Первая страница
Наша команда
Контакты
О нас

    Головна сторінка



Тема Топології комп’ютерних мереж

Скачати 106.54 Kb.

Тема Топології комп’ютерних мереж




Скачати 106.54 Kb.
Дата конвертації28.05.2017
Розмір106.54 Kb.

Тема 2. Топології комп’ютерних мереж



Мета теми – розглянути базові топології комп'ютерних мереж; розглянути основні методи доступу до середовища.

Ключові поняття: топології комп'ютерних мереж; методи доступу до середовища.
Топології комп’ютерних мереж

При організації комп'ютерної мережі дуже важливим є вибір топології, тобто компонування мережевого обладнання і кабельної інфраструктури.

Ка́бель (рос. кабель, англ. cable, нім. kabel) - один чи більше ізольованих проводів (провідників), поміщених у оболонку, поверх якої залежно від умов прокладання та експлуатації може видозмінюватись захисне покриття, у яке може входити броня (див. кабель броньований)
Мереже́ве обла́днання - пристрої, необхідні для роботи комп'ютерної мережі, наприклад: маршрутизатор, комутатор, концентратор, патч-панель та ін. Зазвичай розрізняють активне та пасивне мережеве обладнання.
Потрібно обрати таку топологію, яка забезпечила б надійну й ефективну роботу мережі, зручне керування потоками мережевих даних. Бажано також, щоб мережа за вартістю створення й супроводу вийшла недорогою, але, у той же час, залишалися можливості для її подальшого розширення, також бажано, щоб залишилися можливості для переходу до більш швидкісних технологій зв'язку.
Інформаці́йні техноло́гії, ІТ (використовується також загальніший / вищий за ієрархією термін інформаційно-комунікаційні технології (Information and Communication Technologies, ICT) - сукупність методів, виробничих процесів і програмно-технічних засобів, інтегрованих з метою збирання, опрацювання, зберігання, розповсюдження, показу і використання інформації в інтересах її користувачів.
Пра́ця - цілеспрямована діяльність людей зі створення матеріальних і духовних благ, необхідних для задоволення потреб кожного індивіда і суспільства в цілому.
Можливість - це дія, що може відбутися або ні (можливо, приїду, а, можливо, і ні). Можливість можна забезпечити чи покладатись на «авось» та якось буде. Альтернатива дає шанс, але не гарантує без відповідних дій забезпечення результату і адекватності та конструктиву діяльності.

Вибір потрібної топології є складним завданням, для рішення якого необхідно знати види топологій, їхні переваги та недоліки.

Задача - проблемна ситуація з чітко визначеною метою, яку необхідно досягти; в більш вузькому сенсі задачею називають також цю саму мету, що дана в рамках проблемної ситуації, тобто те, що необхідно виконати.
Необхідність - система зв'язків і відносин, що зумовлює зміну, поступальний рух, розвиток у жорстко визначеному напрямку з жорстко визначеними результатами. Іншими словами, необхідність - це такий зв'язок, що обов'язково призводить до певної події.


Базові мережеві топології

Існує три базові топології, на основі яких будується переважна більшість мереж: шина, зірка, кільце.

Більшість - велика частина чого-небудь, або кількісне переважання прихильників якоїсь ідеї чи рішення над їхніми противниками. Вважається найпершою засадою демократичного способу прийняття спільних рішень, головною й необхідною умовою обрання кандидата на виборну посаду.



«Шина» (Bus). У цій топології усі комп’ютери з’єднуються один з одним кабелем (рис. 1). Послані в таку мережу дані передаються всім комп'ютерам, але обробляє їх лише той комп'ютер, апаратна МAC-адреса якого записана у кадрі як адреса одержувача.

Рисунок 1 – Мережа з топологією «шина»


Ця топологія дуже проста в реалізації і дешева (вимагає найменше кабелю), однак має ряд істотних недоліків:

  1. Такі мережі важко розширити (збільшити число комп’ютерів у мережі та кількість сегментів – окремих відрізків кабелю, що їх з’єднує);

  2. Оскільки шина використовується спільно, у кожний момент часу передачу може вести тільки один з комп'ютерів.
    Про́даж - це оплатна передача майна однією особою у власність іншій особі.
    Кількість - в Арістотелівській логіці друга з 10 категорій (класів, розрядів, які спрощують процес розумового визначення будь-якої речі), побічна обставина матеріальних речей , за допомогою якої вони поширюються в просторі, вимірюються якоюсь математичною нормою і здатні бути поділеними на окремі частини.
    Момент часу - точка на часовій осі. Про події, що відповідають одному моменту часу, говорять як про одночасні.
    Якщо передачу одночасно починають два або більше комп'ютерів, виникає викривленість сигналу (зіткнення, або колізія), що приводить до пошкодження всіх кадрів. У цьому випадку комп'ютери змушені припиняти передачу, а потім по черзі ретранслювати дані. Вплив зіткнень тим помітніший, чим вищий обсяг переданої мережею інформації та чим більше комп'ютерів, підключених до шини. Ці два фактори знижують як максимально можливу, так і загальну продуктивність мережі, сповільнюючи її роботу;

