Лекция 2. Физические топологии сетей. Адресация узлов сети.

Физическая топология (или просто - топология) отражает то, как соединены между собой узлы сети (компьютеры, концентраторы и т.п.). Изображается она в виде графа, вершины которого - узлы сети, а ребра - линии связи. Рассмотрим наиболее распространенные топологии.

Компьютерная сеть - это совокупность компьютеров, соединенных между собой средствами передачи информации. Эти средства включают: Сегменты кабеля; Сетевое оборудование (сетевые карты, повторители, концентраторы и др.); Программные средства (сетевая операционная система, а также любые программы, использующие сеть). Компьютерной сетью называется множество компьютеров, которые могут обмениваться информацией с помощью систем связи.

Практическое использование сетей Работа Обучение Бизнес Игры Домашняя сеть

Классификация компьютерных сетей Реальные сети можно классифицировать по разным признакам: Территориальная распространенность (локальные, глобальные сети). Принадлежность (семейные сети, домовые сети, сети организаций, предприятий, ведомств, региональные сети, государственные сети, международные сети). Скорость передачи информации (низкоскоростные — до 10 Мбит/с, среднескоростные — 100 Мбит/с, высокоскоростные — свыше 1000 Мбит/с). Канал передачи информации (проводные: коаксильный кабель, витая пара, оптоволокно, телефонная линия, бытовая электросеть; беспроводные: передача в диапазоне радиоволн или инфракрасном диапазоне). Топология (общая шина, звезда, дерево, кольцо, ячеистая сеть).

Рассмотрим подробнее классификацию по территориальной распространённости определение локальной и глобальной сети: Региональные сети покрывают площадь одного города или района. Линии связи реализуются на основе коаксиальных кабелей или маленьких станций, называемых радиомодемами. Глобальные сети охватывают площадь одной страны, одного или нескольких континентов. В качестве линии передачи применяются оптические или микроволновые радиоканалы (называемые спутниковыми).

Рассмотрим существующие топологии (общая шина, звезда, дерево, кольцо, ячеистая сеть).

Тип соединения – общая шина Кабель проходит от одного компьютера к другому, соединяя компьютеры и периферийные устройства

Топология типа общая шина, представляет собой общий кабель (называемый шина или магистраль), к которому подсоединены все рабочие станции. На концах кабеля находятся терминаторы, для предотвращения отражения сигнала.

Компоненты локальной сети для коаксиального кабеля для витой пары коннектор RJ-45 BNC баррел-коннектор (применяется для сращивания двух отрезков тонкого коаксиального кабеля). BNC Т-коннектор (соединяет сетевой кабель с сетевой платой компьютера). BNC-терминатор (В сети с топологией «шина» для поглощения блуждающих сигналов на каждом конце кабеля устанавливаются терминаторы. Иначе сеть не будет работать

Достоинства Небольшое время установки сети; Дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств); Простота настройки; Выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети. Недостатки Любые неполадки в сети, как обрыв кабеля, выход из строя терминатора полностью уничтожают работу всей сети; Сложная локализация неисправностей; С добавлением новых рабочих станций падает производительность сети.

Все узлы подключаются к одному кабелю (его в этом случае еще называют общей шиной). В отличие от полносвязной топологии, здесь не требуется много кабеля, а расширение сети осуществляется довольно просто. Однако есть и серьезный недостаток - низкая надежность. Любое повреждение кабеля парализует всю сеть (узлы продолжат работать автономно, но обмениваться информацией уже не смогут). Еще один недостаток - низкая производительность: т.к. сигнал, передаваемый узлом, распространяется по общему кабелю в обе стороны, то в каждый момент времени только один узел может передавать данные в сеть (иначе произойдет наложение сигналов). Общая шина является одной из самых распространенных топологий локальных сетей.

Тип соединения - «звезда» К каждому компьютеру подходит отдельный кабель из одного центрального узла.

Звезда — базовая топология компьютерной сети, в которой все компьютеры сети присоединены к центральному узлу (обычно Сетевой коммутатор ), образуя физический сегмент сети. Подобный сегмент сети может функционировать как отдельно, так и в составе сложной сетевой топологии (как правило "дерево"). Достоинства Выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом; Хорошая маштабируемость сети; Лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети; Высокая производительность сети (при условии правильного проектирования); Гибкие возможности администрирования.

