Топология компьютерных сетей. Классификация компьютерных сетей по топологии

Топология «кольцо» - это топология, в которой каждый компьютер соединён линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передаёт. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приёмник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.
Каждый компьютер ретранслирует (возобновляет) сигнал, то есть выступает в роли повторителя, потому затухание сигнала во всём кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Чётко выделенного центра в этом случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако достаточно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надёжность сети, потому что выход его из строя сразу же парализует весь обмен.
Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совсем безболезненно, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае топологии «шина», максимальное количество абонентов в кольце может быть достаточно большое (1000 и больше). В качестве носителя в сети используется витая пара или оптоволокно. Сообщения циркулируют по кругу.
Рабочая станция может передавать информацию другой рабочей станции, только после того, как получит право на передачу (маркер), поэтому коллизии исключены. Информация передается по кольцу от одной рабочей станции к другой, поэтому при выходе из строя одного компьютера, если не принимать специальных мер выйдет из строя вся сеть.
Кольцевая топология обычно является самой стойкой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками переданной по сети информации, потому что в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды).

Отправить свою хорошую работу в базу знаний просто. Используйте форму, расположенную ниже

Студенты, аспиранты, молодые ученые, использующие базу знаний в своей учебе и работе, будут вам очень благодарны.

Размещено на http://www.allbest.ru/

ВВЕДЕНИЕ

Первичные сети связи представляют собой совокупность сетевых узлов, станций и линий передачи (точнее, линейных трактов), которые соединяют их между собой и образуют сеть типовых каналов и трактов. Разветвленный и многоуровневый характер этой сети заставляет все работы, связанные с проектированием, монтажом, настройкой, вводом в эксплуатацию, реконструкцией, модернизацией и т. п., выполнять по отдельным участкам первичной сети. Применительно к междугородной (зоновой или магистральной) первичной сети такие участки называют магистралями. В состав магистрали входят два или более сетевых узлов (станции), на которых размещается оконечное и/или транзитное оборудование нескольких систем передачи (СП), а также одна или несколько физических линий связи, на которых организованы линейные тракты этих СП. В свою очередь, линейные тракты содержат обслуживаемые или необслуживаемые усилительные (или регенерационные) пункты, пункты коррекции, ответвления и т.п. Таким образом, магистраль представляет собой достаточно сложное и дорогое устройство, имеющее важное народнохозяйственное значение для сравнительно большого региона страны.

Целью курсового проекта является оптимизация топологии сети по критерию минимальной протяженности методом ветвей и границ.

1 СРАВНИТЕЛЬНЫЙ АНАЛИЗ ТОПОЛОГИЙ СЕТЕЙ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

1.1 Этапы развития сетей

телекоммуникационный сеть протяженность топология

Различные виды электросвязи длительный период времени развивались независимо друг от друга. Каждый вид электросвязи ориентировался на создание своих каналов, систем передачи (СП) и сетей. Структура сети выбиралась в соответствии с особенностями распределения потоков сообщений, характерных для конкретного виды электросвязи. Некоторые отрасли промышленности и транспорта стали создавать свои сети, предназначенные для удовлетворения потребностей отрасли в передаче сообщений. Разобщенность технических средств не только не позволяла повысить эффективность совокупности сетей в масштабах страны, но и тормозила развитие обособленных сетей. Поэтому уже в начале 1960-х гг. стало ясно, что перспективным направлением развития сетей должно было стать объединение сетей. Было принято решение о создании ЕАСС (Единая автоматизированная сеть связи). ЕАСС базировалась на объединении разрозненных и многочисленных мелких сетей в общегосударственные сети каждого вида электросвязи, а затем в единую сеть с целью совместного использования определенных технических средств, и, в первую очередь, систем передачи и систем коммутации.

При создании ЕАСС было учтено, что определенные технические средства участвуют в процессе передачи независимо от вида сообщений, т. е. являются общими. В связи с этим вся сеть страны стала подразделяться на две взаимосвязанные составляющие:

1) первичную сеть - совокупность сетевых станций, сетевых узлов (дать определение в приложении) и соединяющих их линий передачи, которая позволяет организовывать сеть каналов передачи и групповых трактов.

Структура первичной сети учитывает административное разделение территории страны. Вся территория поделена на зоны, совпадающие, как правило, с территорией областей, краев. В соответствии с этим первичная сеть также состоит из следующих частей:

* местные первичные сети - часть сети, ограниченная территорией города или сельского района;

* зоновые первичные сети - часть сети, охватывающая территорию зоны (область, край, республика), обеспечивающая соединение между собой каналов разных местных сетей внутри одной зоны;

* магистральная первичная сеть - часть сети, соединяющая между собой каналы разных зоновых сетей на всей территории страны.

Структура первичной сети показана на рисунке 1.1.

Рисунок 1.1 - Структура первичной сети

2) вторичная сеть - совокупность технических средств, обеспечивающих передачу сообщений определенного вида, в состав которой входят: оконечные устройства, абонентские и соединительные линии, коммутационные станции, а также каналы, выделенные из первичной сети для образования вторичной.

