У мережі з повно-топологією кожен комп'ютер мережі безпосередньо пов'язаний з кожним комп'ютером цієї мережі (рис. 2).
Прикладом такої мережі є мережа комірчастої (стільникового) топології.
Малюнок 2. Мережа стільникового топології.
Переваги стільникових мереж:
· Висока надійність, обумовлена надмірністю фізичних зв'язків.
Недоліки стільникових мереж:
· Необхідність наявності у кожного комп'ютера мережі великого числа комунікаційних портів для з'єднання з усіма іншими комп'ютерами.
· Необхідність виділення окремої електричної лінії зв'язку для кожної пари комп'ютерів.
· Зазначені вище обумовлює високу вартість мережі.
· Складність інсталяції і реконфігурації додавання або видалення нових вузлів).
Більшість мережевих топологій має неполносвязную структуру. До основних видів неполносвязних топологій можна віднести: шину, зірку, кільце і змішану топологію.
Мережі шинної топології.
У мережах з шинної топологією кожен комп'ютер мережі підключений до одного загального кабелю (рисунок 3).
Малюнок 3. Мережа з шинної топологією
Переваги шинної топології:
- Низька вартість.
- Простота розширення (простота підключення нових вузлів і об'єднання двох підмереж за допомогою повторювача).
Недоліки шинної топології:
- Низька продуктивність.
- Низька надійність (часті дефекти кабелів і роз'ємів).
- Складність діагностики при розриві кабелю або відмову роз'єму.
- Будь дефект кабелю або роз'єму призводить до непрацездатності всієї мережі.
З усього вищесказаного можна зробити висновок, що шинна топологія може застосовуватися при невеликому числі вузлів в мережі і невисокого ступеня взаємодії між ними. Разом з тим, така мережа відрізняється низькою вартістю.
2.1.3 Зіркоподібна топологія.
У мережах зіркоподібній топології кожен вузол підключається
окремим кабелем до загального пристрою, що зветься концентратором (хабом) (рисунок 4). Концентратор передає дані від одного комп'ютера іншому або інших комп'ютерів мережі.
Малюнок 4. Мережа зіркоподібній топології.
Топологія зірка дозволяє використовувати для підключення комп'ютерів різні типи кабелів. Наявність концентратора найчастіше робить можливим використання декількох типів кабелів одночасно.
Переваги зіркоподібній топології:
- Більш висока пропускна здатність в порівнянні з шинної топологією.
- Вихід з ладу одного вузла або декількох вузлів не впливає на працездатність іншої мережі.
- Легкість включення в мережу нових вузлів.
- Можливість використання замість хаба комутатора (для фільтрації трафіку, а також для моніторингу мережі).
- Можливість використання в одній мережі декількох типів кабелів.
- Легкість створення підмереж шляхом придбання додаткового концентратора, приєднання до нього машин і з'єднання концентраторів між собою.
Недоліки зіркоподібній топології:
· Обмежена можливість збільшення числа вузлів мережі (обмежується кількістю портів концентратора).
· Залежність працездатності мережі від стану концентратора.
· Високий витрата кабелю (окремий кабель для підключення кожного комп'ютера).
· Більш висока вартість у порівнянні з шинної топологією (витрати на хаб і кабель).
Таким чином, мережі зіркоподібною топології доцільно прокладати в будівлях (приміщеннях), в яких від кожного комп'ютера можна прокласти кабель до концентратора. При плануванні такої мережі особливу увагу слід приділити вибору концентратора.
У мережах з кільцевою топологією (рисунок 5) кожен комп'ютер
підключається до спільного мережного кабельному кільцю, по якому передаються дані (в одному напрямку).
Малюнок 5. Мережа з кільцевою топологією.
Як середовище передачі даних для побудови мережі кільцевої топології найчастіше використовують екрановані або неекрановану «виту пару», а також оптоволоконний кабель.
Для вирішення проблеми колізій (коли два або більше комп'ютерів одночасно намагаються передати дані) в мережах з кільцевою топологією застосовується метод маркерного доступу. Спеціальне коротке повідомлення-маркер постійно циркулює по кільцю. Перш ніж передати дані, комп'ютер повинен дочекатися маркера, прикріпити дані і службову інформацію до нього і передати це повідомлення у мережу.
У швидких мережах по кільцю циркулюють декілька маркерів.
Існують дві найбільш відомих технології мереж, засновані на кільцевій топології - технологія Token Ring і технологія FDDI.
Мережева технологія - це погоджений набір стандартних протоколів і що реалізовують їх програмно-апаратних засобів, достатній для побудови мережі.
В технології Token Ring реалізований метод маркерного доступу, описаний вище.
У технології FDDI застосовується два кільця. При нормальному стані мережі функціонує тільки одне з кілець, друге дозволяє зберегти працездатність мережі в разі відмови вузла. Така мережа володіє високою швидкодією і надзвичайної отказоустойчивостью.
Переваги кільцевої топології:
· При передачі даних не виникає втрати сигналу (завдяки ретрансляції).
· Чи не виникає колізій (завдяки маркерні доступом).
