Компьютерные сети (стр. 2 )

1.2         Сетевые топологии

Для соединения компьютеров в локальную сеть используются линии 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.

Топология может быть логической и физической. 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).

1.2.1        Шинная топология

Сети с шинной топологией используют линейный моноканал передачи данных, на концах которого устанавливаются оконечные сопротивления (терминаторы). Каждый компьютер подключается к коаксиальному кабелю с помощью Т-разъема. Данные от передающего узла сети передаются по шине

в обе стороны, отражаясь от оконечных терминаторов.

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, то логическая топология данной локальной сети является логической шиной.

Рисунок 3 – Шинная топология

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:

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

1.2.2        Топология типа “звезда”

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

Рисунок 4 – Топология типа «звезда»

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, 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.

1.2.3        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.

Рисунок 5 -  Топология типа «кольцо»

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.

Основным недостатком является отказ в работе всей сети при повреждении линии связи в одном месте или отказ ПК.

На практике применяются различные модификации кольцевой топологии из-за ненадежности применения топологии кольцо в чистом виде.

1.2.4  Топология Token Ring

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

В сети Token Ring кольцо образуется отрезками кабеля, соединяющими соседние станции. С помощью концентратора каждая станция соединяется только с двумя соседними 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-передатчик, который позволяет управлять прохождением данных в сети. Физически такая сеть построена по типу топологии “звезда”.

Концентратор создаёт первичное (основное) и резервное кольца. На случай обрыва основного кольца можно воспользоваться резервным кольцом, так как используется четырёхжильный кабель. Отказ станции или обрыв линии связи рабочей станции не влечет за собой отказ сети как в топологии кольцо, потому что концентратор отключает неисправную

станцию и замыкает кольцо передачи данных.

Рисунок 6. – Топология Toking Ring

Топология Token Ring использует маркерный метод доступа к разделяемой среде, благодаря этому право на доступ к среде передается циклически от станции к станции по логическому кольцу. Направление движения маркера и пакетов данных представлено на рисунке 1.6 стрелками синего цвета. Станция, которая обладает маркером, может отправить данные другой станции.

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.

Недостатком Token Ring является большой расход кабеля и соответственно дорогостоящая разводка линий связи[1].

1.3 Беспроводные локальные сети IEEE 802.11

Стандарт связи 802.11 для беспроводных локальных сетей начал разрабатываться комитетом по стандартам IEEE 802 с 1990 года. Стандарт 802.11 являлся первым стандартом для продуктов WLAN, созданный независимой международной организации, занимающейся разработкой стандартов для проводных сетей. Беспроводные локальные сети (Wireless Local Area Network, WLAN) в некоторых случаях являются предпочтительным по сравнению с проводной сетью решением, а иногда просто единственно возможным. В WLAN сигнал распространяется с помощью электромагнитных волн высокой частоты, что обеспечивает возможность снабжения сетью те места, в которые невозможно или проблематично протянуть кабель. Преимущество беспроводных локальных сетей очевидно — их проще и дешевле разворачивать и модифицировать, так как вся громоздкая кабельная инфраструктура оказывается излишней. Еще одно преимущество — обеспечение мобильности пользователей. Однако несмотря на эти преимущества беспроводные сети имеют достаточный перечень проблем, которые несет с собой неустойчивая и непредсказуемая беспроводная среда. Помехи от разнообразных бытовых приборов и других телекоммуникационных систем, атмосферные помехи и отражения сигнала создают серьезные трудности для надежного приема информации. Локальные сети — это, прежде всего, сети зданий, а распространение радиосигнала внутри здания еще сложнее, чем вне его.

Методы расширения спектра помогают снизить влияние помех на полезный сигнал, кроме того, в беспроводных сетях широко используются прямая коррекция ошибок (FEC) и протоколы с повторной передачей потерянных кадров. Практика показала, что в тех случаях, когда ничего не мешает применению проводной локальной сети, организации предпочитают именно WLAN, несмотря на то, что при этом нельзя обойтись без кабельной системы.

По причине неравнoмерного распределения интенсивности сигнала вoзникает неопределенность зoны покрытия беспрoводной лoкальной сети. Также из-за неравнoмерного распределение интенсивности сигнала ведет к возникновению битовых oшибoк передаваемой информации. Проводные локальные сети не cталкиваются с такой проблемой, потому что принимают сигналы и участвуют в работе LAN только те устройства, которые подключены к кабельной системе здания. Беспроводная локальная сеть не имеет точной области покрытия. Используемое изображение области покрытия в форме шестиугольника или круга является только абстракцией. Сигнал может быть очень слабым, и устройства, которые находятся в предполагаемых пределах зоны покрытия, могут быть лишены приема или передачи информации.

1.3.1 Область применения локальных сетей

Беспроводные локальные сети могут успешно применяться в том случае, если сложно либо невозможно использовать проводные сети. Рассмотрим основные области применения беспроводных локальных сетей.

Домашние локальные сети. Если в доме используется несколько компьютеров, то организация домашней локальной сети является актуальной задачей. Пользователи применяют преимущества беспроводных домашних сетей, которые не требуют прокладки кабельной системы в квартире или доме и позволяют легко переносить ноутбук из одного помещения в другое. Производители, в свою очередь, выпускают для таких сетей компактные многофункциональные центральные устройства, которые совмещают функции модема, маршрутизатора и точки беспроводного доступа.  Все современные ноутбуки имеют встроенные беспроводные сетевые адаптеры, ими также оснащены многие принтеры. Так называемый кочевой в аэропортах, железнодорожных вокзалах. Организация локальных сетей в зданиях, где нет возможности установить современную кабельную систему, например, в исторических зданиях с оригинальным интерьером. Организация временных локальных сетей при проведении конференций. Расширения локальных сетей. Небольшое число рабочих мест в здании, отдаленном от других, делает крайне невыгодным прокладку к нему отдельного кабеля, поэтому беспроводная связь оказывается более рациональным вариантом. Мобильные локальные сети. Если пользователь хочет получать услуги сети, перемещаясь из помещения в помещение или из здания в здание, то здесь конкурентов у беспроводной локальной сети нет.

1.3.2 Стек протоколов IEEE 802.11