Вторичные сети подразделяются на следующие виды:

* телефонные;

* телеграфные;

* передачи данных;

* факсимильные;

* телевизионного вещания;

* звукового вещания.

1.2 Основные способы построения телекоммуникационных сетей связи

Одним из основных требований, предъявляемых к сетям передачи индивидуальных сообщений (телефонные, телеграфные, факсимильные, передачи данных), является то, что сеть должна обеспечить каждому пользователю возможность связаться с другим пользователем. Для выполнения этого требования сеть связи строится по определенному принципу в зависимости от условий функционирования. Следовательно, сети связи могут иметь различную структуру, т. е. отличаться числом и расположением узловых и оконечных пунктов (станций), а также характером их взаимосвязи. На рисунке 1.2 показаны способы построения сетей связи.

При полносвязанном способе построения (принцип «каждый с каждым») между узлами существует непосредственная связь. Используется при небольшом количестве узлов на сети (рисунок 1.2 а).

При радиальном способе построения сети связь между узлами осуществляется через центральный узел (рисунок 1.2 б). Используется при построении сети на сравнительно небольшой территории.

На большой территории сеть связи строится по радиально-узловому способу (рисунок 1.2 в).

Кольцевой способ построения сети предусматривает возможность осуществления связи как по часовой, так и против часовой стрелки (рис. 1.2 г). В этом случае при повреждении на определенном участке сеть сохраняет свою работоспособность.

При комбинированном способе построения сети узлы на верхнем иерархическом уровне связываются по полносвязанной схеме рисунок 1.2 д). В этом случае выход одного из узлов не нарушает работу всей сети.

Рисунок 1.2 - Способы построения сетей связи

2 ПОСТРОЕНИЕ МОДЕЛИ ТОПОЛОГИИ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ СЕТИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ

Данные представляем в виде таблицы 2.1

Таблица 2.1- Расстояния между узлами проектируемой сети

Сморгонь

Островец

Плещеницы

Глубокое

Шарковщина

Молодечно

Радошковичи

Заславль

Задача коммивояжера .

Возьмем в качестве произвольного маршрута:

X 0 = (1,2);(2,3);(3,4);(4,5);(5,6);(6,7);(7,8);(8,9);(9,10);(10,11);(11,12); (12,13); (13,14); (14,15); (15,1);

Тогда F(X 0) = 56 + 31 + 32 + 80 + 27 + 77 + 80 + 29 + 155 + 87 + 66 + 21 + 43 + 17=801

3 РАЗРАБОТКА ВЫЧИСЛИТЕЛЬНОЙ ПРОЦЕДУРЫ ОПТИМИЗАЦИИ ТОПОЛОГИИ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ СЕТИ

Суть метода динамического программирования заключается в подходе к решению задачи по этапам, с каждым из которых ассоциирована одна управляемая переменная. Набор рекуррентных вычислительных процедур, связывающих различные этапы, обеспечивает получение допустимого оптимального решения задачи в целом при достижении последнего этапа.

Сморгонь

Островец

Плещеницы

Глубокое

Шарковщина

Молодечно

Радошковичи

Заславль

При решении задачи нахождения оптимального пути происходит разделение задачи на процессы (по количеству узлов), в данном случае на 15. Процесс начинается из узла № 1. Фактически не важно, откуда его начинать, все равно маршрут круговой и охватывает все узлы.

На первом этапе вычислительной процедурой будет расстояние от узла № 1 до каждого из оставшихся узлов.

№ процесса	Значение

На следующем этапе значение вычислительной процедуры принимает значение минимального расстояния в следующий (любой узел).

№ процесса	Значение 1 этапа	Значение 2 этапа

Выбирается минимум функции и осуществляется переход к следующему этапу. Следует обратить внимание, что из значений функций можно сразу убирать заведомо неправильные значения. Так же не следует учитывать значения ведущие в «обратную сторону».

4 РАЗРАБОТКА БЛОК-СХЕМЫ ПРОГРАММЫ-ОБОЛОЧКИ И БЛОК-СХЕМ ОСНОВНЫХ ПРОГРАММ-ПРОЦЕДУР ДЛЯ ОПТИМИЗАЦИИ ТОПОЛОГИИ СЕТИ

Ввиду того, что основные процедуры представляют собой рекуррентное выражение, было нецелесообразным выводить их в отдельные процедуры с составлением алгоритмов.

5 РАЗРАБОТКА И ОТЛАДКА ПРОГРАММЫ ОПТИМИЗАЦИИ ТОПОЛОГИИ СЕТИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ ПО КРИТЕРИЮ МИНИМУМА ЕЕ ПРОТЯЖЕННОСТИ

Программа разработана на языке программирования Java. Java -- объектно-ориентированный язык программирования, разрабатываемый компанией Sun Microsystems с 1991 года и официально выпущенный 23 мая 1995 года. Изначально новый язык программирования назывался Oak (James Gosling) и разрабатывался для бытовой электроники, но впоследствии был переименован в Java и стал использоваться для написания апплетов, приложений и серверного программного обеспечения

Отличительной особенностью Java в сравнении с другими языками программирования общего назначения является обеспечение высокой продуктивности программирования, нежели производительность работы приложения или эффективность использования им памяти.

