Вид компьютерной сети кольцо. Кольцевая сеть

29.03.2019

Знаете ли Вы, в чем ложность понятия "физический вакуум"?

Физический вакуум - понятие релятивистской квантовой физики, под ним там понимают низшее (основное) энергетическое состояние квантованного поля, обладающее нулевыми импульсом, моментом импульса и другими квантовыми числами. Физическим вакуумом релятивистские теоретики называют полностью лишённое вещества пространство, заполненное неизмеряемым, а значит, лишь воображаемым полем. Такое состояние по мнению релятивистов не является абсолютной пустотой, но пространством, заполненным некими фантомными (виртуальными) частицами. Релятивистская квантовая теория поля утверждает, что, в согласии с принципом неопределённости Гейзенберга, в физическом вакууме постоянно рождаются и исчезают виртуальные, то есть кажущиеся (кому кажущиеся?), частицы: происходят так называемые нулевые колебания полей. Виртуальные частицы физического вакуума, а следовательно, он сам, по определению не имеют системы отсчета, так как в противном случае нарушался бы принцип относительности Эйнштейна, на котором основывается теория относительности (то есть стала бы возможной абсолютная система измерения с отсчетом от частиц физического вакуума, что в свою очередь однозначно опровергло бы принцип относительности, на котором постороена СТО). Таким образом, физический вакуум и его частицы не есть элементы физического мира, но лишь элементы теории относительности, которые существуют не в реальном мире, но лишь в релятивистских формулах, нарушая при этом принцип причинности (возникают и исчезают беспричинно), принцип объективности (виртуальные частицы можно считать в зависимсоти от желания теоретика либо существующими, либо не существующими), принцип фактической измеримости (не наблюдаемы, не имеют своей ИСО).

Когда тот или иной физик использует понятие "физический вакуум", он либо не понимает абсурдности этого термина, либо лукавит, являясь скрытым или явным приверженцем релятивистской идеологии.

Понять абсурдность этого понятия легче всего обратившись к истокам его возникновения. Рождено оно было Полем Дираком в 1930-х, когда стало ясно, что отрицание эфира в чистом виде, как это делал великий математик, но посредственный физик , уже нельзя. Слишком много фактов противоречит этому.

Для защиты релятивизма Поль Дирак ввел афизическое и алогичное понятие отрицательной энергии, а затем и существование "моря" двух компенсирующих друг друга энергий в вакууме - положительной и отрицательной, а также "моря" компенсирующих друг друга частиц - виртуальных (то есть кажущихся) электронов и позитронов в вакууме.

Но имеет два конструктивных отличия:

Сеть замкнута в кольцо - таким образом не требуются терминаторы;
- один из компьютеров сети создает "маркер", который передаётся от компьютера к компьютеру. Транспортный протокол, на основе которого как правило функционирует такая сеть, называется Token Ring .

Что такое маркер?

Маркер - это трехбайтовый фрейм, который передается от одного узла сети другому. Различают два режима работы сети с маркером: нормальный (скорость передачи данных в сети до 4 мбит/с) и с быстрым освобождением маркера (скорость передачи данных до 16 мбит/с). Эксперименты с внедрением этой технологии в 100 мегабитную сеть провалились, поэтому со временем от этой технологии отказались и в настоящий момент она является устаревшей и вряд ли когда-то встретится на вашем жизненном пути.

Для чего служит маркер?

Для того, чтобы не забивать сеть излишним транзитным трафиком и избежать коллизий вводится маркер. Принцип действия такой: начать передачу данных другому хосту в сети может только тот компьютер, который получил маркер. Если компьютер, получивший маркер, не ведёт передачу данных, то маркер переходит к следующему компьютеру. Остальные компьютеры сети, которые в данный момент не имеют маркера, являются слушателями. Исключением из этого правила являются сети, работающие в режиме быстрого освобождения маркера. В этих сетях компьютер, начавший передачу, сразу же генерирует свободный маркер.

Компьютер, получивший маркер и имеющий информацию для передачи, меняет один бит в маркере и запускает стартовый пакет, который летит к точке назначения. Пролетев круг, маркер, либо следующий пакет данных возвращается к отправляющей станции. При этом, отправляющая станция может проверить информацию из вернувшегося пакета и проверить, был ли доставлен пакет получателю. После этого пакет уничтожается.

Технология Token Ring имела и своих поклонников и своих противников, впрочем, она, как и любая другая технология, имеет свои плюсы и минусы.

Более высокая надежность передачи данных, т.к. сеть используется более "организовано" и не возникает коллизий;
- низкая стоимость прокладки, хотя кабеля требуется уже больше;
- при выходе из строя одного узла сети - остальные узлы продолжают полноценно работать (если не произошло повреждение кабеля).

