Принципы построения локальных сетей, основные компоненты, их назначение и функции

Сетевая архитектура соответствует реализации физического и канального уровней модели OSI, определяет кабельную систему, кодирование сигналов, скорость передачи, формат сетевых кадров (фреймов), топологию и метод доступа. Каждой архитектуре соответствуют свои компоненты — кабели, разъемы, интерфейсные карты, кабельные центры и т. д.

В локальных и широкомасштабных сетях применяются различные сетевые технологии, выбор которых зависит от многих факторов. Решающими факторами являются:

• • требования к пропускной способности сети и скорости отклика;
• • расположение узлов, расстояния и условия прокладки коммуникаций;
• • требования надежности и конфиденциальности связи;
• • ограничения на стоимость аппаратуры и коммуникаций.

Топология компьютерных сетей

Топология сети характеризует свойства сетей, не зависящие от их размеров, отражает структуру, образуемую узлами сети и множеством связывающих их каналов. При этом не учитывается производительность и принцип работы этих узлов, их типы и длина каналов.

С точки зрения физического расположения функциональных компонентов сети (кабелей, рабочих станций и т. д.) и метода доступа к среде передачи можно выделить четыре базовые топологии: «общая шина», «звезда», «кольцо» и «ячеистая (сотовая)» .

Сеть с топологией «общая шина» (моноканальная сеть) — сеть, ядром которой является моноканал. Моноканальная сеть образуется подключением группы абонентских систем к моноканалу (рис. 6.6).

Рис. 6.6. Схема сети с топологий «общая шина» .

Шинная топология обладает следующими преимуществами:

• • надежно работает в небольших сетях, проста в использовании и понятна;
• • требует меньше кабеля для соединения компьютеров и потому дешевле, чем другие схемы кабельных соединений;
• • ее топологию легко расширить;
• • меньшая протяженность кабелей и более высокая надежность, так как выход из строя одного узла не нарушает работоспособности сети в целом.

Недостатки состоят в следующем:

• • обрыв основного кабеля приводит к выходу всей сети из строя;
• • интенсивный сетевой трафик значительно снижает производительность такой сети;
• • информация в системе на физическом уровне слабо защищена, так как сообщения, посылаемые одним компьютером другому, в принципе могут быть приняты и на любом другом компьютере.

Сеть с топологией «звезда»  — древовидная сеть, в которой имеется ровно один промежуточный узел. В качестве центральной части выступает мультиплексор (устройство, преобразующее несколько сигналов входа в отдельный сигнал вывода; при этом сохраняется возможность восстановления всех сигналов ввода) или концентратор (устройство, позволяющее средству передачи данных обслуживать большее количество источников данных по меньшему числу каналов передачи данных), который полностью управляет ЭВМ, подключенными к нему.

Сеть имеет один центральный узел и расходящиеся от него лучами станции с периферийными устройствами на концах (рис. 6.7). В такой сети все станции напрямую связаны с центральным компьютером, который управляет потоком сообщений в сети, и сообщения от одной станции к другой можно передавать только через центральный компьютер.

Рис. 6.7. Схема сети с топологией «звезда» .

Расширять звездообразную топологию можно путем подключения вместо одного из компьютеров еще одного концентратора и присоединения к нему дополнительных машин. Так создается гибридная звездообразная сеть (рис. 6.8).

Рис. 6.8. Схема гибридной звездообразной сети.

Преимущества сети звездообразной топологии состоят в том, что:

• • такая сеть допускает простую модификацию и добавление компьютеров, не нарушая остальной ее части;
• • центральный компьютер звездообразной топологии удобно использовать для диагностики;
• • отказ одного компьютера не всегда приводит к остановке всей сети;
• • в одной сети допускается применение нескольких типов кабелей.

Недостатки сети со звездообразной топологией заключаются в том, что:

• • при отказе центрального компьютера становится неработоспособной вся сеть;
• • обычно используются большие по протяженности кабели (зависит от расположения центрального компьютера) и, следовательно, такие сети обходятся дороже, чем сети с иной топологией.

Сеть с топологией «кольцо» — сеть, в которой каждый узел связан с двумя другими. Эта сеть является подсистемой старшей сети. В ней каждая станция выступает в роли центрального компьютера и прямо связана с двумя соседними (рис. 6.9).

Рис. 6.9. Схема сети с топологией «кольцо» .

Преимущества сети с кольцевой топологией:

• • поскольку всем компьютерам предоставляется равный доступ к маркеру, никто из них не сможет монополизировать сеть;
• • более высокая надежность системы при разрывах кабелей, так как к каждому компьютеру есть два пути доступа;
• • совместное использование сети обеспечивает постепенное снижение ее производительности в случае увеличения числа пользователей и перегрузки.

Недостатки сети с кольцевой топологией:

• • большая протяженность кабеля;
• • слабая защищенность информации;
• • невысокое быстродействие по сравнению с топологией «звезда» (но сравнимое с топологией «шины»).

Ячеистая (сотовая) топология — сеть, в которой есть непосредственные соединения между всеми узлами сети. Эта сеть характеризуется наличием избыточных связей между устройствами (рис. 6.10). Для большого числа устройств такая схема оказывается неприемлемой.

Рис. 6.10. Схема сети с ячеистой топологией.

Сеть гибридной топологии применяется для соединения нескольких сетей между собой, каждая из которых может иметь различную топологию, или для создания конгломератов локальных, региональных и глобальных вычислительных сетей.

Топология реальной сети может повторять одну из приведенных выше или включать их комбинацию.