В Java используются практически идентичные соглашения для объявления переменных, передачи параметров, операторов и для управления потоком выполнением кода. В Java добавлены все хорошие черты C++.

Три ключевых элемента объединились в технологии языка Java

Java предоставляет для широкого использования свои апплеты (applets) -- небольшие, надежные, динамичные, не зависящие от платформы активные сетевые приложения, встраиваемые в страницы Web. Апплеты Java могут настраиваться и распространяться потребителям с такой же легкостью, как любые документы HTML

Java высвобождает мощь объектно-ориентированной разработки приложений, сочетая простой и знакомый синтаксис с надежной и удобной в работе средой разработки. Это позволяет широкому кругу программистов быстро создавать новые программы и новые апплеты

Java предоставляет программисту богатый набор классов объектов для ясного абстрагирования многих системных функций, используемых при работе с окнами, сетью и для ввода-вывода. Ключевая черта этих классов заключается в том, что они обеспечивают создание независимых от используемой платформы абстракций для широкого спектра системных интерфейсов

Огромное преимущество Java заключается в том, что на этом языке можно создавать приложения, способные работать на различных платформах. К сети Internet подключены компьютеры самых разных типов - Pentium PC, Macintosh, рабочие станции Sun и так далее. Даже в рамках компьютеров, созданных на базе процессоров Intel, существует несколько платформ, например, Microsoft Windows версии 3.1, Windows 95, Windows NT, OS/2, Solaris, различные разновидности операционной системы UNIX с графической оболочкой X­Windows. Между тем, создавая сервер Web в сети Internet, хотелось бы, чтобы им могло пользоваться как можно большее число людей. В этом случае выручат приложения Java, предназначенные для работы на различных платформах и не зависящие от конкретного типа процессора и операционной системы.

Исходные данные программа берет из текстового файла, представляющего собой таблицу. Путь к файлу прописан в теле программы. ПО умолчанию значение равно «D:\\cites.txt». Имеет значение количества городов, в случае изменения их количества, необходимо изменить значение переменной n.

Для удобства вывода результатов в программе указано наименование городов, для их изменения также необходимо менять код программы. При не изменении названий, программа корректно работает и за основу можно взять номера городов.

Вывод результатов оптимизации производится на экран, с указанием общей протяженности маршрута.

6 РАСЧЕТ ОПТИМАЛЬНОЙ ТОПОЛОГИИ РАЗРАБАТЫВАЕМОЙ СЕТИ ТЕЛЕКОММУНИКАЦИЙ И АНАЛИЗ МОДЕЛИ ТОПОЛОГИИ СЕТИ НА ЧУВСТВИТЕЛЬНОСТЬ К ИЗМЕНЕНИЮ ПАРАМЕТРОВ

Результат работы программы представлены на рисунке 5.2. При этом результат проверен в других алгоритмах.

Схема маршрута с привязкой к карте РБ представлена на рисунке 6.1.

ЗАКЛЮЧЕНИЕ

В результате проделанной курсовой работы были получены неоценимые навыки в проектировании и оптимизации телекоммуникационных сетей. Был разработан алгоритм для программы оптимизации, реализована программа и проведена процедура оптимизации для заданной конфигурации сети. Результаты были проверены ручным вычислением. В качестве метода оптимизации структуры сети по критерию минимальной протяженности применялся метод ветвей и границ.

СПИСОК ИСПОЛЬЗУЕМЫХ ИСТОЧНИКОВ

1. Таха Х. Введение в исследование операций / пер. с англ. -М.: Вильямс, 2005.

2. Банди Б. Методы оптимизации. Вводный курс. -М.: Радио и связь, 1988.

3. Васильев Ф.В. Численные методы решения экстремальных задач. -М.: Наука, 1980.

ПРИЛОЖЕНИЕ А

ТЕКСТ ПРОГРАММЫ

import java.io.*;

import java.util.ArrayList;

import java.util.Arrays;

import java.util.List;

import java.util.StringTokenizer;

public class ShortestPathDynamicMethods {

public static int readDistancesFromFile() throws FileNotFoundException {

File f1 = new File("D:\\Cities2.txt");

BufferedReader input = new BufferedReader(new FileReader(f1));

BufferedReader input1 = new BufferedReader(new FileReader(f1));

int NUMBER_CITIES = 0;

String line = null;

while ((line = input1.readLine()) != null) {

NUMBER_CITIES++;

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

int array = new int;

String line = null;

while ((line = input.readLine()) != null) {

StringTokenizer st = new StringTokenizer(line);

while (st.hasMoreTokens()) {

String tkn = st.nextToken();

//System.out.println(tkn);

array[i][j] = Integer.parseInt(tkn);