Тема 1.4: Основы локальных сетей

Тема 1.5: Базовые технологии локальных сетей

Тема 1.6: Основные программные и аппаратные компоненты ЛВС

Локальные сети

1.4. Основы локальных сетей

1.4.3. Сетевые топологии

Все компьютеры в локальной сети соединены линиями связи. Геометрическое расположение линий связи относительно узлов сети и физическое подключение узлов к сети называется физической топологией. В зависимости от топологии различают сети: шинной, кольцевой, звездной, иерархической и произвольной структуры.

Различают физическую и логическую топологию. Логическая и физическая топологии сети независимы друг от друга. Физическая топология - это геометрия построения сети, а логическая топология определяет направления потоков данных между узлами сети и способы передачи данных.

В настоящее время в локальных сетях используются следующие физические топологии:

физическая "шина" (bus);
физическая “звезда” (star);
физическое “кольцо” (ring);
физическая "звезда" и логическое "кольцо" (Token Ring).

Шинная топология

Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема (Т - коннектор). Данные от передающего узла сети передаются по шине в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов. Терминаторы предотвращают отражение сигналов, т.е. используются для гашения сигналов, которые достигают концов канала передачи данных.

Таким образом, информация поступает на все узлы, но принимается только тем узлом, которому она предназначается. В топологии логическая шина среда передачи данных используются совместно и одновременно всеми ПК сети, а сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления по среде передачи. Так как передача сигналов в топологии физическая шина является широковещательной, т.е. сигналы распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

Рис. 1.

Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой Ethernet (классы 10Base-5 и 10Base-2 для толстого и тонкого коаксиального кабеля соответственно).

Преимущества сетей шинной топологии:

отказ одного из узлов не влияет на работу сети в целом;
сеть легко настраивать и конфигурировать;
сеть устойчива к неисправностям отдельных узлов.

Недостатки сетей шинной топологии:

разрыв кабеля может повлиять на работу всей сети;
ограниченная длина кабеля и количество рабочих станций;
трудно определить дефекты соединений.

Топология типа “звезда”

В сети построенной по топологии типа “звезда” каждая рабочая станция подсоединяется кабелем (витой парой) к концентратору или хабу (hub) . Концентратор обеспечивает параллельное соединение ПК и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом.

Рис. 2.

Данные от передающей станции сети передаются через хаб по всем линиям связи всем ПК. Информация поступает на все рабочие станции, но принимается только теми станциями, которым она предназначается. Так как передача сигналов в топологии физическая звезда является широковещательной, т.е. сигналы от ПК распространяются одновременно во все направления, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

Данная топология применяется в локальных сетях с архитектурой 10Base-T Ethernet.

Преимущества сетей топологии звезда:

легко подключить новый ПК;
имеется возможность централизованного управления;
сеть устойчива к неисправностям отдельных ПК и к разрывам соединения отдельных ПК.

Недостатки сетей топологии звезда:

отказ хаба влияет на работу всей сети;
большой расход кабеля.

Топология “кольцо”

В сети с топологией кольцо все узлы соединены каналами связи в неразрывное кольцо (необязательно окружность), по которому передаются данные. Выход одного ПК соединяется со входом другого ПК. Начав движение из одной точки, данные, в конечном счете, попадают на его начало. Данные в кольце всегда движутся в одном и том же направлении.

Рис. 3.

Принимающая рабочая станция распознает и получает только адресованное ей сообщение. В сети с топологией типа физическое кольцо используется маркерный доступ, который предоставляет станции право на использование кольца в определенном порядке. Логическая топология данной сети - логическое кольцо. Данную сеть очень легко создавать и настраивать.

К основному недостатку сетей топологии кольцо является то, что повреждение линии связи в одном месте или отказ ПК приводит к неработоспособности всей сети.

Как правило, в чистом виде топология “кольцо” не применяется из-за своей ненадёжности, поэтому на практике применяются различные модификации кольцевой топологии.

Топология Token Ring

Эта топология основана на топологии "физическое кольцо с подключением типа звезда". В данной топологии все рабочие станции подключаются к центральному концентратору (Token Ring) как в топологии физическая звезда. Центральный концентратор - это интеллектуальное устройство, которое с помощью перемычек обеспечивает последовательное соединение выхода одной станции со входом другой станции.

