Локальные сети

Топология сети. 

Термин «топология»  или «топология сети», обозначает физическое расположение компьютеров, кабелей и других сетевых компонентов. Топология – стандартный термин, который используется профессионалами при описании базовой схемы сети. 

Чтобы совместно  использовать ресурсы или выполнять  другие сетевые задачи, компьютеры должны быть подключены друг к другу. Для этой цели в большинстве сетей применяется кабель. Однако просто подключить компьютер к кабелю, соединяющему другие компьютеры недостаточно. Различные типы кабелей в сочетании с различными сетевыми платами, сетевыми операционными системами и различными компонентами требуют и различных методов реализации. 

Все сети стоятся  на основе трех базовых топологий: 

шина; 

звезда; 

кольцо. 

Сами по себе базовые топологии не сложны. Однако на практике часто встречаются довольно сложные комбинации, сочетающие свойства и характеристики нескольких топологий. 

Шина. 

Топологию «шина» часто называют «линейной шиной». В ней используется один кабель, именуемый магистралью или сегментом  к которому подключены все компьютеры сети. Данная топология является наиболее простой и распространенной реализацией сети. 
 

В сети с топологией «шина» компьютеры адресуют данные конкретному  компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов. Данные виды электрических сигналов передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот компьютер, чей адрес соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени вести передачу может только один компьютер. 
 

Т.к. данная сеть передается лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем больше компьютеров, тем большее их число ожидает передачи и тем медленнее сеть.  

Шина – пассивная  топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если какой-либо компьютер выйдет из строя, это не скажется на работе сети. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их дальше по сети. 

Звезда. 

При топологии  «звезда» все компьютеры с помощью  сегментов кабеля подключаются к  центральному компоненту – концентратору. Сигнал от передающего компьютера поступает  через концентратор ко всем остальным. 
 

В сетях с  топологией «звезда» подключение компьютеров к сети выполняется централизованно. Но есть и недостаток: т.к. все компьютеры подключены к центральной точке, для больших сетей значительно увеличивается расход кабеля. К тому же, если центральный компонент выйдет из строя – остановится вся сеть. А если выйдет из строя только один компьютер (или кабель, соединяющий его с концентратором), то лишь этот компьютер не сможет передавать или принимать данные по сети. На остальные компьютеры по сети этот сбой не повлияет. 

Кольцо. 

При топологии  «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина» здесь каждый компьютер выступает в роли повторителя, усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть. 
 

Один из способов передачи данных по кольцевой сети называется передачей маркера. Суть его такова. Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот компьютер, который «хочет» послать данные. Передающий компьютер видоизменяет маркер, добавляет к нему данные и адрес получателя и отправляет его дальше по кольцу. 
 

Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажется у того, чей адрес совпадает с адресом получателя. После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приема данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть. 

Комбинированные топологии. 

В настоящее  время при компоновке сети все  чаще используется комбинированная  топология, которая сочетает отдельные  свойства шин, звезды и кольца. 

Звезда-шина. 

Звезда-шина –  это комбинация топологий шина и  звезда, обычно схема выглядит так: несколько сетей с топологией звезда объединяются при помощи магистральной линейной шины. В этом случае выход из строя одного компьютера не скажется на работе всей сети – остальные компьютеры по-прежнему взаимодействуют друг с другом. А выход из строя концентратора повлечет за собой отсоединение от сети только подключенных к нему компьютеров и концентраторов. 
 

Звезда-кольцо. 

Звезда-кольцо несколько  похожа на звезда-шина. И в той  и в другой топологии компьютеры подключаются концентратором. Отличие  в том, что концентраторы в звезде-шине соединены магистральной шиной, а в звезде-кольце все концентраторы подключены к главному концентратору, образуя звезду. Кольцо же реализуется внутри главного концентратора. 
 

Выбор топологии.

Топология 

Преимущества 

Недостатки

Шина Экономный расход кабеля. Сравнительно недорогая и несложная в использовании среда передачи. Простота, надежность. Легко расширяется. При значительных объемах трафика уменьшается пропускная способность сети. Трудно локализовать проблемы. Выход из строя кабеля останавливает работу многих пользователей.

Кольцо Все компьютеры имеют равный доступ. Количество пользователей не оказывает сколько-нибудь значительного влияния на производительность. Выход из строя одного компьютера может вывести из строя всю сеть. Трудно локализовать проблему. Изменение конфигурации сети требует остановки всей сети.

Звезда Легко модифицировать сеть, добавляя новые компьютеры. Централизованный контроль и управление. Выход из строя одного компьютера не влияет на работоспособность сети. Выход из строя центрального узла парализует всю сеть. 
 
 

Протоколы. 

Протоколы –  это набор правил и процедур, регулирующих порядок осуществления некоторой  связи. Протоколы – это правила  и технические процедуры, позволяющие  нескольким компьютерам при объединении в сеть общаться друг с другом. 