· Висока відмовостійкість (в технології FDDI).
Недоліки кільцевої топології:
· Відмова одного вузла може привести до непрацездатності всієї мережі (в технології Token Ring).
· Додавання / видалення вузла змушує розривати мережу.
Таким чином, кільцева топологія доцільна для побудови надійної або / і високошвидкісної мережі, істотне нарощування якої не планується або малоймовірно.
Поява змішаних топологій обумовлено, як правило, необхідністю нарощувати і модернізувати мережу. Часто сумарні витрати на поступову модернізацію виявляються значно більшими, а результати меншими, ніж при витратах на глобальну заміну морально застарілих мереж.
Мережі змішаної топології (малюнок 6) мають достоїнствами і недоліками, характерними для складових їх топологій.
Малюнок 6. Мережа зі змішаною топологією
Середовище передачі даних
2. 2.1 Фізичне середовище передачі даних може являти собою кабель, тобто набір проводів, ізоляційних і захисних оболонок і сполучних роз'ємів, а також земну атмосферу або космічний простір, через які поширюються електромагнітні хвилі.
Залежно від середовища передачі даних лінії зв'язку поділяються на:
· Кабельні (мідні і волоконно-оптичні);
· Радіоканали наземного і супутникового зв'язку.
2.2.3 Кабельні лінії являють собою досить складну конструкцію. Кабель складається з провідників, укладених в кілька шарів ізоляції: електричної, електромагнітної, механічної, а також, можливо, кліматичної. Крім того, кабель може бути оснащений роз'ємами, що дозволяють швидко виконувати приєднання до нього різного устаткування. У комп'ютерних мережах застосовуються три основні типи кабелю: кабелі на основі скручених пар мідних проводів, коаксіальні кабелі з мідною жилою, а також волоконно-оптичні кабелі.
Скручена пара проводів називається кручений парою (twisted pair). Вита пара існує в екранованому варіанті (Shielded Twistedpair, STP), коли пара мідних проводів обертається в ізоляційний екран, і неекранованому (Unshielded TwistedPair, UTP), коли ізоляційна обгортка відсутня. Скручування проводів знижує вплив зовнішніх перешкод на корисні сигнали, що передаються по кабелю. Коаксіальний кабель (coaxial) має несиметричну конструкцію і складається з внутрішньої мідної жили і обплетення, відокремленої від жили шаром ізоляції. Існує кілька типів коаксіального кабелю, що відрізняються характеристиками і областями застосування - для локальних мереж, для глобальних мереж, для кабельного телебачення і т. П. Волоконно-оптичний кабель (opticalfiber) складається з тонких (5-60 мікрон) волокон, по яких поширюються світлові сигнали. Це найбільш якісний тип кабелю - він забезпечує передачу даних з дуже високою швидкістю (до 10 Гбіт / с і вище) і до того ж краще інших типів передавальної середовища забезпечує захист даних від зовнішніх перешкод.
2.2.4 Радіоканали наземного і супутникового зв'язку утворюються за допомогою передавача і приймача радіохвиль. Існує велика кількість різних типів радіоканалів, що відрізняються як використовуваним частотним діапазоном, так і дальністю каналу. Діапазони коротких, середніх і довгих хвиль, звані також діапазонами амплітудної модуляції (Amplitude Modulation, AM) за типом використовуваного в них методу модуляції сигналу, забезпечують телекомунікацію, але при невисокій швидкості передачі даних. Більш швидкісними є канали, які працюють на діапазонах ультракоротких хвиль, для яких характерна частотна модуляція (Frequency Modulation, FM), а також діапазонах надвисоких частот (НВЧ або microwaves). У діапазоні СВЧ (понад 4 ГГц) сигнали вже не відображаються іоносферою Землі і для стійкого зв'язку потрібна наявність прямої видимості між передавачем і приймачем. Тому такі частоти використовують або супутникові канали, або радіорелейні канали, де ця умова виконується.
У комп'ютерних мережах сьогодні застосовуються практично всі описані типи фізичних середовищ передачі даних, але найбільш перспективними є волоконно-оптичні. На них сьогодні будуються як магістралі великих територіальних мереж, так і високошвидкісні лінії зв'язку локальних мереж. Популярною середовищем є також кручена пара, яка характеризується відмінним співвідношенням якості до вартості, а також простотою монтажу. За допомогою кручений пари зазвичай підключають кінцевих абонентів мереж на відстанях до 100 метрів від концентратора. Супутникові канали та радіозв'язок використовуються найчастіше в тих випадках, коли кабельні зв'язку застосувати не можна - наприклад, при проходженні каналу через малонаселену місцевість або ж для зв'язку з мобільним користувачем мережі, таким як шофер вантажівки, лікар, що здійснює обхід, і т. П.
Кабель (cable), який використовується для побудови комп'ютерних мереж, являє собою складну конструкцію, що складається, в загальному випадку, з провідників, ізолюючих і екрануючих шарів. У сучасних мережах використовуються три типи кабелю:
- коаксіальний кабель (coaxial cable);
- "Кручена пара" (twisted pair);
- оптоволоконний кабель (fiber optic).