Другими словами с помощью концентратора каждая станция соединяется только с двумя другими станциями (предыдущей и последующей станциями). Таким образом, рабочие станции связаны петлей кабеля, по которой пакеты данных передаются от одной станции к другой и каждая станция ретранслирует эти посланные пакеты. В каждой рабочей станции имеется для этого приемо-передающее устройство, которое позволяет управлять прохождением данных в сети. Физически такая сеть построена по типу топологии “звезда”.

Концентратор создаёт первичное (основное) и резервное кольца. Если в основном кольце произойдёт обрыв, то его можно обойти, воспользовавшись резервным кольцом, так как используется четырёхжильный кабель. Отказ станции или обрыв линии связи рабочей станции не вличет за собой отказ сети как в топологии кольцо, потому что концентратор отключет неисправную станцию и замкнет кольцо передачи данных.

Рис. 4.

В архитектуре Token Ring маркер передаётся от узла к узлу по логическому кольцу, созданному центральным концентратором. Такая маркерная передача осуществляется в фиксированном направлении (направление движения маркера и пакетов данных представлено на рисунке стрелками синего цвета). Станция, обладающая маркером, может отправить данные другой станции.

Для передачи данных рабочие станции должны сначала дождаться прихода свободного маркера. В маркере содержится адрес станции, пославшей этот маркер, а также адрес той станции, которой он предназначается. После этого отправитель передает маркер следующей в сети станции для того, чтобы и та могла отправить свои данные.

Один из узлов сети (обычно для этого используется файл-сервер) создаёт маркер, который отправляется в кольцо сети. Такой узел выступает в качестве активного монитора, который следит за тем, чтобы маркер не был утерян или разрушен.

Преимущества сетей топологии Token Ring:

топология обеспечивает равный доступ ко всем рабочим станциям;
высокая надежность, так как сеть устойчива к неисправностям отдельных станций и к разрывам соединения отдельных станций.

Недостатки сетей топологии Token Ring: большой расход кабеля и соответственно дорогостоящая разводка линий связи.

Кольцевая сеть — это сеть которая состоит из двух или более сетевых устройств, которые соединены друг с другом физически или логически, так что они образуют цепочку устройств, причем последнее устройство в цепи подключается к первому устройству. Кольцевая сеть типично спроектирована как топологии одиночного-кольца или двойного-кольца. В разработке также находятся технологии с несколькими кольцами, включающими два или более параллельных кольца.
Сети обычно характеризуются двумя способами: физически и логически. Термин “физическая топология” описывает способ устройства быть физически подключенными вместе, поэтому физическая топология сети кольцо и физические устройства соединены вместе, чтобы сформировать кольцо. Логическое представление топологии связано с потоками информации. В логической перспективе, кольцевая топология сети может иметь устройства физически подключенными вместе, как топология сети звезда, сеть для передачи данных или древовидная сеть, но информация течет от устройства к устройству, как если бы они были связаны в физическом кольце. Например, сеть может быть физически организована как сеть звезда, но информация может передаваться от устройства к устройству, как если бы это была кольцевая сеть.

Одним из основных недостатков одиночной кольцевой сети является то, что разрыв в любом месте кольца может привести к полному сбою потока информации. Для того чтобы помочь предотвратить нарушения этой природы, создают второе параллельное counter-rotating кольцо которое можно добавить и которое посылает информацию в противоположном направлении. Этот тип избыточной сети называется двойной кольцевой сетью. Если одно из колец в двойной кольцевой сети страдает от повреждением, информация всё ещё может достигнуть всех устройств с помощью неповрежденного альтернативного пути.

Второй недостаток кольцевых сетей заключается в том, что информация перемещается медленнее, потому что данные должны проходить через каждое устройство, когда она пробивается через сеть. Несмотря на это ограничение, кольцевая топология всё ещё существует в волоконно-оптических сетях, таких как волоконно распределенном интерфейсе данных (сети fddi) сетей, синхронных оптических сетях (сонет) и сетях синхронной цифровой иерархии (СЦИ). Когда эти высокоскоростные сети включают физическую двойную кольцевую топологию, они тем самым извлекают выгоду от резервирования, обеспеченного этим типом топологии.

Ring networks впервые стала популярной в 1980-х годах, когда топологии логической кольцевой сети были использованы в технологии token ring. Ограничения, присущие кольцевой сети, наряду с проблемами совместимости между маркерным кольцом и другими протоколами, в значительной степени были заменены новыми транспортными методами передачи данных, такими как локальные сети. Несмотря на то, что Ethernet всё чаще продолжает вытеснять протоколы, используемые в волоконно-оптических кольцевых сетях, использование кольцевой сети и разработка для высокоскоростной передачи данных продолжаются.