  3. «Шина» є пасивною топологією – комп'ютери тільки «прослуховують» кабель і не можуть відновлювати при передачі мережею сигнали, що затухають. Щоб подовжити мережу, потрібно використовувати повторювачі (репітери), що підсилюють сигнал перед його передачею в наступний сегмент;

  4. Надійність мережі з топологією «шина» низька. Коли електричний сигнал досягає кінця кабелю, він, якщо не вжити спеціальних заходів, відбивається, порушуючи роботу всього сегмента мережі.
    Електричний сигнал - сигнал у вигляді електричного діяння, дієвою величиною якого є сила струму або напруга;
    Щоб запобігти такому відбиттю сигналів, на кінцях кабелю встановлюються спеціальні резистори (термінатори), що поглинають сигнали. Якщо ж у будь-якому місці кабелю виникає обрив – наприклад, при порушенні цілісності кабелю або просто при від'єднанні конектору, – то виникають два незатермінованих сегменти, на кінцях яких сигнали починають відбиватися, і вся мережа перестає працювати.

Проблеми, характерні для топології «шина», привели до того, що ці мережі, настільки популярні ще декілька десятків років тому, зараз вже практично не використовуються.
Популярність (від лат. populares, від populus - народ) - висока ступінь популярності чогось або когось у певній галузі. На виникнення популярності в деяких випадках впливає мода, і навпаки. Так само, як і мода, популярність прив'язана до певного і, як правило, невеликого відрізку часу.
Років тому - шкала часу, що широко використовується в археології, геології та інших науках для датування подій в минулому. Оскільки час відрахунку змінюється, стандартна практика пропонує використання 1950 року як еталонної точки «сучасності».


«Кільце» (Ring). У даній топології кожний з комп'ютерів з'єднується із двома іншими так, щоб від одного він одержував інформацію, а іншому передавав її (рис. 2). Останній комп'ютер підключається до першого, і кільце замикається.

Переваги топології кільце:



  1. Оскільки кабелі не мають вільних кінців, то термінатори тут не потрібні;

  2. Кожен комп’ютер виступає в ролі повторювача, підсилюючи сигнал, що дозволяє будувати мережі великого розміру;

  3. Через відсутність зіткнень топологія має високу стійкість до перевантажень, забезпечуючи при цьому ефективну роботу з великими потоками інформації, що передаються мережею.
    Театральна лабораторія «ВідСутність» - зразковий художній колектив заснований в 2010 році за ініціативи Юрія Паскара в місті Рівне. Діє на базі Рівненського міського Палацу дітей та молоді.



Рисунок 2 – Мережа з топологією «кільце»


Недоліки топології кільце:

  1. Сигнал у «кільці» повинен пройти послідовно (і тільки в одному напрямку) через усі комп'ютери, кожний з яких перевіряє, чи не йому адресована інформація, тому час передачі може бути суттєвим;

  2. Підключення до мережі нового комп’ютеру або іншого пристрою потребує зупинки роботи всієї мережі, що порушує роботу інших комп’ютерів в мережі;
    При́стрій (англ. device, appliance, нім. Vorrichtung f, Einrichtung f) - обладнання, конструктивно завершена технічна система, що має певне функціональне призначення і за допомогою якої виконується яка-небудь робота або спрощується, полегшується певний процес.


  3. Вихід з ладу хоча б одного з комп'ютерів або пристрою порушує роботу всієї мережі;

  4. Обрив або коротке замикання в будь-якому з кабелів кільця робить роботу всієї мережі неможливою;

  5. Щоб запобігти зупинці мережі при відмові комп’ютеру або обриві кабелю, як правило, прокладають два кільця, що суттєво здорожує мережу.

Активна топологія «зірка» (Active Star). Ця топологія виникла на зорі обчислювальної техніки, коли до потужного центрального комп'ютера підключалися всі інші абоненти мережі.
Електро́нна обчи́слювальна маши́на (ЕОМ) - загальна назва для обчислювальних машин, що є електронними (починаючи з перших лампових машин, включаючи напівпровідникові тощо) на відміну від електромеханічних (на електричних реле тощо) та механічних обчислювальних машин.
У такій конфігурації всі потоки даних йшли виключно через центральний комп'ютер; він же повністю відповідав за керування інформаційним обміном між усіма учасниками мережі. Конфлікти при такій організації взаємодії в мережі були неможливі, однак навантаження на центральний комп'ютер було настільки великим, що нічим іншим, крім обслуговування мережі, цей комп'ютер, як правило, не займався. Вихід його з ладу приводив до відмови всієї мережі, тоді як відмова периферійного комп'ютера або обрив зв'язку з ним на роботі мережі не позначався. Зараз такі мережі зустрічаються досить рідко.

