Топологии ЛКС ТЕМА 2 ПРОФ ГРИГОРЬЕВ В А

Топологии ЛКС ТЕМА 2 ПРОФ. ГРИГОРЬЕВ В. А. Версия 2012

Содержание 1. 2. 3. 4. 5. 6. 7. 8. Введение Классификация компьютерных сетей. Определение понятия топология Шинная топология, её преимущества и недостатки Топология "звезда", ее преимущества и недостатки Внешние терминаторы Активные и пассивные концентраторы Характеристики топологии "расширенная звезда", определение максимальной длины кабеля для топологии "звезда" и способы увеличения размеров области, охватываемой сетью с топологией "звезда" Аттенюация

ВВЕДЕНИЕ • Практически сразу после появления ЭВМ возник вопрос о налаживании взаимодействия компьютеров друг с другом, чтобы более эффективно обрабатывать информацию, использовать программные и аппаратные ресурсы. • Появились и первые сети, в то время объединявшие только большие ЭВМ в крупных компьютерных центрах. • Однако настоящий «сетевой бум» начался после появления персональных компьютеров, быстро ставших доступными широкому кругу пользователей — сначала на работе, а затем и дома. • Компьютеры стали объединять в локальные сети, а локальные сети — соединять друг с другом, подключать к региональным и глобальным сетям. • В результате за последние пятнадцать двадцать лет сотни миллионов компьютеров в мире были объединены в сети, и более миллиарда пользователей получили возможность взаимодействовать друг с другом.

• Сеть (Network) — группа компьютеров и/или других устройств, каким либо способом соединенных для обмена информацией и совместного использования ресурсов. • Ресурсы — программы, файлы данных, а также принтеры и другие совместно используемые пери ферийные устройства в сети. Рис. 1. 1. Простейшая сеть: несколько компьютеров и общий принтер

Классификация компьютерных сетей В зависимости от расстояния между связываемыми узлами сети можно разделить на три основных класса: локальные, региональные и глобальные (рис. 1. 2).

• Локальная вычислительная сеть (ЛВС) — небольшая группа компьютеров, связанных друг с другом и расположенных обычно в пределах одного здания или организации. • Региональная сеть — сеть, соединяющая множество локальных сетей в рамках одного района, города или региона. • Глобальная сеть — сеть, объединяющая компьютеры разных городов, регионов и государств.

• Объединение глобальных, региональных и локальных вычислительных сетей позволяет создавать многоуровневые иерархии, которые предоставляют мощные средства для обработки огромных массивов данных и доступ к практически неограниченным информационным ресурсам. На рис. 1. 3 приведена одна из возможных иерархий вычислительных сетей.

• Интересным примером связи локальных и глобальных сетей является виртуальная частная сеть (Virtual Private Network, VPN). • Так называется сеть организации, получающаяся в результате объединения двух или нескольких территориально разделенных ЛВС с помощью общедоступных каналов глобальных сетей, например, через Интернет (рис. 1. 4).

По типу среды передачи сети делятся на проводные и беспроводные (рис. 1. 5).

По скорости передачи информации сети можно разделить на низко , средне и высокоскоростные (рис. 1. 6).

С точки зрения распределения ролей между компьютерами сети бывают одноранговые и клиент серверные (рис. 1. 7). Сервер — специально выделенный высокопроизводительный компьютер, оснащенный соответствующим программным обеспечением, централизованно управляющий работой сети и/или предоставляющий другим компьютерам сети свои ресурсы (файлы данных, накопители, принтер и т. д. ). Клиентский компьютер (клиент, рабочая станция) — компьютер рядового пользователя сети, получающий доступ к ресурсам сервера (серверов).

Одноранговые сети • В одноранговой сети (рис. 1. 8) все компьютеры равноправны. Каждый из них может выступать как в роли сервера, т. е. предоставлять файлы и аппаратные ресурсы (накопители, принтеры и пр. ) другим компьютерам, так и в роли клиента, пользующегося ресурсами других компьютеров. • Администратор сети — человек, обладающий всеми полномочиями для управления компьютерами, пользователями и ресурсами в сети. • Администрирование сети — решение целого комплекса задач по управлению работой компьютеров, сетевого оборудования и пользователей, защите данных, обеспечению доступа к ресурсам, установке и модернизации системного и прикладного программного обеспечения.

• Основными методами защиты вашей системы является использование брандмауэров, антивирусного и антиспамного программного обеспечения, а также выполнение рекомендаций по безопасному использованию Интернет.