Коаксіальний кабель був першим типом кабелю, використаним для з'єднання комп'ютерів в мережу. Кабель даного типу (рисунок 7) складається з центрального мідного провідника, покритого пластиковим ізолюючим матеріалом, який, в свою чергу, оточений мідною сіткою і / або алюмінієвою фольгою. Цей зовнішній провідник забезпечує заземлення та захист центрального провідника від зовнішньої електромагнітної інтерференції. При прокладанні мереж використовуються два типи кабелю - "Товстий коаксіальний кабель" (Thicknet) і "Тонкий коаксіальний кабель" (Thinnet). Мережі на основі коаксіального кабелю забезпечують передачу зі швидкістю до 10 Мбіт / с. Максимальна довжина сегмента лежить в діапазоні від 185 до 500 м в залежності від типу кабелю.
Малюнок 7. Пристрій коаксіальногокабелю
Малюнок 8. Пристрій кабелю типу "вита пара"
Оптоволоконні кабелі є найбільш сучасну кабельну технологію, що забезпечує високу швидкість передачі даних на великі відстані, стійку до інтерференції і прослуховування. Оптоволоконний кабель складається з центрального скляного або пластикового провідника, оточеного шаром скляного або пластикового покриття і зовнішньої захисною оболонкою (малюнок 9). Передача даних здійснюється за допомогою лазерного або світлодіодного передавача, що посилає односпрямовані світлові імпульси через центральний провідник. Сигнал на іншому кінці приймається фотодіодних приймачем, що здійснює перетворення світлових імпульсів в електричні сигнали, які можуть оброблятися комп'ютером. Швидкість передачі для оптоволоконних мереж знаходиться в діапазоні від 100 Мбіт / c до 2 Гбіт / с. Обмеження по довжині сегмента становить 2 км.
Малюнок 9. Пристрій оптоволоконного кабелю.
Загальна кількість мереж, що працюють по протоколу Ethernet в даний час, оцінюється в 5 мільйонів, а кількість комп'ютерів з встановленими мережними адаптерами Ethernet - у 50 мільйонів.
На основі стандарту Ethernet DIX був розроблений стандарт IEEE 802.3, в ньому розрізняються рівні MAC (Media Access Control - рівень управління доступом до середовища) і LLC (Logical Link Control - рівень логічної передачі даних), в оригінальному Ethernet обидва ці рівня об'єднані в єдиний канальний рівень. Дещо відрізняється і формат кадру, хоча мінімальні і максимальні розміри кадрів у цих стандартах збігаються.
Для передачі інформації по кабелю для всіх варіантів фізичного рівня технології Ethernet використовується пропускна здатність 10 Мбіт / с.
Метод доступу CSMA / CD.
У мережах Ethernet використовується метод доступу до середовища передачі даних, званий методом колективного доступу з пізнанням несучої і виявленням колізій.
Цей метод застосовується виключно в мережах з логічною загальною шиною. Всі комп'ютери такої мережі мають безпосередній доступ до загальної шині, тому вона може бути використана для передачі даних між будь-якими двома вузлами мережі. Одночасно всі комп'ютери мережі мають можливість негайно (з урахуванням затримки поширення сигналу по фізичному середовищу) отримати дані, які будь-який з комп'ютерів почав передавати на загальну шину. Простота схеми підключення - це один з факторів, що визначили успіх стандарту Ethernet. Кажуть, що кабель, до якого підключені всі станції, працює в режимі колективного доступу.
Етапи доступу до середовища.
Щоб отримати можливість передавати кадр, станція повинна переконатися, що колективна середу вільна. Якщо середовище вільне, то вузол має право почати передачу кадру.
Після закінчення передачі кадру всі вузли мережі зобов'язані витримати технологічну паузу (Inter Packet Gap) у 9,6 мкс. Ця пауза, звана також міжкадрових інтервалом, потрібна для приведення мережних адаптерів в початковий стан, а також для запобігання монопольного захоплення середовища однією станцією. Після закінчення технологічної паузи вузли мають право почати передачу свого кадру, так як середу вільна.
При описаному підході можлива ситуація, коли дві станції одночасно намагаються передати кадр даних по загальному середовищу. Механізм прослуховування середовища і пауза між кадрами не гарантують від виникнення такої ситуації, коли дві або більше станції одночасно вирішують, що середовище вільне, і починають передавати свої кадри. Кажуть, що при цьому відбувається колізія (collision), так як вміст обох кадрів стикаються на загальному кабелі, і відбувається спотворення інформації - методи кодування, використовувані в Ethernet, не дозволяють виділяти сигнали кожної станції з загального сигналу.
Для виникнення колізії не обов'язково, щоб кілька станцій почали передачу абсолютно одночасно, така ситуація малоймовірна. Набагато ймовірніше, що колізія виникає через те, що один вузол починає передачу раніше іншого, але до другого вузла сигнали першого просто не встигають дійти до того часу, коли другий вузол вирішує почати передачу свого кадру.