LAN - особенности топологии

Введение

LAN

Local Area Network (LAN) - компьютерная сеть, сосредоточенная на относительно небольшой территории, ограниченной радиусом обычно в несколько километров (например: дом, школа, лаборатория, офис). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации.
Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры).

Основные характеристики LAN:

• высокая скорость передачи данных
• большая пропускная способность
• низкий уровень ошибок передачи
• использование качественных и хорошо защищенных линий связи (с ростом числа компьютеров стоимость может значительно увеличиться, поэтому LAN обычно содержат до нескольких десятков узлов)
• эффективный механизм управления обменом по сети
• заранее ограниченное количество компьютеров

Топология сети

Топология сети описывает конфигурацию компонентов сети и их связи. Топологическая структура сети делится на две основные категории: физическую и логическую.

• Физическая топология описывает: схему прокладки кабеля, расположение узлов и взаимосвязи между ними. Физическая топология сети определяется возможностями устройств доступа, желаемым уровнем контроля и толерантности к ошибками, а так же стоимостью всех необходимых материалов. а логическая - движение сигнала между узлами в рамках заданной физической топологии.

• Логическая топология, напротив, описывает поведение сигнала в сети или путь, которым движутся данные в сети от одного устройства к другому, независимо от их физической взаимосвязи. В многих случаях логическая топология не совпадает с физической, в том числе и потому, что она может динамически изменяться в соответствии с изменениями в конфигурации маршрутизаторов и коммутаторов.

В частности, каждый узел LAN имеет как минимум одну физическую связь с другими компонентами сети. Изображение этих связей в виде графа используется для описания физической топологии. С другой стороны, фиксируя движение сигнала между компонентами, определяют логическую топологию данной сети.

Топологии

Полносвязные

Полносвязной называется сеть, где каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Такая конфигурация очень громоздка и неэффективна, так как каждый компьютер должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи со всеми остальными. Но плюсом такой сети является устойчивость к поломке отдельных компонентов: сеть не перестанет функционировать из-за неисправности одного компьютера.

Неполносвязные

Существует несколько различных неполносвязных топологий. При конфигурации LAN в основном используются следующие: шина (bus), звезда/хаб (star/hub), кольцо (ring). В неполносвязных топологиях передача данных может осуществляться не напрямую между компьютерами, а через дополнительные узлы.

Шина

В данной топологии все рабочие стации подсоединены к общему кабелю (называемому магистраль или шина). Данные, сгенерированные на одном из компьютеров, отправляются через шину во все остальные. Чтобы сигнал не отражался обратно, на концах шины должны стоять специальные терминаторы, поглощающие сигнал.
Преимущества:

• низкий расход кабеля
• устойчивость сети к неисправностям отдельных узлов
• простота настройки и конфигурации

Недостатки:

• неустойчивость сети к неисправности кабеля
• ограничение длины кабеля и количества рабочих станций, связанное с затуханием сигнала
• низкая производительность, обусловленная разделением канала между всеми абонентами
• большое количество коллизий пакетов
  

На текущий момент данная топология применяется крайне редко.

Звезда

В сети, построенной согласно топологии "звезда", каждая рабочая станция соединена одним или двумя кабелями с центральным элементом, тип которого зависит от типа данной звезды. В топологии активная звезда центральным элементом является компьютер, по мощности значительно превыщающий периферийные. В топологии пассивная звезда в центре находится концентратор или хаб. Концентратор обеспечивает параллельное соединение компьютеров и, таким образом, все компьютеры, подключенные к сети, могут общаться друг с другом. Пассивная звезда распространена гораздо шире, чем активная.
Данные от передающей станции отправляются через центральную всем остальным компьютерам, но принимаются они только теми станциями, которым они предназначались.
Одним из способов расширения данной сети является замена периферийного компьютера на центральный, к которому в последствие могут быть подключены новые периферийные.

Преимущества:

• простота подключения нового узла
• возможность централизованного управления
• устойчивость сети к неисправностям отдельных узлов и кабелей, так как каждый кабель соединяет только узел с хабом

Недостатки:

• неустойчивость сети к неисправности хаба
• высокий расход кабеля
• ограничение числа узлов, связанное с пропускной способностью хаба
  

Данная топология - одна из самых используемых в домашних и офисных сетях. Применяется в LAN с архитектурой 10Base-T Ethernet.
Так как данные передаются от каждого компьютера к каждому, физическая топология "звезда" соответствует логической топологии "шина".

Кольцо

В данной топологии компьютеры соединены кабелем в единое кольцо: выход одного компьютера связан с входом следующего. В отличие от топологии "шина" здесь нет необходимости в терминаторах, так как сигнал идет всегда в одну сторону по кругу. Данные, отправленные одной станцией, пройдут через все другие, но будут приняты только той станцией, которой они предназначались. При этом каждый промежуточный компьютер на этом пути будет выступать усилителем сигнала.
Метод, используемый для передачи данных в кольце, называется передачей токена. Токен - специальная последовательность бит, содержащая контрольную информацию. Станция, обладающая в данный момент токеном, может посылать данные.
Преимущества:

• простота подключения нового узла (за исключением того, что необходимо останавливать всю сеть на время подключения)
• низкий расход кабеля
• простота настройки и конфигурации
• утойчивость к перегрузкам и большим потокам информации
• малое количество коллизий

Недостатки:

• неустойчивость сети к неисправности кабеля и неисправности рабочих станций
  

Данная топология редко используется в чистом виде из-за своей ненадежности, на практике применяются ее различные модификации. Например, станции соединяются двумя параллельными линиями связи, передающими информацию в противоположных направлениях. Так увеличивается скорость передачи и устойчивость сети.

Смешанные

Смешанной называется топология, преобладающая в крупных сетях с произвольными связями между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произовльно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию.

Звезда-Шина

Данная топология также называется "дерево".
Как следует из названия, сеть, построенная по данной топологии, состоит из нескольких подсетей с топологией "звезда", соединенных единой шиной.
Преимущества:

• простота расширения
• простота поиска обрывов и неисправностей
• устойчивость к неисправностям отдельных компьютеров

Недостатки:

• неустойчивость к неисправности шины и хабов
  

Логическая топология данной сети - классическая шина.

Звезда-Кольцо

Хабы нескольких подсетей с топологией "звезда" соединены единым кабелем в кольцо. При использовании метода передачи токена, все компьютеры в такой топологии имеют равные шансы отправить данные. Преимущества:

• простота расширения
• простота поиска обрывов и неисправностей
• устойчивость к неисправностям отдельных компьютеров
• высокая пропускная способность

Недостатки:

• неустойчивость к неисправности шины и хабов