Топологія мереж

«Тополо́гія», або «топологія мережі», характеризує фізичне розташування комп'ютерів, кабелів й інших компонентів мережі.

Топологія — це стандартний термін, що використається професіоналами при описі основного компонування мережі. Крім терміна «топологія», для опису фізичного компонування вживають також такі:

• фізичне розташування;
• компонування;
• діаграма;
• карта.

Під топологією (компонуванням, конфігурацією, структурою) комп’ютерної мережі звичайно розуміється фізичне розташування комп’ютерів мережі один щодо іншого та спосіб їх з’єднання лініями зв’язку. Важливо відзначити, що поняття топології ставиться, насамперед, до локальних мереж, у яких структуру зв’язків можна легко простежити. У глобальних мережах структура зв’язків звичайно схована від користувачів і не надто важлива, тому що кожний сеанс зв’язку може виконуватися по своєму власному шляху.

Топологія комп’ютерної мережi вiдображає структуру зв’язкiв мiж її основними функцiональними елементами. В залежностi вiд компонентiв, що розглядаються, розрiзняють фiзичну i логiчну структури локальних мереж. Фiзична структура визначає топологiю фiзичних з’єднань мiж комп’ютерами. Логiчна структура визначає логiчну органiзацiю взаємодiї комп’ютерiв мiж собою. Доповнюючи одна одну, фiзична та логiчна структури дають найповніше уявлення про комп’ютерну мережу.

Топологія мережі спричиняється її характеристиками. Зокрема, вибір тієї або іншої топології впливає на:

• склад необхідного мережного встаткування;
• характеристики мережного встаткування;
• можливості розширення мережі;
• спосіб керування мережею.

Щоб спільно використати ресурси або виконувати інші мережні завдання, комп'ютери повинні бути підключені один до одного. Для цієї мети в більшості випадків використається кабель (рідше — бездротові мережі — інфрачервоне встаткування Input/Output). Однак, просто підключити комп'ютер до кабелю, що з'єднує інші комп'ютери, недостатньо. Різні типи кабелів у сполученні з різними мережними платами, мережними операційними системами й іншими компонентами вимагають і різного взаєморозташування комп'ютерів.

Кожна топологія мережі накладає ряд умов. Наприклад, вона може диктувати не тільки тип кабелю але й спосіб його прокладки.

Базові топології

Всі мережі будуються на основі трьох базових топологій:

• шина (bus)
• зірка (star)
• кільце (ring)

Якщо комп'ютери підключені уздовж одного кабелю, топологія називається шиною. У тому випадку, коли комп'ютери підключені до сегментів кабелю, що виходить із однієї точки, або концентратора, називається зіркою. Якщо кабель, до якого підключені комп'ютери, замкнути у кільце, така топологія зветься кільце.

Топології мереж: кільцева, топологія сітки, зіркова, повного з'єднання, лінійна (ланцюгова), топологія дерева і шина.

Багатозначність поняття топології

Топологія мережі визначає не тільки фізичне розташування комп’ютерів, але, що набагато важливіше, характер зв’язків між ними, особливості поширення сигналів мережею. Саме характер зв’язків визначає ступінь відмовостійкості мережі, необхідну складність мережної апаратури, найбільш підходящий метод керування обміном, можливі типи середовищ передачі (каналів зв’язку), припустимий розмір мережі (довжина ліній зв’язку й кількість абонентів), необхідність електричного узгодження й багато чого іншого.

Коли в літературі згадується про топологію мережі, то можуть мати на увазі чотири зовсім різних поняття, що ставляться до різних рівнів мережної архітектури:

1. Фізична топологія (тобто схема розташування комп’ютерів і прокладки кабелів). У цьому змісті, наприклад, пасивна зірка нічим не відрізняється від активної зірки, тому її нерідко називають просто «зіркою».

2. Логічна топологія (тобто структура зв’язків, характер поширення сигналів мережею). Це, напевно, найбільш правильне визначення топології.

3. Топологія керування обміном (тобто принцип і послідовність передачі права на захват мережі між окремими комп’ютерами).

4. Інформаційна топологія (тобто напрямок потоків інформації, переданої мережею).