Топологія «зірка-шина» (Star Bus). Це найпоширеніша на сьогодні топологія. Периферійні комп'ютери підключаються не до центрального комп'ютеру, а до пасивного концентратору, або хабу (hub) (рис. 3). Останній, на відміну від центрального комп'ютера, ніяк не відповідає за керування обміном даними, а виконує ті ж функції, що й повторювач, тобто відновлює вхідні сигнали й пересилає їх усім іншим підключеним до нього комп'ютерам і пристроям. Саме тому дана топологія, хоча фізично й виглядає як «зірка», логічно є топологією «шина» (цей факт відображується у її назві).

Незважаючи на значні витрати кабелю, характерні для мереж типу «зірка», ця топологія має істотні переваги перед іншими, що й обумовило її найпоширеніше застосування в сучасних мережах.

Застосунок, застосовна програма або прикладна програма (англ. application, application software, app) - користувацька комп'ютерна програма, що дає змогу вирішувати конкретні прикладні задачі користувача.

Переваги мереж типу «зірка-шина»:


  1. Надійність – підключення до центрального концентратора й відключення комп'ютерів від нього ніяк не відображується на роботі іншої частини мережі;
    Концентра́тор (багатопортовий повторювач; Hub; від англ. hub) - центр діяльності) - пристрій фізичного рівня, з'єднувальний компонент, до якого підключають усі комп'ютери в мережі за топологією «зірка».
    обриви кабелю впливають тільки на комп'ютери, які ним з’єднані; термінатори не потрібні;


Рисунок 3 – Мережа з топологією «зірка-шина»




  1. Легкість при обслуговуванні й усуненні проблем – усі комп'ютери й мережеві пристрої підключаються до центрального з’єднального пристрою, що суттєво спрощує обслуговування й ремонт мережі;

  2. Захищеність – концентрація точок підключення в одному місці дозволяє легко обмежити доступ до життєво важливих об'єктів мережі.

Відзначимо, що при використанні замість концентраторів більш «інтелектуального» мережевого обладнання (мостів, комутаторів і маршрутизаторів – докладніше про них буде розказано пізніше) отримуємо «проміжний» тип топології між активною й пасивною зіркою. У цьому випадку пристрій зв'язку не лише ретранслює вхідні сигнали, але й керує їх обміном.

Інші можливі мережеві топології

Реальні комп'ютерні мережі постійно розширюються і модернізуються. Тому майже завжди така мережа є гібридною, тобто її топологія являє собою комбінацію декількох базових топологій.

Маршрутиза́тор, або ро́утер (англ. router) - електронний пристрій, що використовується для поєднання двох або більше мереж і керує процесом маршрутизації, тобто на підставі інформації про топологію мережі та певних правил приймає рішення про пересилання пакетів мережевого рівня (рівень 3 моделі OSI) між різними сегментами мережі.
Гібрид (від лат. hybrida – помісь) - результат природного чи штучного схрещування між двома організмами різних таксонів.
Легко уявити собі гібридні топології, що є комбінацією «зірки» і «шини», або «кільця» і «зірки».

Однак, особливо слід виділити топологію «дерево» (Tree), яку можна розглядати як об'єднання декількох «зірок» (рис. 4). Саме ця топологія сьогодні є найбільш популярною при побудові локальних мереж.
Рисунок 4 – Мережа з топологією «Дерево»
Також виділимо повнозв′язну топологію, що відповідає мережі, у якій кожен комп’ютер мережі пов′язаний зі всіма іншими. Не дивлячись на логічну простоту, цей варіант виявляється громіздким і неефективним, оскільки кожен комп’ютер в мережі повинен мати велику кількість комунікаційних портів, достатніх для зв’язку з кожним іншим комп’ютером мережі. Саме тому повнозв′язні топології застосовуються рідко.

Комірчаста топологія (mesh) виходить з повнозв′язної шляхом видалення деяких зв’язків (рис. 5). Така топологія є дуже надійною – при обриві будь-якого каналу передача даних не припиняється, оскільки можливі декілька маршрутів доставки інформації.