} catch (IOException e) {

e.printStackTrace();

public static int getShortestDistance(int dist) {

List cityList = new ArrayList();

cityList.add("Ивье");

cityList.add("Ошмяны");

cityList.add("Сморгонь");

cityList.add("Островец");

cityList.add("Поставы");

cityList.add("Мядель");

cityList.add("Плещеницы");

cityList.add("Глубокое");

cityList.add("Шарковщина");

cityList.add("Воложин");

cityList.add("Логойск");

cityList.add("Молодечно");

cityList.add("Вилейка");

cityList.add("Радошковичи");

cityList.add("Заславль");

int n = dist.length;

int dp = new int[n];

for (int d: dp)

Arrays.fill(d, Integer.MAX_VALUE / 2);

for (int mask = 1; mask < 1 << n; mask += 2) {

for (int i = 1; i < n; i++) {

if ((mask & 1 << i) != 0) {

for (int j = 0; j < n; j++) {

if ((mask & 1 << j) != 0) {

dp[i] = Math.min(dp[i], dp[j] + dist[j][i]);

int res = Integer.MAX_VALUE;

for (int i = 1; i < n; i++) {

res = Math.min(res, dp[(1 << n) - 1][i] + dist[i]);

int cur = (1 << n) - 1;

int order = new int[n];

for (int i = n - 1; i >= 1; i--) {

for (int j = 1; j < n; j++) {

if ((cur & 1 << j) != 0 && (bj == -1 || dp + dist > dp[j] + dist[j])) {

cur ^= 1 << bj;

System.out.println("Порядок обхода городов: ");

for (int i = 0; i < order.length; i++)

System.out.println((i + 1) + " " + cityList.get(order[i]));

public static void main(String args) {

System.out.println("Минимальное расстояние: " + getShortestDistance(ShortestPathDynamicMethods.readDistancesFromFile()));

} catch (Exception e) {

e.printStackTrace();

Размещено на Allbest.ru

Подобные документы

Роль и общие принципы построения компьютерных сетей. Топологии: шинная, ячеистая, комбинированная. Основные системы построения сетей "Token Ring" на персональных компьютерах. Протоколы передачи информации. Программное обеспечение, технология монтажа сети.

курсовая работа , добавлен 11.10.2013


Расчет сетей с минимальной протяженностью ветвей. Модель структуры сети соединении станций по принципу "каждая с каждой". Определение числа каналов между пунктами сети. Распределение каналов по ветвям сети, обеспечивающее минимальную протяженность связей.

курсовая работа , добавлен 19.12.2013


Изучение состава и структуры междугородной телефонной сети, плана распределения каналов вторичной сети. Анализ схемы разговорного тракта между телефонными аппаратами разных местных сетей. Расчет путей, сечений и надежности коммутируемой телефонной сети.

курсовая работа , добавлен 19.03.2012


Топология сети: общее понятие и разновидности. Активные и пассивные топологии, их главные особенности. Методы расширения сети. Расширение сети с топологией "звезда", обзор основных способов. Попарное соединение устройств при организации локальной сети.

презентация , добавлен 25.10.2013


Роль компьютерных сетей, принципы построения. Протоколы передачи информации в сети ArcNet, используемые топологии и средства связи. Программное обеспечение, технология развёртки. Операционные системы компьютерных сетей. Инструкция по технике безопасности.

курсовая работа , добавлен 11.10.2013


Изучение топологии NGN сети - сети связи следующего поколения, обеспечивающей передачу всех видов медиатрафика с различными требованиями к качеству обслуживания и их поддержкой. Перспективы применения технологии NGN для построения мультисервисной сети.

курсовая работа , добавлен 25.08.2010


Современные технологии доступа в сети Интернет. Беспроводные системы доступа. Оптико-волоконные и волоконно-коаксиальные системы. Существующие топологии сетей. Выбор топологии, оптического кабеля и трассы прокладки. Экономическое обоснование проекта.

дипломная работа , добавлен 17.04.2014


Анализ способов построения телефонных сетей общего пользования. Расчет интенсивности телефонной нагрузки на сети, емкости пучков соединительных линий. Выбор структуры первичной сети. Выбор типа транспортных модулей SDH и типа оптического кабеля.

курсовая работа , добавлен 22.02.2014


Сфера применения локальных вычислительных сетей как способа соединения компьютеров. Основные топологии, применяемые при построении компьютерных сетей. Одноранговые и иерархические локальные сети. Сущность кабельных и оптоволоконных способов связи.

реферат , добавлен 12.05.2014


Основные типовые топологии вычислительных сетей, их изучение, анализ, оценка. Вывод о работе сетей с различной топологией (цепочечной, полносвязной, ячеистой, комбинированной). Преимущества и недостатки топологий, влияющих на производительность сети.

На уровне самого общего представления любая сеть состоит из совокупности пунктов и соединяющих их линий, взаимное расположение которых характеризует связность сети и способность к обеспечению информационного обмена между различными адресатами. Структура, отображающая расположение пунктов сети и связывающих их линий называетсятопологией сети. Различаютфизическую топологию илогическую .Физическая топология отображает размещение пунктов в пространстве и конфигурацию линий связи .Логическая топология дает представление о путях перемещения информационных сообщений в сети от источников к приемнникам на основе адресной информации.