Топология сети — это физический и логический способ объединения группы компьютеров в единую сеть. Наиболее распространённая -"шина", "звезда", "кольцо". Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки и используется в зависимости от ситуации. Все они так или иначе применяются в построении современных локальных сетей. Давайте рассмотрим их ключевые особенности, узнаем сильные и слабые стороны каждой из них.

"Шина"

Этот вид организации локальной сети предусматривает использование единственного кабеля, при помощи которого объединяются между собой все использующиеся рабочие станции. Каждая из них передаёт сигнал всем компьютерам, подключённым к линии, но принимает данные лишь тот, адрес которого обозначен в пакете. Остальные просто игнорируют полученную информацию.

В топологии "общая шина" обязательно используются терминаторы, которые находятся на концах основного кабеля и глушат сигналы, попадающие к ним, дабы избежать их отражения. Без этих устройств в такой сети неизбежно возникали бы коллизии, из-за которых нормальная работа была бы невозможна. Конечно, коллизии всё равно возникают, но благодаря терминаторам их количество минимально. Если это всё-таки произошло, то станция просто отправляет пакет заново через случайный промежуток времени, определяемый алгоритмом.

Достоинства топологии "шина"

Данная организация сети имеет ряд преимуществ перед другими способами. Среди них — низкая стоимость конструкции и простота её создания. Организовать такую локальную сеть достаточно просто, нужно лишь протянуть "общую шину" и подключить к ней компьютеры через специальные разъёмы. Эта топология предполагает малый расход так как используются лишь небольшие его отрезки, соединяющие "шину" с рабочей станцией.

Имеет смысл использовать "общую шину" в небольших офисах или, наоборот, на магистралях, соединяющих несколько сетей вместе. Одно из преимуществ этой топологии в том, что при поломке одной из рабочих станций работоспособность сети не нарушается. Остальные ее участники могут продолжить свою работу как ни в чём не бывало. При подключении нового компьютера нет нужды останавливать работу сети, что также является бесспорным плюсом "общей шины".

Недостатки "общей шины"

Недостатки этой топологии обусловлены теми же причинами, что и её достоинства. Например, соединение всех компьютеров одним кабелем существенно снижает надёжность сети. Обрыв "шины" в любом месте положит конец всей системе. При этом в сетях с такой топологией очень трудно диагностировать неисправность. Ещё один минус "шины" состоит в её низкой производительности. Все данные такой сети проходят по одному кабелю. Это делает невозможным работу на больших скоростях.

Ещё один камень в огород "общей шины" — зависимость скорости работы от количества компьютеров в сети. Так как рабочим станциям приходится общаться по одному каналу связи, то чем больше компьютеров будет подключено к такой сети, тем ниже будет скорость её работы. То есть "общая шина" хорошо подходит для небольшого количества узлов, которым не требуется серьёзный уровень безопасности. Ведь с безопасностью у этого вида топологии также есть проблемы. Дело в том, что каждый клиент в подобной сети имеет доступ к информации остальных компьютеров.

Топология "кольцо"

Этот вид организации локальной сети устроен так, что каждый компьютер в нём соединён со следующим, пока цепь не замкнётся, образовав кольцо. Сигнал в такой сети проходит в одну сторону, от одного компьютера к другому, пока не достигнет адресата. Для определения рабочей станции, которая передаёт информацию в данный момент, используется маркер. Компьютеры передают его по очереди до тех пор, пока он не попадёт к узлу, желающему отправить данные. Тогда он отправляет информацию пакетами, один за другим, не дожидаясь подтверждения о доставке. Рабочая станция, получающая данные, в свою очередь, отправляет отчёт о получении пакета. После получения подтверждения о доставке компьютер отправляет маркер дальше по кругу, чтобы кто-то другой смог им воспользоваться. Таким незатейливым образом организована топология сети "кольцо". У такой конструкции есть как достоинства, так и недостатки.

Плюсы "кольца"

Топологии - в её простоте. Такую сеть очень просто реализовать, и она не требует серьёзных расходов на кабель. Сетевой шнур нужен лишь для прокладки от одного компьютера к другому, дополнительные затраты отсутствуют. Также в "кольце" можно добиться высокой скорости передачи данных, ведь для отправки пакета не нужно дожидаться отчёта о доставке.

Ещё один плюс сетей с подобной организацией — они могут иметь большую протяжённость. При этом нет нужды усиливать сигнал с помощью дополнительного оборудования, так как каждая рабочая станция обновляет и восстанавливает данные сама. Но за простотой и дешевизной этой топологии скрываются недостатки, сделавшие её применение очень ограниченным.