Наді́йність - властивість технічних об'єктів зберігати у часі в установлених межах значення всіх параметрів, які характеризують здатність виконувати потрібні функції в заданих режимах та умовах застосування, технічного обслуговування, зберігання та транспортування.
Комуніка́ція (від лат. communicatio - єдність, передача, з'єднання, повідомлення, пов'язаного з дієсловом лат. communico - роблю спільним, повідомляю, з'єдную, похідним від лат. communis - спільний) - це процес обміну інформацією (фактами, ідеями, поглядами, емоціями тощо) між двома або більше особами, спілкування за допомогою вербальних і невербальних засобів із метою передавання та одержання інформації.
Передача даних (обмін даними, цифрова передача, цифровий зв'язок) - фізичне перенесення даних цифрового (бітового) потоку у вигляді сигналів від точки до точки або від точки до множини точок засобами електрозв'язку каналом зв'язку; як правило, для подальшої обробки засобами обчислювальної техніки.
Комірчасті топології використовуються там, де потрібно забезпечити максимальну стійкість мережі, наприклад, при об'єднанні декількох ділянок мережі великого підприємства або при підключенні до Інтернету.
Підприє́мство - самостійний суб'єкт господарювання, зареєстрований компетентним органом державної влади або органом місцевого самоврядування, для задоволення суспільних та особистих потреб шляхом систематичного здійснення виробничої, науково-дослідної, торговельної, іншої господарської діяльності в порядку, передбаченому Господарським кодексом України та іншими законами.
При цьому суттєво збільшується витрата кабелю, ускладнюється мережеве обладнання і його налаштування.

Рисунок 5 –Мережа з комірчастою топологією


Доступ до середовища передачі

З мережевою топологією тісно пов'язане поняття способу доступу до середовища передачі, під яким розуміється набір правил, що визначають, як саме комп'ютери повинні надсилати та приймати дані мережею.

Таких способів можливо декілька. Основними з них є:


  • множинний доступ з контролем несучої і виявленням зіткнень;

  • множинний доступ з контролем несучої та запобіганням зіткнень;

  • передача маркера.

При множинному доступі з контролем несучої і виявленням зіткнень (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection – CSMA/CD) усі комп'ютери (множинний доступ) «прослуховують» кабель (контроль несучої), щоб визначити, передаються по ньому дані чи ні. Якщо кабель вільний, будь-який комп'ютер може почати передачу, а всі інші комп'ютери повинні чекати, поки кабель не звільниться. Якщо комп'ютери почали передачу одночасно і виникло зіткнення, усі вони припиняють передачу (виявлення зіткнень), кожен на різні проміжки часу, після чого ретранслюють дані.

Серйозним недоліком цього способу доступу є те, що при великій кількості комп'ютерів і високому навантаженні на мережу число зіткнень зростає, а пропускна спроможність падає, іноді дуже істотно.



Однак цей метод дуже простий в технічній реалізації, тому саме він використовується в найбільш популярній сьогодні технології Ethernet. А щоб зменшити кількість зіткнень, у сучасних мережах застосовуються такі пристрої, як мости, комутатори і маршрутизатори.

Метод множинного доступу з контролем несучої і запобіганням зіткнень (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance – CSMA/CA) відрізняється від попереднього тим, що перед передачею даних комп'ютер посилає в мережу спеціальний невеликий пакет, повідомляючи іншим комп'ютерам про свій намір розпочати трансляцію. Так інші комп'ютери «дізнаються» про передачу, що дозволяє уникнути зіткнень. Звичайно, ці повідомлення збільшують загальне навантаження на мережу і знижують її пропускну здатність (через що метод CSMA/CA працює повільніше, ніж CSMA/CD), проте вони, безумовно, необхідні для роботи, наприклад, бездротових мереж.
Трансляція (від старофр. translater, від лат. translatus, прикметник минулого часу від transferre - «передавати», «переносити», передача)
Бездротова мережа - тип комп'ютерної мережі, яка використовує бездротове з'єднання для передачі даних й підключення до мережевих вузлів.


У мережах з передачею маркера (Token Passing) від одного комп'ютера до іншого по кільцю постійно курсує невеликий блок даних, який називається маркером. Якщо у комп'ютера, що отримав маркер, немає інформації для передачі, він просто пересилає його наступному комп'ютеру. Якщо ж така інформація є, комп'ютер «захоплює» маркер, доповнює його даними і відсилає все це наступному комп'ютерові по колу. Такий інформаційний пакет передається від комп'ютера до комп'ютера, поки не досягне станції призначення. Оскільки в момент передачі даних маркер у мережі відсутній, інші комп'ютери вже не можуть нічого передавати. Тому в мережах з передачею маркера неможливі ні зіткнення, ні тимчасові затримки, що робить їх дуже привабливими для використання в системах автоматизації роботи підприємств.
Автоматиза́ція - один з напрямів науково-технічного прогресу, спрямований на застосування саморегульованих технічних засобів, економіко-математичних методів і систем керування, що звільняють людину від участі в процесах отримання, перетворення, передачі і використання енергії, матеріалів чи інформації, істотно зменшують міру цієї участі чи трудомісткість виконуваних операцій.


Скачати 106.54 Kb.

  • Топології комп’ютерних мереж
  • Доступ до середовища передачі