Сети с выделенным сервером (сети типа «клиент-сервер» ) • Как правило, сети создаются в учреждениях или крупных организациях. В таких сетях (рис. 1. 9) выделяются один или несколько компьютеров, называемых серверами, задача которых состоит в быстрой и эффективной обработке большого числа запросов других компьютеров — клиентов. • При этом клиентские запросы бывают самыми разными, начиная с простейшей проверки имени и пароля пользователя при входе в систему и заканчивая сложными поисковыми запросами к базам данных, на обработку которых даже современный многопроцессорный компьютер может потратить несколько часов.

• Серверы часто оснащают специализированным оборудованием, например емкими хранилищами данных (жесткими дисками и так называемыми «рейд массивами» на их основе), накопителями для резервного копирования, высокоскоростными сетевыми адаптерами и т. д. • Такие компьютеры работают постоянно, круглосуточно предоставляя пользователям свои ресурсы и обеспечивая доступ к своим службам. • Службы (services) — работающие на серверах программы, выполняющие какие либо действия по запросу клиента.

Вопросы и задания 1. 2. 3. 4. Что такое компьютерная сеть? Какие типы сетей вы знаете? Какие преимущества дает сеть? Что такое одноранговая сеть? Каковы ее преимущества и недостатки? 5. Что такое сеть «клиент сервер» ? Каковы ее преимущества и недостатки? 6. Что входит в понятие «администрирование сети» ? 7. Как компьютеры взаимодействуют друг с другом в сети?

2. Топологии ЛКС Топология физическая схема, которая описывает структуру локальной вычислительной сети (ЛВС). В этой теме описываются три типа топологий: • Шинная, • "звезда ", • "расширенная звезда". В локальной вычислительной сети (ЛВС) все рабочие станции должны быть соединены между собой. Если в ЛВС входит файл сервер, он также должен быть подключен к рабочим станциям. Физическая схема, которая описывает структуру локальной сети, называется топологией. В этой главе описываются три типа топологий: шинная, "звезда" и "расширенная звезда"

Шинная топология • Шинная топология представляет собой топологию, в которой все устройства локальной сети подключаются к линейной сетевой среде передачи данных. • Такую линейную среду часто называют каналом, шиной или трассой. Каждое устройство, например, рабочая станция или сервер, независимо подключается к общему шинному кабелю с помощью специального разъема • Данные, передаваемые по сети с шинной топологией, движутся в обоих направлениях

ТОПОЛОГИЯ ОБЩАЯ ШИНА

• Внутри коаксиального кабеля находится прочный провод из меди, окруженный изолирующим слоем пластика. • Коннектор (BNC) для объединения частей коаксиального кабеля и для соединения сетевого адаптера с кабелем.

Витая пара • Существует несколько категорий витой пары, каждая из которых была разработана для передачи данных на определенной скорости. • Разъем RJ-45 подключает кабели витой пары к компьютерам и другому оборудованию.

• Оптоволоконный кабель отличается от других видов сетевой проводки тем, что он передает импульс света, а не электрический импульс. • Этот дорогой и быстрый способ передачи данных по кабелю часто используется для больших расстояний между областями или даже странами.

Беспроводные системы • Технология беспроводного подключения может быть использована в: – ноутбуке, – карманном персональном компьютере (КПК), – мобильном телефоне, – автомобиле.

Шинная топология типична для ЛВС Ethernet, включая стандарты 10 Base 2 и 10 Base 5 • Шинный кабель должен иметь на конце согласующий резистор, или терминатор, который поглощает электрический сигнал, не давая ему отражаться и двигаться в обратном направлении по шине.

Передача сигнала в сети с шинной топологией • Когда источник передает сигналы в сетевую среду, они движутся в обоих направлениях от источника. Эти сигналы доступны всем устройствам в ЛВС. • Каждое устройство проверяет проходящие данные. Если MAC или IP адрес пункта назначения, содержащийся в пакете данных, не совпадает с соответствующим адресом этого устройства, данные игнорируются. • Если же MAC или IP адрес пункта назначения, содержащийся в пакете данных, совпадает с соответствующим адресом устройства, то данные копируются этим устройством и передаются на канальный и сетевой уровни эталонной модели OSI. • МАС –адрес управления доступом к среде передачи данных.

• Для того чтобы гарантировать, что в данный момент передает только одна станция, в сетях с шинной топологией используется механизм обнаружения конфликтов, иначе, если несколько станций одновременно попытаются осуществить передачу, возникнет коллизия. • В случае возникновения коллизии данные от каждого устройства взаимодействуют друг с другом (т. е. импульсы напряжения от каждого из устройств будут одновременно присутствовать в общей шине), и таким образом, данные от обоих устройств будут повреждаться. • Область сети, в пределах которой был создан пакет и возник конфликт, называется доменом коллизий. В шинной топологии, если устройство обнаруживает, что имеет место коллизия, сетевой адаптер отрабатывает режим повторной передачи с задержкой. • Поскольку величина задержки перед повторной передачей определяется с помощью алгоритма, она будет различна для каждого устройства в сети, и, таким образом, уменьшается вероятность повторного возникновения коллизии.