Топология "кольцо": недостатки

При организации сети такого типа нужно помнить, что её надёжность оставляет желать лучшего. Причина этого в том, что работоспособность ее зависит от каждого компьютера, который в неё входит. То есть, если одна из рабочих станций ломается, то вся сеть прекращает функционировать. Топология "кольцо" также предполагает, что для подключения нового компьютера нужно полностью остановить работу сети, а это очень неудобно как для администратора, так и для пользователей.

Ещё одна причина не использовать эту топологию — низкая производительность при большом количестве рабочих станций. Так как данные постоянно идут по кругу, то каждый новый клиент в сети замедляет её работу. Более того, один старый компьютер способен сделать сеть типа "кольцо" невероятно медленной, независимо от скорости остальных членов кольца. Всё это существенно ограничивает применение этой топологии в современных сетях, но в некоторых случаях её использование оправдано.

"Звезда"

Наверное, самая распространённая топология сети — "звезда". "Кольцо", рассмотренное выше, используется гораздо реже, да и "общая шина" тоже. В сети с топологией "звезда" рабочие станции напрямую подключены к концентратору. Этот важный элемент сети может быть как активным, восстанавливающим сигнал, так и пассивным, который просто обеспечивает физическое соединение кабеля. Сервер также подключён к концентратору, как и другие компьютеры, что делает связь между ними предельно простой.

Обычно размер сети с топологией "звезда" ограничен только количеством портов на хабе, но теоретически их не может быть более 1024, хотя трудно представить концентратор с таким количеством портов. Через хаб проходит весь трафик в сети типа "звезда", так что от этого устройства целиком и полностью зависит надёжность и работоспособность всей системы.

Плюсы топологии "звезда"

Если вам нужно построить быструю и надёжную сеть, то отличный выбор — топология "звезда". "Кольцо" или "общая шина" также могут быть использованы на некоторых участках сети. Плюсы "звезды" - в её надёжности и простоте. К каждой рабочей станции идёт отдельный сетевой кабель, что весьма удобно и практично. Благодаря этому в такой сети очень просто находить и исправлять неполадки, да и её обслуживание отнимает куда меньше времени и нервов. При подключении новых компьютеров к сети типа "звезда" она сохраняет свою работоспособность в отличие от других вариантов построения. Например, топология "кольцо" не может похвастать подобной гибкостью.

Скорость в сети с топологией "звезда" ограничена лишь пропускной способностью кабеля и портов концентратора. Также в такой сети отсутствуют столкновения передаваемой информации. Каждый компьютер передаёт свои данные через отдельный кабель. Если нужна большая сеть, то можно объединить несколько сетей с топологией "звезда". Несмотря на все свои достоинства, этот тип организации сетей имеет и недостатки.

Недостатки "звезды"

Если в сети с топологией "звезда" сломается концентратор, то она прекратит свою работу. Такая зависимость от одного элемента системы существенно снижает надёжность сети. Ещё одна проблема — дороговизна установки. Для каждой рабочей станции выделен собственный кабель, который требуется провести и закрепить. Так что к цене кабеля можно прибавить стоимость коммуникаций и коробов для него, и получится, что "звезда" обойдётся гораздо дороже, чем, например, топология "кольцо".

Ещё один недостаток топологии "звезда" — максимальная длина кабеля до рабочей станции. Она не должна превышать 100 м, в противном случае сигнал будет ослабевать и искажаться. Следовательно, радиус покрытия такой сети не превышает 200х200 метров. Для дальнейшего расширения нужно будет добавлять в сеть дополнительные концентраторы.

Комбинирование топологий

Итак, вы ознакомились со всеми вариантами, но так и не решили, какая вам нужна топология — "шина", "звезда", "кольцо"? Это неудивительно, так как современные сети зачастую требуют комбинирования топологий. Например, несколько серверов могут быть объединены в "общую шину", но от каждого из них будет разветвляться сеть с топологией "звезда". В зависимости от решаемой задачи устройство локальной сети может быть самым разнообразным. Можно встретить такие варианты, в которых каждый компьютер соединён с каждым, хотя это большая редкость. Ещё один интересный вариант — два "кольца", имеющие один общий компьютер.

На предприятиях часто можно встретить разные топологии в рамках одного здания. Вся сеть может быть построена в виде "звезды", но в отдельных кабинетах организована топология "кольцо" или "общая шина". В крупных сетях совмещение разных видов нередко является единственным вариантом решения поставленной задачи. Ведь, в конце концов, неважно, что у вас — "звезда", "кольцо", "шина". Топология сети нужна лишь для решения практических задач. Ваша сеть работает стабильно и решает все возложенные на неё задачи? Тогда неважно, какая топология использовалась при её создании.