Топология сетей
Лекция 3. Топология сетей Физическая и логическая топологии Методы доступа к среде передачи Сетевые устройства в топологии
Топология сети - способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств. Различают: – описывает реальное расположение и связи между узлами сети; – описывает способы взаимодействия узлов и характер распространения сигналов по сети рамках физической топологии. Физическую топологию Логическую топологию
Физические топологии Существует три базовые топологии, на основе которых строится большинство сетей: Топология сетей «Шина» ( Bus ) ; «Кольцо» ( Ring ) ; «Звезда» ( Star ).
Топология «Шина» Все узлы соединяются между собой одним кабелем. +: простота реализации и дешевизна. - : сложность расширения; в каждый момент времени может передавать только один компьютер; невысокая надежность. Топология сетей Терминатор с заземлением Терминатор
Топология «Кольцо» Каждый из компьютеров соединяется с двумя другими так, чтобы от одного он получал информацию, а второму передавал ее. Последний компьютер подключается к первому. Топология сетей Сервер +: каждый компьютер выступает в роли повторителя сигнала; отсутствие столкновений. -: сигнал в кольце должен пройти последовательно через все компьютеры; невысокая надежность.
Топология «Звезда» Каждый из компьютеров подключается к центральному соединительному устройству. Преимущества: Легкость обслуживания и устранения неисправностей; Защищенность. Недостатки: Единая точка отказа
Топология «Дерево» ( Tree ) Объединение нескольких «звезд». Наиболее распространенная топология при построении локальных сетей.
Полносвязная топология Каждый компьютер и другие устройства соединены друг с другом напрямую Высокая надежность – имеется несколько маршрутов передачи информации. Используется там, где требуется обеспечение максимальной отказоустойчивости сети: при объединении нескольких сегментов сети крупного предприятия или при подключении к Интернет. Существенно увеличивается расход кабеля, усложняется сетевое оборудование и его настройка.
Топология частичной (неполной) связности Получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Каждый компьютер сети соединяется с несколькими другими компьютерами этой же сети. Характеризуется высокой отказоустойчивостью (каждый компьютер имеет множество возможных путей соединения с другими компьютерами), сложностью настройки и переизбыточным расходом кабеля. Допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для крупных сетей. Топология сетей
Выбор топологии сети Устойчивость к неисправностям узлов, подключенных к сети и обрывам кабеля. Обеспечение возможности для дальнейшего расширения сети и перехода к новым высокоскоростным технологиям. Низкая стоимость создания и сопровождения сети. Удобное управление потоками сетевых данных. Также следует учитывать : Имеющуюся кабельную систему и оборудование. Физическое размещение устройств. Размеры планируемой сети. Объем и тип информации для совместного использования. Топология сетей
В компьютерных сетях используют как индивидуальные линии связи между узлами, так и разделяемые (shared), когда одна линия связи попеременно используется несколькими устройствами. При использовании разделяемых линий связи (их также называют «разделяемая среда передачи данных» ( shared media )) возникает комплекс проблем, связанных с их совместным использованием. Индивидуальные и разделяемые линии связи Коммутатор Индивидуальные линии связи Разделяемая среда Терминатор Терминатор Коммутатор
Сеть с разделяемой средой при большом количестве узлов будет работать всегда медленнее, чем аналогичная сеть с индивидуальными линиями связи, так как пропускная способность индивидуальной линии связи достается одному компьютеру, а при ее совместном использовании - делится на все компьютеры сети. Индивидуальные и разделяемые линии связи
С сетевой топологией связано понятие метода доступа к среде передачи. Для управления доступом и уменьшения конфликтов разработано много методов и технологий. Множественный доступ с контролем несущей/обнаружением коллизий ( Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA / CD ) – метод доступа к среде передачи, при котором все компьютеры в сети «прослушивают» кабель перед передачей данных и при обнаружении коллизии инициализируют повторную передачу пакета (через случайный промежуток времени). Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий ( Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA / CA ) – метод доступа к среде передачи, при котором используется либо доступ с квантованием времени, при котором каждый компьютер может передавать информацию только в строго определенные для него моменты времени, либо отправление запроса в сеть на получение доступа к среде. Передача маркера ( Token passing ) – метод доступа к среде передачи, при котором право передавать данные может сетевое устройство владеющее маркером. Доступ к среде передачи
