Файл: Анализ и оценка типовых топологий вычислительных компьютерных сетей.doc

- шина пассивная топология. Это означает, что компьютеры только «прослушивают» передаваемые по сети данные, но не продвигают их от отправителя к получателю. Поэтому если один из компьютеров выходит из строя, это не сказывается на работе остальных. В активных топологиях происходит регенерация сигналов в компьютерах и последующая их передача в сеть.

Недостатки:

- низкая надежность (разрыв локальной сети нарушает связь между станциями);

- при неисправности станции, проявляющейся в том, станция начинает непрерывную передачу, сеть также становится неработоспособной;

- трудность локализации отказов с точностью до отдельного компонента, подключенного к шине;

- разрыв кабеля или отсоединение одного из концов приводит к прекращению функционирования сети (Сеть «падает»);

- если разделение каналов производится не по частоте, а по времени, то всегда имеется задержка между моментом появления данных для передачи и моментом времени, когда эти данные могут быть переданы. Причем эта задержка при большом количестве станций и длинных сообщениях может достигать значительных величин. В этом случае, для управления в реальном масштабе времени необходимо либо увеличивать скорость передачи данных, что может потребовать больших затрат, либо ограничивать длину пакетов, которыми обмениваются станции.

Для оптоволоконных логической сети достижение полной связности типа «станция-станция» шинная реализация сети требует двух шин. Это объясняется однонаправленным характером оптоволоконного канала. Чаще всего используются две отдельные встречно направленные шины.

Радиальная топология. Радиальная топология (Звездообразная топология, топология «звезда»), при которой каждая станция подсоединена одним или двумя выделенными каналами связи к центральному единственному узлу, именуемому концентратором. Станция может непосредственно осуществлять доступ только к этому узлу. В сетях с такой топологией через центральный узел проходит весь сетевой трафик. Эта топология одна из наиболее широко распространенных структур сетей. Она широко использовалась в 60-х -70-х годах, поскольку благодаря легкости управления ПО было не сложным, а поток трафика простым. Весь трафик исходит из центрального узла звезды, который представляет собой главную ЭВМ, а остальные узлы являлись терминалами.

В настоящее время одним из стандартных компонентов сетей становится концентратор, а в сетях с топологией «звезда» он служит центральным узлом. Среди концентраторов выделяются активные и пассивные. Активные концентраторы.

---

Активные концентраторы регенерируют и передают сигналы так же, как это делают репитеры.

Репитер Ethernet - это устройство, физически расположенное в сети, с двумя или более Ethernet портами.

Пассивные концентраторы. Некоторые типы концентраторов являются пассивными, например монтажные панели или коммутирующие блоки. Они просто пропускают через себя сигнал как узлы коммутации, не усиливая и не восстанавливая его. Пассивные концентраторы не надо подключать к источнику питания.

Гибридные концентраторы. Гибридными называются концентраторы, к которым можно подключать кабели различных типов. Сети, построенные на концентраторах, легко расширить, если подключить дополнительные концентраторы.

Звездообразную сеть с коммутацией, когда центральный узел отвечает за маршрутизацию и выполняет функции пересылки с промежуточным хранением или коммутационные функции без промежуточного хранения. В последнем случае сети строятся на базе метода коммутации каналов. Когда перед началом передачи вызывающая станция запрашивает у центрального узла установление физического или логического соединения с вызываемой станцией (узлом). После установления соединения соответствующий, физический или логический путь монопольно используется абонентами-партнерами для обмена данными. По окончании обмена один из абонентов запрашивает у центрального узла разъединения.

Центральный узел производит локализацию неисправностей, которая в данном случае оказывается простой, поскольку сводится к локализации отдельной радиальной связи (канал или оконечный узел). При необходимости дефектная радиальная связь отключается, не нарушая функционирования остальной части сети.

Преимущества топологии:

- разрыв кабеля, подключенного к концентратору, нарушит работу только данного сегмента. Остальные сегменты останутся работоспособными.