Преимущества и недостатки шинной топологии • Типичная шинная топология имеет простую структуру кабельной системы с короткими отрезками кабелей. Поэтому по сравнению с другими топологиями стоимость ее реализации невелика. • Однако низкая стоимость реализации компенсируется высокой стоимостью управления. Фактически, самым большим недостатком шинной топологии является то, что диагностика ошибок и изолирование сетевых проблем могут быть довольно сложными, поскольку здесь имеются несколько точек концентрации. • Так как среда передачи данных не проходит через узлы, подключенные к сети, потеря работоспособности одного из устройств никак не сказывается на других устройствах. Хотя использование всего лишь одного кабеля может рассматриваться как достоинство шинной топологии, однако оно компенсируется тем фактом, что кабель, используемый в этом типе топологии, может стать критической точкой отказа. Другими словами, если шина обрывается, то ни одно из подключенных к ней устройств не сможет передавать сигналы.

Топология «Звезда» В сетях, использующих топологию "звезда", сетевой носитель соединяет центральный концентратор (коммутатор) с каждым устройством, подключенным к сети. • В этой топологии используется управление из центральной точки, а связь между устройствами, подключенными к сети, осуществляется посредством двухточечных линий между каждым устройством и центральным каналом или концентратором (коммутатором). • Весь сетевой трафик в звездообразной топологии проходит через коммутатором. •

• В сетях с топологией "звезда" концентратор может быть активным или пассивным. • Активный концентратор не только соединяет участки среды передачи, но и регенерирует сигнал, т. е. работает как многопортовый повторитель. • Благодаря выполнению регенерации сигналов, активный концентратор позволяет данным перемещаться на более значительные расстояния. • В отличие от активного концентратора, пассивный только соединяет участки сетевой среды передачи данных.

• • • Преимущества и недостатки топологии "звезда" Большинство проектировщиков сетей считают топологию "звезда" самой простой с точки зрения проектирования и установки. Это объясняется тем, что сетевая среда выходит непосредственно из концентратора и прокладывается к месту установки рабочей станции. Другим достоинством этой топологии является простота обслуживания: единственной областью концентрации является центр сети. Также топология '"звезда" позволяет легко диагностировать проблемы и изменять схему прокладки. Кроме того, к сети, использующей топологию "звезда", легко добавлять рабочие станции. Если один из участков сетевой среды передачи данных обрывается или закорачивается, то теряет связь только устройство, подключенное к этой точке. Остальная часть сети будет функционировать нормально. Короче говоря, топология "звезда" считается наиболее надежной. В некотором смысле достоинства топологии "звезда" могут считаться и ее недостатками. Например, наличие отдельного отрезка кабеля для каждого устройства позволяет легко диагностировать отказы, однако, это же приводит и к увеличению количества отрезков. В результате повышается стоимость установки сети с топологией "звезда". Другой пример: концентратор может упростить обслуживание, поскольку все данные проходят через эту центральную точку; однако, если концентратор выходит из строя, то перестает работать вся сеть.

• • • Область покрытия сети с топологией "звезда « Максимально допустимая длина отрезков сетевого кабеля между концентратором и любой рабочей станцией (их еще называют горизонтальной кабельной системой) составляет 100 метров. Следовательно, локальная сеть, использующая этот тип топологии, может покрывать область 200 x 200 метров. Когда сигнал покидает передающую станцию, он чистый и легко различимый. Однако по мере движения в среде передачи данных сигнал ухудшается и ослабевает — чем длиннее кабель, тем хуже сигнал; это явление называется аттенюацией. Поэтому, если сигнал проходит расстояние, которое превышает максимально допустимое, нет гарантии, что сетевой адаптер сможет этот сигнал прочитать.

Топология «расширенной звезды» Повторители увеличивают расстояние на котором может функционировать сеть

Спецификации кабельной системы

Резюме Физическая схема структуры локальной сети называется топологией. • Шинная топология представляет собой топологию, в которой все устройства локальной сети подключаются к линейной сетевой среде передачи данных. Типичная шинная топология имеет простую структуру кабельной системы с короткими отрезками кабелей. • В локальных сетях, использующих топологию "звезда", отрезки сетевого кабеля соединяют центральный концентратор (или коммутатор) с каждым устройством, подключенным к сети. • Максимально допустимая длина отрезка кабеля в сети с топологией "звезда" составляет 100 метров. • Топология "звезда" может расширяться путем использования межсетевых устройств, которые предотвращают ослабление сигнала.