При построении любой компьютерной сети используется коммуникационное или сетевое оборудование. Основной его задачей является объединение компьютеров в сеть, сегментов (подсетей) одной сети, подключение компьютерных сетей разных топологий и технологий друг к другу, увеличение расстояния передачи сигнала. Активное оборудование – это электронные и электронно-оптические устройства, обрабатывающие, формирующие, преобразующие и коммутирующие электрические и/или оптические сигналы, передавая и получая эти сигналы с использованием дополнительных источников энергии. Пассивное оборудование представляет собой сетевое оборудование, не потребляющее электричества и не вносящее изменений в сигнал на информационном уровне. Все это оборудование является частью структурированных кабельных систем. Сетевые устройства в топологии Активное : сетевые адаптеры; повторители; концентраторы; медиаконвертеры ; трансиверы; мосты; коммутаторы; точки доступа маршрутизаторы. Пассивное : кабели; разъемы для кабелей; патч-панели ; монтажные шкафы; стойки. Сетевое оборудование
Сетевой адаптер Для подключения компьютера к сети используется сетевой адаптер ( Network Interface Card, NIC ). Он позволяет компьютеру подключаться к сети и взаимодействовать с другими устройствами. Сетевой адаптер выполняет функции физического и канального уровней модели OSI. Он хранит уникальный физический адрес (МАС-адрес), который позволяет уникально идентифицировать каждый узел в данном сегменте сети. Сетевые устройства в топологии Точка доступа Сетевой адаптер
Медиаконвертер Медиаконвертер ( Mediaconverter ) — это устройство физического уровня модели OSI, преобразующее среду распространения сигнала из одного типа в другой. Сетевые устройства в топологии Коммутатор Коммутатор Медиаконвертер Оптический кабель Медный кабель
Повторитель Простейшим из сетевых устройств является повторитель ( repeater ) – это устройство физического уровня модели OSI, используемое для соединения сегментов среды передачи данных с целью увеличения общей длины сети. Повторитель принимает сигналы из одного сегмента сети, усиливает их, восстанавливает синхронизацию и передает в другой сегмент сети. Сетевые устройства в топологии Повторитель
Концентратор Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов сети, называется концентратором ( concentrator ) или хабом ( hub ). Концентратор устройство физического уровня. Он принимает, усиливает и ретранслирует сигнал пришедший с одного из своих портов, на другие свои порты. Концентратор всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменения ее логическую топологию. Сетевые устройства в топологии
Мост Мост ( bridge ) – это устройство канального уровня модели OSI, которое соединяет между собой два сегмента локальной сети. Мост передает информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если МАС-адрес компьютера назначения принадлежит другому сегменту. Мост изолирует трафик одного сегмента от трафика другого, повышая общую производительность передачи данных в сети. Мост Порт 1 Порт 2 Сегмент 1 Сегмент 2 1 2 3 4 МАС-адрес Порт 1 1 2 1 3 2 4 2 Сетевые устройства в топологии
Коммутатор Коммутатор ( switch ) – это устройство канального уровня модели OSI, которое предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети. Коммутатор – многопортовый мост. Строит таблицу коммутации, устанавливающую связь между портами и МАС-адресами, подключенных к ним устройств. Одновременно устанавливает несколько соединений между разными парами портов ( микросегментация ). Сетевые устройства в топологии
Коммутатор Коммутатор передает кадры через все порты: Если в таблице коммутации отсутствует запись соответствия МАС-адреса устройства и порта коммутатора; если МАС-адрес назначения широковещательный, т.е. кадр предназначен всем узлам сети. В этом случае говорят, что коммутатор образует широковещательный домен ( broadcast domain ) DA=FFFFFFFFFFFF Широковещательный домен
Маршрутизатор Маршрутизатор ( router ) – это устройство сетевого уровня модели OSI, пересылающее пакеты данных между различными сегментами сети (подсетями) и принимающее решения на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором. Маршрутизаторы часто применяются для связи локальных сетей разных типов и для подключения локальных сетей к глобальным. Интернет Маршрутизатор IP: 192.168.100.1 IP: 192.168.125.1 IP: 125.1.10.1 1 2 3 4 IP: 192.168.130.1 192.168.100.0/24 IP: 192.168.125.0/24 IP: 192.168.130.0/24 Сетевые устройства в топологии Подсеть
Шлюз Под шлюзом понимается любое устройство, соединяющие разные сетевые архитектуры. Шлюз должен не только иметь разные физические порты, но и понимать «разные» протоколы. Примером шлюза может служить беспроводной ADSL -маршрутизатор. Беспроводной 4-х портовый ADSl- маршрутизатор ADSL
Соответствие функций коммуникационного оборудования модели OSI
Выводы: Базовыми физическими топологиями являются: «шина», «кольцо», «звезда». Наиболее распространенная топология при построении локальных сетей – «звезда» или гибридная топология типа «дерево». Логическая топология описывает способы взаимодействия узлов и характер распространения сигналов по сети рамках физической топологии. Для компьютерных сетей характерны как индивидуальные линии связи, так и разделяемые. Существуют три основных метода доступа к среде: множественный доступ с контролем несущей/обнаружением коллизий, множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий, передача маркера. При построении сетей используется следующее оборудование: сетевые адаптеры, медиаконвертеры, коммутаторы, маршрутизаторы.