Рисунок 1 . Системное описание архитектуры сети

Для исследования топологических особенностей сети ее удобно изображать в виде точек и соединяющих их дуг . Такая геометрическая фигура носит название граф. Точки в графе именуются вершинами, а дуги, если не учитывается их направленность, – ребрами. Граф является моделью топологическойструктуры информационной сети. Выбор топологии является наипервейшей задачей, решаемой при построении сети. Он осуществляется с учетом таких требований, какэкономичность инадежность связи . Задача выбора топологии сети решается сравнительно несложно, если известен набортиповых топологий (примитивов) , которые можно использовать как отдельно, так и в комбинации. Рассмотрим ряд таких типовых топологий, назовем их базовыми, и охарактеризуем их особенности.

Топология «точка –точка» является наиболее простым примером базовой топологии и представляет собой сегмент сети, связывающий физически и логически два пункта (рис 2).

Надежность связи в таком сегменте может быть повышена за счет введения резервной связи, обеспечивающей стопроцентное резервирование,

называемое защитой типа 1+1 . При выходе из строя основной связи сеть автоматически переводится на резервную. Несмотря на всю простоту, именно эта базовая топология наиболее широко используется при передаче больших потоков информации по высокоскоростным магистральным каналам, например, по трансокеанским подводным кабелям, обслуживающим цифровой телефонный трафик. Она же используется как составная часть радиально-кольцевой топологии (в качестве радиусов). Топология «точка–точка» с резервированием типа 1+1 может рассматриваться как вырожденный вариант топологии «кольцо» (см. ниже).

Древовидная топология может иметь различные варианты (рис. 3).

Рисунок 3 . Древовидная топология: а – дерево, б – звезда, в – цепь

Особенностью сегмента сети, имеющего древовидную топологию любого из перечисленных вариантов, является то, что связность n пунктов на уровне физической топологии здесь достигается числом ребер R = n – 1, что обеспечивает высокую экономичность такой сети. На логическом уровне, количество связывающих путей передачи информации между каждой парой пунктов в таком сегменте всегда равно h = 1. С точки зрения надежности, это достаточно низкий показатель. Повышение надежности в таких сетях достигается введением резервных связей (например, защиты типа 1+1). Древовидная топология находит применение в локальных сетях, сетях абонентского доступа.

Топология «кольцо» (рис. 4) характеризует сеть, в которой к каждому пункту присоединены две, и только две линии. Кольцевая топология широко используется в локальных сетях, в сегментах меж-узловых соединений территориальных сетей, а также в сетях абонентского доступа, организуемых на базе оптического кабеля.

Число ребер графа, отображающего физическую топологию, равно числу вершин: R = n и характеризует сравнительно невысокие затраты на сеть.

На логическом уровне между каждой парой пунктов могут быть организованы h = 2 независимых связывающих пути (прямой и альтернативный). Это обеспечивает повышение надежности связи в таком сегменте, особенно при использовании резервирования типа 1+1, так называемогодвойного кольца (рис. 5). Двойное кольцо образуется физическими соединениями между парами пунктов, при которых информационный поток направляется в двух противоположных направлениях (восточном и западном), причем одно направление используется как основное, второе – как резервное.

Полносвязная топология (рис. 6) обеспечивает физическое и логическое соединение пунктов по принципу «каждый с каждым». Граф, включающий n вершин, содержитR = n (n – 1)/2 ребер, что определяет высокую стоимость сети. Количество независимых связывающих путей между каждой парой пунктов в таком сегменте сети равноh = n – 1. Полносвязная топология на логическом уровне обладает максимальной надежностью связи, благодаря возможности организации большого числа обходных путей. Такая топология характерна для территориальных сетей при формировании сегментов базовых и опорных (магистральных) сетей. Максимальная надежность связи в сегменте достигается при использовании на обходных направлениях альтернативных сред распространения сигналов (например, волоконно-оптический кабель и радиорелейная линия).

Ячеистая топология (рис. 7). Каждый пункт сегмента имеет непосредственную связь с небольшим числом пунктов, ближайших по расстоянию. При большом числе вершин число реберR » r × n /2, гдеr – число ребер, инцидентных каждой вершине. Ячеистые сегменты обладают высокой надежностью связи при меньшем числе ребер по сравнению с полно-связным сегментом.

Рисунок. 7 Ячеистая топология

Использование полно-связной и ячеистой топологий целесообразно лишь в сегментах с высокой концентрацией трафика, так как их реализация связана со значительными затратами.

Сложные топологии. Реальные сети часто имеют сложные топологии, являющиеся расширениями и/или комбинациями базовых физических топологий. За счет использования сложных топологий удается обеспечивать требования красширяемости имасштабируемости сети.

Под расширяемостью понимают возможность увеличения размера сети, путем сравнительно несложного включения новых структурных элементов. Расширяемость сети, как правило, ограничена, т.к. начиная с некоторого момента добавление очередного структурного элемента приводит к резкому снижению производительности сети.