- простота изменения или расширения сети: достаточно просто подключить еще один компьютер или концентратор;

- использование различных портов для подключения кабелей разных типов;

- централизованный контроль за работой сети и сетевым трафиком: во многих сетях. Активные концентраторы наделены диагностическими возможностями, позволяющими определить работоспособность соединения;

- централизованное управление.

В тоже время центральный узел является слабым местом такой сети.

Недостатки:

- пропускная способность сети ограничивается пропускной способностью центрального узла.

---

- выход из строя центрального узла приводит к отказу всей сети. Поэтому часто требуется резервирование наиболее важных устройств центрального узла.

- расширяемость сети ограничивается возможностями центрального узла по подключению каналу связи с оконечными системами.

- центральный узел является довольно дорогим устройством, поскольку выполняет все основные функции по управлению сетью.

- максимальная суммарная длина локальной сети, поэтому стоимость кабелей и стоимость их прокладки выше, чем при других топологиях с таким же числом узлов. Для уменьшения этой стоимости используется один из вариантов звездообразной топологии ЛВС называемый распределенная звездообразная топология, в соответствии с которой оконечные системы соединяются кабелями с соединительной коробкой, называемой концентратором кабелей. Последний может подсоединить к сети, как правило, не более четырех-восьми оконечных систем. Концентраторы кабелей соединяются между собой общим разделяемым многожильным кабелем. Такая топология широко применяется в ЛВС персональных ЭВМ, когда оконечные системы широко разбросаны по зданию учреждения.

Кольцевая топология, при которой станции связаны звеньями типа «точка—точка» в топологии замкнутой петли.

При реализации сети типа физического кольца каждая станция подключается к кольцу с помощью активного интерфейса, называемого повторителям сигналов или кольцевым интерфейсом.

В такой топологии терминаторы не используются (их просто некуда подсоединять). Передаваемые по кольцу данные проходят через регистры повторителя и задерживаются там на некоторое время. Станция подключаются к одному повторителю, включенному в однонаправленное кольцо, или к двум повторителям, связанным в два разнонаправленных кольца. Из-за простоты реализации наибольшее распространение получили сети с одним кольцом. В однонаправленном кольце пара смежных повторителей связана секцией кабеля выделенным каналом связи. Каждое сообщение имеет идентификатор узла-получателя.

Передаваемое из узла-источника сообщение проходит по кольцу до узла-потребителя, который опознает свой адрес в сообщении и либо принимает, и поглощает сообщение, либо принимает и ретранслирует сообщение (добавив или не добавив соответствующую метку), которое перемещается по кольцу до узла-источника, где поглощается. Каждому из этих двух способов поглощения сообщения соответствует реализация в узлах и повторителях определенного протокола канального уровня. Наибольшее распространение нашло поглощение сообщения узлом-источником, поскольку это позволяет проконтролировать правильность передачи сообщения. При

---

большой длине кольца, коротких сообщениях и большой скорости передачи возможна одновременная передача по нему более чем одного сообщения, поскольку кольцо начинает работать как линия задержки с памятью.

С точки зрения надежности самым «слабым» местом в кольцевых сетях являются повторители.

Отказ повторителя может либо вывести из строя всю сеть, либо заблокировать доступ в сеть узла, подключенного к этому повторителю. Поэтому повторители обычно состоят из двух частей: основной, с электропитанием от узла, и интерфейсной, с электропитанием от автономного источника и построенной на релейной схеме. При отказе повторителя его интерфейсная часть быстро отключает отказавший повторитель и напрямую соединяет входной и выходной каналы.

Благодаря активному интерфейсу станция имеет возможность удалять знаки (символы) или сообщения, которые она получает из среды, а также производить запись на место знаков и сообщений, передаваемых по среде, когда они проходят через интерфейс.