Найпоширеніші прості топології:

Топологія шини

В цьому випадку комп’ютери з’єднуються один з одним коаксіальним кабелем за схемою “монтажного АБО” (рис. 1b). Інформація, що передається від одного комп’ютера мережі іншому, розповсюджується, як правило, в обидві сторони. Основними перевагами такої схеми є дешевизна й простота розводки кабелю приміщеннями, можливість майже миттєвого широкомовного звертання до всіх станцій мережі. Головний недолік спільної шини полягає в її низькій надійності: будь-який дефект кабелю чи якого-небудь із численних роз’ємів повністю паралізує всю мережу. Іншим недоліком спільної шини є її невисока продуктивність, так як при такому способі з’єднання в кожний момент часу тільки один комп’ютер може передавати дані в мережу. Тому пропускна здатність каналу зв’язку завжди поділяється тут між усіма станціями мережі.

Зіркова топологія

В цьому випадку кожний комп’ютер під’єднується окремим кабелем до спільного пристрою, що знаходиться у центрі мережі, і називається концентратором (рис. 1с). У функції концентратора входить направлення інформації, що передається якимось комп’ютером, одному чи усім іншим комп’ютерам мережі. Головна перевага даної топології перед спільною шиною – вища надійність. Пошкодження кабелю стосується лише того комп’ютера, до якого цей кабель приєднаний, і тільки несправність концентратора може вивести з ладу всю мережу. Крім того, концентратор може відігравати роль інтелектуального фільтра інформації, що поступає від різних станцій у мережу, і при необхідності блокувати заборонені адміністратором передачі. До недоліків топології типу зірка відноситься вища вартість мережевого обладнання (вартість концентратора). Крім того, можливості з нарощення кількості станцій у мережі обмежуються кількістю портів концентратора.

Кільцева топологія

В мережах із кільцевою конфігурацією дані передаються по кільцю від одного комп’ютера до іншого, як правило, в одному напрямку (рис. 1d). Це мережева топологія, в якій кожна станція має точно два зв'язки з іншими станціями. Якщо комп’ютер розпізнає дані як “свої”, то він копіює їх у свій внутрішній буфер. Оскільки у випадку виходу з ладу мережевого адаптера будь-якої станції переривається канал зв’язку між іншими станціями мережі, даний вид топології використовується в якості логічної топології.

Топологія дерева

Ця мережева топологія з чисто топологічної точки зору схожа на зіркову, в якій окремі периферійні мережеві пристрої можуть передавати до або приймати від тільки одного іншого мережевого пристрою в напрямку до центрального мережевого пристрою (рис. 1е). Як і в класичній зірковій топології, окремі мережеві пристрої можуть бути ізольовані від мережі внаслідок ліквідації одного зв'язку (гілки), наприклад, внаслідок аварії на лінії. У мережі з топологією дерева існує один виділений мережевий пристрій, який є коренем дерева.

Топологія сітки

Даний вид топології дістають із топології повного з'єднання шляхом видалення деяких можливих зв’язків (рис. 1f). Це мережева топологія, в якій існують щонайменше два комп’ютери з двома або більше шляхами між ними.

Змішана (гібридна) топологія

Це поєднання двох або більшої кількості мережевих топологій (рис. 1g). Можна навести приклади, коли дві об'єднані основні мережеві топології не змінюють характеру топології мережі і тому не створюють гібридної мережі. Наприклад, сполучення мереж із топологією дерева дає мережу з такою ж топологією. Тому гібридна топологія мережі виникає тільки тоді, коли сполучені дві мережі з основними топологіями дають у результаті мережу, топологія якої не відповідає жодному з означень основних топологій. Наприклад, дві мережі із зірковою топологією при об'єднанні утворюють мережу з гібридною топологією. Гібридна топологія мережі виникає також при сполученні мереж із різними видами топологій.

Топологія подвійного кільця

Мережами з такою конфігурацією є мережі FDDI. Вони відрізняються вбудованою надлишковістю, яка забезпечує захист від системних відмов: основне кільце служить для передавання даних, а допоміжне кільце – для передавання управляючих сигналів. Існує можливість передавання даних по обох кільцях у протилежних напрямках у випадку відсутності обривів кабелю. Якщо ж трапляється обрив кабелю або одна зі станцій виходить із ладу основне кільце об’єднується з допоміжним, знову утворюючи єдине кільце. Цей режим роботи мережі називається завертанням кілець.

Лінійна (ланцюгова) топологія

Це топологія, у якій кожний комп’ютер з'єднаний із попереднім та наступним відносно себе (рис. 1i). Виникає з кільцевої при видаленні однієї гілки. Часом трактується як ідентично до шини.

Посилання

• Топологія комп'ютерних мереж