Хорошо масштабируемые сети характеризуются неограниченными возможностями по наращиванию сети, не оказывающими влияния на ее производительность . Хорошая масштабируемость является одним из важнейших требований, предъявляемых к современным сетям, особенно территориальным.

Компьютерную сеть можно разделить на две составляющие. Физическая компьютерная сеть - это, прежде всего, оборудование. То есть все требуемые кабели и адаптеры, подсоединенные к компьютерам, концентраторам, коммутаторам, принтерам и так далее. Все то, что должно работать в общей сети.

Второй составляющей компьютерной сети является логическая сеть. Это принцип подключения ряда компьютеров и нужного оборудования в единую систему (так называемая топология компьютерных сетей). Это понятие больше применимо к локальным сетям. Именно выбранная топология подключения ряда компьютеров и будет влиять на требуемое оборудование, надежность работы сети, возможность ее расширения, стоимость работ. Сейчас наиболее широко используются такие виды топологий компьютерных сетей, как «кольцо», «звезда», а также «шина». Последняя, правда, уже практически вышла из употребления.

«Звезда», «кольцо» и «шина» - это базовые топологии компьютерных сетей.

«Звезда»

Топология компьютерных сетей «звезда» - структура, центром которой служит коммутирующее устройство. Все компьютеры подсоединены к нему отдельными линиями.

Коммутирующим устройством может быть концентратор, то есть HUB, или коммутатор. Такую топологию еще именуют «пассивной звездой». Если коммутирующим устройством выступает другой компьютер или сервер, то топология может называться «активной звездой». Именно на коммутирующее устройство поступает сигнал от каждого компьютера, обрабатывается и отправляется к другим подключенным компьютерам.

У данной топологии есть ряд достоинств. Несомненным преимуществом является то, что компьютеры не зависят друг от друга. При поломке одного из них сама сеть остается в рабочем состоянии. Также к такой сети легко можно подключить и новый компьютер. При подключении нового оборудования остальные элементы сети продолжат работать в обычном режиме. В таком виде топологии сети легко находить неисправности. Пожалуй, одно из главных достоинств «звезды» - это ее высокая производительность.

Однако при всех достоинствах имеются у такого типа компьютерных сетей и недостатки. Если выйдет из строя центральное коммутирующее устройство, то перестанет работать и вся сеть. В ней есть ограничения по подключаемым рабочим станциям. Их не может быть больше имеющегося количества портов на коммутирующем устройстве. И последний недостаток сети - ее стоимость. Требуется достаточно большое количество кабеля, чтобы подключить каждый компьютер.

«Кольцо»

Топология компьютерных сетей «кольцо» не имеет структурного центра. Здесь все рабочие станции вместе с сервером объединены в замкнутый круг. В этой системе сигнал движется последовательно справа налево по кругу. Все компьютеры являются ретрансляторами, благодаря чему маркерный сигнал поддерживается и передается дальше, пока не доходит до получателя.

Данный вид топологии также имеет и преимущества, и недостатки. Главным достоинством является то, что работа компьютерной сети остается устойчивой даже при большой загруженности. Сеть этого вида очень легко устанавливается и требует минимального количества дополнительного оборудования.

В отличие от топологии «звезда», у «кольца» к парализации работы всей системы может привести сбой работы любого подключенного компьютера. Причем выявить неисправность будет гораздо сложнее. Несмотря на легкую установку данного варианта сети, ее настройка достаточно сложна, она требует наличия определенных навыков. Еще одним недостатком такой топологии является необходимость приостановки всей сети для присоединения нового оборудования.

«Шина»

Топология компьютерных сетей «шина» сейчас встречается все реже и реже. Она состоит из единой длинной магистрали, к которой подключены все компьютеры.

В этой системе, как и в других, данные отправляются вместе с адресом получателя. Получают сигнал все компьютеры, но принимает - непосредственно адресат. Рабочие станции, соединенные топологией «шина», не могут одновременно отправлять пакеты данных. Пока один из компьютеров производит это действие, остальные ждут своей очереди. Сигналы движутся по линии в обе стороны, но когда доходят до конца, отражаются и накладываются друг на друга, угрожая слаженной работе всей системы. Существуют специальные устройства - терминаторы, предназначенные для гашения сигналов. Они устанавливаются на концах магистрали.

К достоинствам топологии «шина» можно отнести то, что устанавливается и настраивается такая сеть достаточно быстро. К тому же ее установка будет довольно дешевой. Если выйдет из строя один из компьютеров, сеть продолжит работать в обычном режиме. Подключение нового оборудования можно производить в рабочем порядке. Сеть будет функционировать.

Если поврежден центральный кабель либо перестанет работать один из терминаторов, то это приведет к остановке всей сети. Найти неисправность в такой топологии достаточно сложно. Увеличение количества рабочих станций снижает производительность сети, а также приводит к задержкам при передаче информации.