Активный интерфейс со средой позволяет также усиливать сигналы, которые проходят через него, вследствие чего значительно снижаются вносимые потери. Это имеет особо-важное значение при подключении к оптоволоконной среде, поскольку пассивный интерфейс вносит ощутимые потери, что приводит к существенному ограничению числа станций, которые могут быть пассивно подключены к оптоволоконной шине без введения оптических усилителей. Усиление электрических сигналов и работа по управлению доступом к среде в активном интерфейсе сопряжены с двойным преобразованием:

- преобразованием принимаемых оптических сигналов в электрические (с необходимой обработкой) и преобразованием передаваемых сигналов в оптические сигналы. В результате скорость доступа станций должна быть выбрана таким образом, чтобы она соответствовала скорости обработки данных электронными устройствами в интерфейсах станций, поскольку скорости по оптическому каналу очень высоки.

Пропускная способность и задержка кольцевой сети зависят от метода передачи сообщений, реализованного в повторителе. В самом простом случае сообщения полностью накапливаются в каждом повторителе для анализа адреса узла-получателя и лишь затем, при необходимости, передаются соседнему повторителю. Однако существуют методы передачи сообщений, позволяющие свести задержку в повторителе ко времени передачи одного бита сообщения, (в этом случае станции производят ретрансляцию сообщений с установкой или сбросом отдельных управляющих битов, после

---

того как получен и проанализирован адрес, а станция-контроллер сети принимает и анализирует все сообщение и выставляет новый маркер).

Расширяемость кольцевой сети достаточно высокая. Для подключения нового узла необходимо присвоить ему идентификатор, отличный от идентификаторов других узлов сети, и включить в состав кольца новый повторитель. Подключение новых узлов с удлинением собственно кольцевой сети, как правило, трудоемкая операция. Поэтому сразу пытаются осуществить трассировку кабеля таким образом, чтобы он проходил через все те места, где может понадобиться подключать оконечные системы. Это усложняет трассировку кабелей перед развертыванием сети. Включение нового повторителя увеличивает задержку сети.

Преимущества:

- все компьютеры имеют равный доступ;

- количество пользователей не существенно влияет на производительность.

Недостатки:

- выход из строя компьютера может привести к отказу всей сети;

- кольцевые сети чувствительны к отказам типа разрыва КС;

- трудно локализовать неисправности;

- подключение нового пользователя или изменение конфигурации сети требует остановки работы всей сети.

Древовидная топология (иерархическая, вертикальная). В этой топологии узлы выполняют другие более интеллектуальные функции чем в топологии «звезда».

Сетевая иерархическая топология в настоящее время является одной из самых распространенных.

Программное обеспечение для управления сетью является относительно простым, и эта топология обеспечивает точку концентрации для управления и диагностирования ошибок.

Ячеистая топология (смешанная или многосвязная). Сеть с ячеистой топологией представляет собой, как правило, неполно связанную сеть узлов коммутации сообщений (каналов, пакетов), к которым подсоединяются оконечные системы. Все КС являются выделенными двухточечными.

Такого рода топология наиболее часто используются в крупномасштабных и региональных вычислительных сетях, но иногда они применяются и в ЛВС.

Привлекательность ячеистой топологии заключается в относительной устойчивости к перегрузкам и отказам. Благодаря множественности путей из станции в станцию трафик может быть направлен в обход отказавших или занятых узлов.

Даже, несмотря на то, что данный подход отмечается сложностью и дороговизной (протоколы ячеистых сетей могут быть достаточно сложными с точки зрения логики, чтобы обеспечить эти характеристики), некоторые пользователи предпочитают ячеистые сети сетям других типов вследствие их высокой надежности. Надежность ячеистой сети обеспечивается таким соединением узлов коммутации каналами связи, чтобы между любой парой станций имелось, по меньшей мере два пути передачи сообщений. Введение избыточных каналов между узлами коммутации, т.е. увеличение связности сети, стандартный способ повышения надежности.

---