія), що приводить до пошкодження всіх кадрів. Тоді комп’ютери змушені призупиняти передачу, а потім по черзі ретранслювати дані. Вплив зіткнень тим помітніший, чим вищий обсяг переданої по мережі інформації і чим більше комп’ютерів підключено до шини. Обидва ці фактори, природно, знижують як максимально можливу, так і загальну продуктивність мережі, сповільнюючи її роботу.

·      «Шина» є пасивною топологією – комп’ютери тільки «слухають» кабель і не можуть відновлювати затухаючі при передачі по мережі сигнали. Щоб подовжити мережу, потрібно використовувати повторювачі (репітери), які посилюють сигнал перед його передачею у наступний сегмент.

·      Надійність мережі з топологією «шина» невисока. Коли електричний сигнал досягає кінця кабелю, він (якщо не прийняті спеціальні заходи) відбивається, порушуючи роботу всього сегмента мережі. Щоб запобігти такому відображенню сигналів, на кінцях кабелю встановлюються спеціальні резистори (термінатори), поглинаючі сигнали. Якщо ж у будь-якому місці кабелю виникає обрив – наприклад, при порушенні цілісності кабелю або просто при від’єднанні конектора, – то виникають два незатермінованих сегменти, на кінцях яких сигнали починають відбиватися, і вся мережа перестає працювати.

Проблеми, характерні для топології «шина», призвели до того, що ці мережі, такі популярні ще десять років тому, зараз вже практично не використовуються.

Кільцева топологія

Кільцева топологія – замкнена в кільце мережа комп’ютерів, з’єднаних парою кабелів. Вартість таких мереж досить висока.

Переваги та недоліки мереж з топологією «кільце»

Переваги

недоліки

·       оскільки у кабелів в цій мережі немає вільних кінців, термінатори тут не потрібні; ·       кожен з комп’ютерів виступає у ролі повторювача, посилюючи сигнал, що дозволяє будувати мережі великої протяжності; ·       через відсутність зіткнень топологія має високу стійкість до перевантажень, забезпечуючи ефективну роботу з великими потоками переданої по мережі інформації

·  сигнал в «кільці» повинен пройти послідовно (і тільки в одному напрямку) через всі комп’ютери, кожен з яких перевіряє, чи не йому адресована інформація, тому час передачі може бути достатньо великим; ·  підключення до мережі нового комп’ютера часто вимагає її зупинки, що порушує роботу всіх інших комп’ютерів; вихід з ладу хоча б одного з комп’ютерів або пристроїв порушує роботу всієї мережі; ·  обрив або коротке замикання в будь-якому з кабелів кільця робить роботу всієї мережі неможливою;   ·  щоб уникнути зупинки роботи мережі при відмові комп’ютерів або обриві кабелю, зазвичай прокладають два кільця, що істотно здорожує мережі

Топологія «зірка»

Мережа з топологією "зірка" включає центральний вузол – концентратор (хаб – від англ. hub) або центральний комп’ютер, до якого під’єднано всі комп’ютери. Кабелі до робочих станцій проходять радіально від концентраторів, створюючи зіркоподібну структуру. Ці мережі ще називають пасивними зірками. Вони мають велику надійність функціонування, в разі відмови однієї з робочих станцій інші можуть обійти її через концентратор.

Незважаючи на більшу витрату кабелю, характерну для мереж типу «зірка», ця топологія має суттєві переваги перед іншими, що й зумовило її найширше застосування в сучасних мережах.

Переваги мереж типу «зірка-шина»

• Надійність – підключення до центрального концентратора та відключення комп’ютерів від нього ніяк не відбивається на роботі решти мережі; обриви кабелю впливають тільки на одиничні комп’ютери; термінатори не потрібні.
• Легкість при обслуговуванні та усуненні проблем – всі комп’ютери та мережеві пристрої підключаються до центрального з’єднувального пристрою, що істотно спрощує обслуговування та ремонт мережі.
• Захищеність – концентрація точок підключення в одному місці дозволяє легко обмежити доступ до життєво важливих об’єктів мережі.

Відзначимо, що при використанні замість концентраторів більш «інтелектуальних» мережевих пристроїв (мостів, комутаторів та маршрутизаторів – докладніше про них буде розказано пізніше) виходить «проміжний» тип топології між активною та пасивною зіркою. В цьому випадку пристрій зв’язку не тільки ретранслює сигнали, що надходять, але і проводить управління їх обміном.

Інші можливі мережеві топології

Реальні комп’ютерні мережі постійно розширюються та модернізуються. Тому майже завжди така мережа є гібридною, тобто її топологія представляє собою комбінацію декількох базових топологій. Легко уявити собі гібридні топології, які є комбінацією «зірки» і «шини», або «кільця» і «зірки».