Производные топологии компьютерных сетей

Классификация компьютерных сетей по топологии не ограничивается тремя базовыми вариантами. Существуют еще такие виды топологий, как "линия", "двойное кольцо", "ячеистая топология", "дерево", "решетка", "сеть клоза", "снежинка", "полносвязная топология". Все они являются производными от базовых. Рассмотрим некоторые варианты.

Малоэффективные топологии

В полносвязной топологии все рабочие станции подключены друг к другу. Такая система достаточно громоздкая и малоэффективная. Требуется выделить линию для каждой пары компьютеров. Используется такая топология только в многомашинных комплексах.

Ячеистая топология представляет собой, по сути, урезанный вариант полносвязной. Здесь также все компьютеры подсоединены друг к другу отдельными линиями.

Наиболее эффективные топологии

Топология построения компьютерных сетей под названием «снежинка» являет собой урезанный вариант «звезды». Здесь в качестве рабочих станций выступают концентраторы, соединенные между собой по типу «звезда». Этот вариант топологии считается одним из самых оптимальных для крупных локальных и глобальных сетей.

Как правило, в крупных локальных, а также в глобальных сетях имеется огромное количество подсетей, построенных на разных типах топологий. Такой вид называется смешанным. Здесь одновременно можно выделить и «звезду», и «шину», и «кольцо».

Итак, в вышеизложенной статье были рассмотрены все основные имеющиеся топологии компьютерных сетей, применяемые в локальных и глобальных сетях, их вариации, преимущества и недостатки.

При организации компьютерной сети исключительно важным является выбор топологии, т. е. компоновки сетевых устройств и кабельной инфраструктуры. Нужно выбрать такую топологию, которая обеспечила бы надежную и эффективную работу сети, удобное управление потоками сетевых данных. Желательно также, чтобы сеть по стоимости создания и сопровождения получилась недорогой, но в то же время оставались возможности для ее дальнейшего расширения и, желательно, для перехода к более высокоскоростным технологиям связи.

Все соединения с сети осуществляются посредством специальных сетевых кабелей. Основными характеристиками сетевого кабеля являются скорость передачи данных и максимально допустимая длина. Обе характеристики определяются физическими свойствами кабеля.

В качестве сетевого кабеля могут применяться и телефонные линии.

Основные типы сетевого кабеля:

Витая пара - позволяет передавать информацию со скоростью 10 Мбит/с (либо 100 Мбит/с), легко наращивается. Длина кабеля не может превышать 1000 м при скорости передачи 10 Мбит/с. Иногда используют экранированную витую пару, т. е. витую пару, помещенную в экранирующую оболочку.

Толстый Ethernet - коаксиальный кабель с волновым сопротивлением 50 Ом. Обладает высокой помехозащищенностью. Максимально доступное расстояние без повторителя не превышает 500 м, а общее расстояние сети Ethernet - около 3000м.

Тонкий Ethernet - это также 50-омный коаксиальный кабель со скоростью передачи информации в 10 Мбит/с. Соединения с сетевыми платами производятся при помощи специальных (байонетных) разъемов и тройниковых соединений. Расстояние между двумя рабочими станциями без повторителей может составлять максимум 185м, а общее расстояние по сети - 1000м.

Оптоволоконные линии - наиболее дорогой тип кабеля. Скорость передачи по ним информации достигает нескольких гигабит в секунду. Допустимое удаление более 50 км. Внешнее воздействие помех практически отсутствует.

Существует три базовые топологии , на основе которых строится большинство сетей.

1.«Шина» (Bus). В этой топологии все компьютеры соединяются друг с другом одним кабелем (Рис. 5.8). Посланные в такую сеть данные передаются всем компьютерам, но обрабатывает их только тот компьютер, аппаратный МАС-адрес сетевого адаптера которого записан в кадре как адрес получателя.

Рис 5.8. Сеть с топологией «шина»

Эта топология исключительно проста в реализации и дешева (требует меньше всего кабеля), однако имеет ряд существенных недостатков.

Недостатки сетей типа «шина»

Такие сети трудно расширять (увеличивать число компьютеров в сети и количество сегментов - отдельных отрезков кабеля, их соединяющих).

Поскольку шина используется совместно, в каждый момент времени передачу может вести только один из компьютеров . Если передачу одновременно начинают два или больше компьютеров, возникает искажение сигнала {столкновение, иликоллизия ), приводящее к повреждению всех кадров. Тогда компьютеры вынуждены приостанавливать передачу, а затем по очереди ретранслировать данные. Влияние столкновений тем заметнее, чем выше объем передаваемой по сети информации и чем больше компьютеров подключено к шине. Оба этих фактора, естественно, снижают как максимально возможную, так и общую производительность сети, замедляя ее работу.

«Шина» является пассивной топологией - компьютеры только «слушают» кабель и не могут восстанавливать затухающие при передаче по сети сигналы. Чтобы удлинить сеть, нужно использовать повторители (репитеры), усиливающие сигнал перед его передачей в следующий сегмент.