Компьютер-отправитель  в соответствии с протоколом выполняет  следующие действия: 

разбивает данные на небольшие блоки, называемые пакетами с которыми может работать протокол; 

добавляет к  пакетам адресную информацию, чтобы компьютер-получатель мог определить, что эти данные предназначены именно ему; 

подготавливает  данные к передаче через плату  сетевого адаптера и далее – по сетевому кабелю; 

Компьютер-получатель в соответствии с протоколом выполняет  те же действия, но только в обратном порядке: 

принимает пакеты данных из сетевого кабеля; 

через плату  сетевого адаптера передает пакеты в  компьютер; 

удаляет из пакета всю служебную информацию, добавленную  компьютером-отправителем; 

копирует данные из пакета в буфер – для их объединения в исходный блок данных; 

передает приложению блок данных (собранный из пакетов) в том формате, который оно  использует. 

И компьютеру-отправителю, и компьютеру-получателю необходимо выполнять каждое действие одинаковым способом, с тем, чтобы поступившие по сети данные совпадали с исходными. 

Если, например, два протокола будут по-разному  разбивать данные на пакеты и добавлять  несовпадающую информацию, тогда  пакеты, которые используют один из этих протоколов, не сможет успешно  связаться с компьютером, на котором работает другой протокол. 

Среди множества  протоколов наиболее популярны следующие: 

TCP/IP; 

NetBEUI; 

IPX/SPX и NWLink; 

AppleTalk; 

X.25; 

Xerox Network System (XNS™); 

APPC; 

Набор протоколов OSI; 

DECnet. 

Рассмотрим наиболее распространенные из них. 

TCP/IP. 

Transmission Control Protocol / Internet Protocol (TCP/IP) – промышленный  стандартный набор протоколов, которые  обеспечивают связь в гетерогенной (неоднородной) среде, т.е. обеспечивают  совместимость между компьютерами разных типов. Совместимость – один из основных преимуществ TCP/IP, поэтому большинство ЛВС поддерживает его. Кроме того, TCP/IP предоставляет доступ к ресурсам Интернета, а так же маршрутизируемый протокол для сетей масштаба предприятия. Поскольку TCP/IP поддерживает маршрутизацию, обычно он используется в качестве межсетевого протокола. Благодаря своей популярности TCP/IP стал стандартным де-факто для межсетевого взаимодействия. 

К другим специально созданным для набора TCP/IP протоколам относятся: 

SMTP (Simple Mail Transfer Protocol) – электронная почта; 

FTP (File Transfer Protocol) – обмен файлами между компьютерами, поддерживающими TCP/IP; 

HTTP (Hyper Text Transfer Protocol) – протокол передачи гипертекста,  используется для просмотра WEB-страниц; 

SNMP (Simple Network Management Protocol) – управление сетью. 

TCP/IP имеет два  главных недостатка: размер и  недостаточную скорость работы. TCP/IP – относительно большой стек  протоколов, который может вызвать  проблему у MS-DOS-клиентов. Однако  для таких операционных систем, как Windows NT или Windows 95, размеры не являются проблемой, а скорость работы сравнима со скоростью протокола IPX. 

NetBEUI. 

NetBEUI – расширенный  интерфейс NetBIOS. Первоначально NetBIOS и NetBEUI были тесно связаны и  рассматривались как один протокол. Затем некоторые производители ЛВС так обособили NetBIOS, протокол Сеансового уровня, что он уже не мог использоваться наряду с другими маршрутизируемыми транспортными протоколами. NetBIOS – это IBM-интерфейс Сеансового уровня с ЛВС, который выступает в качестве прикладного интерфейса с сетью. Этот протокол предоставляет программам средства для осуществления сеансов связи с другими сетевыми программами. Он очень популярен, т.к. поддерживается многими приложениями. 

NetBEUI – небольшой,  быстрый и эффективный протокол Транспортного уровня, который поставляется со всеми сетевыми продуктами фирмы Microsoft. Он появился в середине 80-х годов в первом сетевом продукте Microsoft – MS®-NET. 

К преимуществам NetBEUI относятся небольшой размер стека, высокая скорость передачи данных по сети и совместимость со всеми сетями Microsoft. Основной недостаток NetBEUI – поддержка маршрутизации не предусмотрена. 

IPX/SPX и NWLink. 

IPX/SPX – стек  протоколов, используемых в сетях  Novell. Как и NetBEUI, относительно небольшой и быстрый протокол. Но, в отличие от NetBEUI, он поддерживает маршрутизацию. 

NWLink – реализация IPX/SPX фирмы Microsoft. Это Транспортный  маршрутизируемый протокол. 

AppleTalk. 

AppleTalk – собственный  стек протоколов фирмы Apple Computer, позволяющий компьютерам Apple Macintosh совместно использовать файлы и принтеры в сетевой среде.  
 

Использованная  литература. 

Microsoft Corporation. Компьютерные  сети: Учебный курс. /Пер. с англ. – М.: Издательский отдел «Русская  Редакция» ТОО «Channel Trading Ltd.». – 2-е изд., испр. И доп. – 1998. 
 

10