Недостатки Выход из строя центрального коммутатора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом; Для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий; Конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном коммутаторе. Применение Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель витая пара.

Кольцо — базовая топология компьютерной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутую сеть. Так же, как и "общая шина", не требует много кабеля. Но сеть уязвима: нужно принимать специальные меры, чтобы поломка узла или обрыв кабеля не вывели из строя всю сеть. Сеть сложно расширять: есть особый порядок действий при подключении нового узла. Данная топология применяется в локальных сетях.

Достоинства Простота установки; Практически полное отсутствие дополнительного оборудования; Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий. Недостатки Выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети; Сложность конфигурирования и настройки; Сложность поиска неисправностей. Применение Наиболее широкое применение получила в оптоволоконных сетях. Используется в стандартах FDDI, Token Ring.

Топология дерева объединяет топологию звезды и общей шины. Образуется в основном в виде комбинаций основных топологий вычислительных сетей. Основание дерева вычис­лительной сети располагается в точке (корень), в которой собираются ком­муникационные линии информации (ветви дерева). Применяются там, где невозможно непосредственное применение базовых сетевых структур в чистом виде.

Полносвязная топология — топология компьютерной сети , в которой каждая рабочая станция подключена ко всем остальным. Каждый узел связан со всеми остальными. Это просто, но неэффективно: требуется много кабеля, сложно расширять сеть (при подключении нового узла его нужно будет соединить со всеми остальными). Полносвязная топология используется редко, в основном при малом количестве узлов. Недостатки Очень много проводки

Смешанная топология Каждая из рассмотренных выше топологий имеет ограничения на количество узлов, и поэтому подходит только для небольших сетей. Крупные сети строятся путем соединения небольших сетей. В результате мы получаем смешанную топологию.

Компоненты локальной сети- сетевая плата Для организации локальной сети необходимо установить в каждый ПК сетевую плату и соединить все компьютеры с помощью специального кабеля.

Компоненты локальной сети- гнездо сетевого кабеля Иногда необходимые для связи компьютеров компоненты уже установлены на системной плате и тогда отдельная сетевая плата не нужна. В этом случае гнездо для сетевого кабеля расположено на задней стенке системного блока.

Компоненты локальной сети- Hub и Switch Общая скорость соединения в сети при использовании HUB определяется скоростью самой медленной сетевой платы. Для Switch скорость соединения любой пары компьютеров определяется скоростью самой медленной сетевой платы в паре (группе).

Канал передачи информации – коаксильный кабель Коаксиальный кабель – скорость передачи до 10 Мбит/с.

Канал передачи информации- витая пара Витая пара - скорость передачи до 100 Мбит/с.

Канал передачи информации- оптоволокно Скорость распространения информации по ним достигает нескольких миллиардов бит в секунду.

Объединение компьютеров в сеть предоставляет пользователям дополнительные возможности: Централизованное хранение данных. Информация, необходимая всем сотрудникам и имеющая большой объем, может храниться на сервере, что экономит место на дисках остальных компьютеров. Возможность совместного использования оборудования (диски, принтер, плоттер, модем и др.). Не нужно покупать принтер для каждого сотрудника, достаточно иметь один принтер на всю сеть. Улучшение доступа к локальной и глобальной информации. Больше нет необходимости бегать с дискетами из одного конца здания в другой - данные можно передать (и получить) по сети. Это существенно повысит производительность труда, если сотрудникам приходится часто обмениваться информацией. Доступ в Internet (который без сетей был бы вообще невозможен) гораздо дешевле организовать для всей сети в целом, чем для каждого компьютера в отдельности. Повышение отказоустойчивости. При поломке одного сервера сети порученные ему задачи могут быть переложены на другой сервер. Если для выполнения этих задач нужны какие-либо данные (например, база данных о товарах), то целесообразно хранить эти данные на обоих серверах (резервное копирование). Выполнение сложных вычислений. Например, моделирование погоды требует огромного количества исходной информации (температура, влажность, скорость ветра, ... в разных точках рассматриваемой местности). Поэтому обработка такой информации, будучи возложена лишь на один компьютер, может занять несколько дней. Но кому сегодня нужен вчерашний прогноз? А при наличии сети исходную задачу можно разбить на несколько подзадач, которые будут выполняться разными компьютерами одновременно. Это ускорит выполнение задачи в несколько раз.