Надежность сети с топологией «шина» невысока . Когда электрический сигнал достигает конца кабеля, он (если не приняты специальные меры) отражается, нарушая работу всего сегмента сети. Чтобы предотвратить такое отражение сигналов, на концах кабеля устанавливаются специальныерезисторы (терминаторы), поглощающие сигналы. Если же в любом месте кабеля возникает обрыв - например, при нарушении целостности кабеля или просто при отсоединении коннектора, - то возникают два незатерминированных сегмента, на концах которых сигналы начинают отражаться, и вся сеть перестает работать.

Проблемы, характерные для топологии «шина», привели к тому, что эти сети, столь популярные еще десять лет назад, сейчас уже практически не используются.

2. «Кольцо» (Ring ). В данной топологии каждый из компьютеров соединяется с двумя другими так, чтобы от одного он получал информацию, а второму - передавал ее (Рис. 5.9). Последний компьютер подключается к первому, и кольцозамыкается .

Рис. 5.9. Сеть с топологией «кольцо»

Преимущества сетей с топологией «кольцо»:

поскольку у кабелей в этой сети нет свободных концов, терминаторы здесь не нужны;

каждый из компьютеров выступает в роли повторителя, усиливая сигнал, что позволяет строить сети большой протяженности;

из-за отсутствия столкновений топология обладает высокой устойчивостью к перегрузкам, обеспечивая эффективную работу с большими потоками передаваемой по сети информации

Недостатки:

сигнал в «кольце» должен пройти последовательно (и только в одном направлении) через все компьютеры, каждый из которых проверяет, не ему ли адресована информация, поэтому время передачи может быть достаточно большим;

подключение к сети нового компьютера часто требует ее остановки, что нарушает работу всех других компьютеров;

выход из строя хотя бы одного из компьютеров или устройств нарушает работу всей сети;

обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной;

чтобы избежать остановки работы сети при отказе компьютеров или обрыве кабеля, обычно прокладывают два кольца, что существенно удорожает сеть.

Здесь, так же как и для сетей с топологией «шина», недостатки несколько перевешивают достоинства, в результате чего популярные ранее кольцевые сети теперь используются гораздо реже.

3. Активная топология «звезда» (Active Star). Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда к мощному центральному компьютеру подключались все остальные абоненты сети. В такой конфигурации все потоки данных шли исключительно через центральный компьютер; он же полностью отвечал за управление информационным обменом между всеми участниками сети. Конфликты при такой организации взаимодействия в сети были невозможны, однако нагрузка на центральный компьютер была столь велика, что ничем другим, кроме обслуживания сети, этот компьютер, как правило, не занимался. Выход его из строя приводил к отказу всей сети, тогда как отказ периферийного компьютера или обрыв связи с ним на работе остальной сети не сказывался. Сейчас такие сети встречаются довольно редко.

Гораздо более распространенной сегодня топологией является похожий вариант - «звезда-шина» (Star Bus), или «пассивная звезда» (Рис. 5.10). Здесь периферийные компьютеры подключаются не к центральному компьютеру, а к пассивному концентратору, или хабу (hub). Последний, в отличие от центрального компьютера, никак не отвечает за управ¬ление обменом данными, а выполняет те же функции, что и повторитель, то есть восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их всем остальным подключенным к нему компьютерам и устройствам. Именно поэтому данная топология, хотя физически и выглядит как «звезда», логически является топологией «шина» (что и отражено в ее названии).

Рис. 5.10. Сеть с топологией «звезда-шина»

Несмотря на больший расход кабеля, характерный для сетей типа «звезда», эта топология имеет существенные преимущества перед остальными, что и обусловило ее широчайшее применение в современных сетях.

Преимущества сетей типа «звезда-шина»:

Надежность - подключение к центральному концентратору и отключение компьютеров от него никак не отражается на работе остальной сети; обрывы кабеля влияют только на единичные компьютеры;

Легкость при обслуживании и устранении проблем - все компьютеры и сетевые устройства подключаются к центральному соединительному устройству, что существенно упрощает обслуживание и ремонт сети.

Защищенность - концентрация точек подключения в одном месте позволяет легко ограничить доступ к жизненно важным объектам сети.

Отметим, что при использовании вместо концентраторов более «интеллектуальных» сетевых устройств (мостов, коммутаторов и маршрутизаторов - подробнее о них будет рассказано позже) получается «промежуточный» тип топологии между активной и пассивной звездой. В этом случае устройство связи не только ретранслирует поступающие сигналы, но и производит управление их обменом.

Другие возможные сетевые топологии

Реальные компьютерные сети постоянно расширяются и модернизируются. Поэтому почти всегда такая сеть является гибридной, т. е. ее топология представляет собой комбинацию нескольких базовых топологий. Легко представить себе гибридные топологии, являющиеся комбинацией «звезды» и «шины», либо «кольца» и «звезды».

Однако особо следует выделить топологию «дерево» (tree), которую можно рассматривать как объединение нескольких «звезд» (рис. 5.4). Именно эта топология сегодня является наиболее популярной при построении локальных сетей.

Рис. 5.11. Сеть с топологией «дерево»