4. Топології обчислювальних мереж
4.1. Топологія типу «зірка»
Концепція топології мережі у вигляді зірки прийшла з області великих ЕОМ, у якій головна машина одержує й обробляє всі дані з периферійних пристроїв як активний вузол обробки даних. Цей принцип застосовується в системах передачі даних, наприклад, в електронній пошті мережі RelCom. Вся інформація між двома периферійними робочими місцями проходить через центральний вузол обчислювальної мережі.
Рис.1 Структура топології у вигляді зірки
Пропускна здатність мережі визначається обчислювальною потужністю вузла і гарантується для кожної робочої станції. Колізій (зіткнень) даних не виникає. Кабельне з'єднання досить просте, тому що кожна робоча станція пов'язана з вузлом. Витрати на прокладку кабелів високі, особливо коли центральний вузол географічно розташований не в центрі топології.
При розширенні обчислювальних мереж не можуть бути використані раніше виконані кабельні зв'язки: до нового робочого місця необхідно прокладати окремий кабель з центра мережі.
Топологія у виді зірки є найбільш швидкодіючої з усіх топологій обчислювальних мереж, оскільки передача даних між робочими станціями проходить через центральний вузол (при його гарній продуктивності) по окремих лініях, використовуваним тільки цими робочими станціями. Частота запитів передачі інформації від однієї станції до іншої невисока в порівнянні з досягається в інших топологіях.
Продуктивність обчислювальної мережі в першу чергу залежить від потужності центрального файлового сервера. Він може бути вузьким місцем обчислювальної мережі. У разі виходу з ладу центрального вузла порушується робота всієї мережі. Центральний вузол управління - файловий сервер реалізує оптимальний механізм захисту проти несанкціонованого доступу до інформації. Вся обчислювальна мережа може управлятися з її центру.
4.2. Топологія типу «кільце»
При кільцевій топології мережі робочі станції пов'язані одна з іншою по колу, тобто робоча станція 1 з робочою станцією 2, робоча станція 3 з робочою станцією 4 і т.д. Остання робоча станція пов'язана з першою. Комунікаційний зв'язок замикається в кільце.
Рис.2 Структура кільцевої топології
Тривалість передачі інформації збільшується пропорційно кількості робочих станцій, що входять в обчислювальну мережу.
Основна проблема при кільцевій топології полягає в тому, що кожна робоча станція повинна активної участі в пересилання інформації, і в разі виходу з ладу хоча б однієї з них вся мережа паралізується. Несправності в кабельних з'єднаннях локалізуються легко.
Підключення нової робочої станції вимагає коротко термінового вимикання мережі, тому що під час установки кільце повинне бути розімкнутими. Обмеження на довжину обчислювальної мережі не існує, так як воно, в кінцевому рахунку, визначається винятково відстанню між двома робочими станціями. Спеціальною формою кільцевої топології є логічна кільцева мережу. Фізично вона монтується як з'єднання зоряних топологій.
Окремі зірки включаються за допомогою спеціальних комутаторів (англ. Hub - концентратор), які по-російськи також іноді називають «хаб». Залежно від числа робочих станцій і довжини кабелю між робочими станціями застосовують активні або пасивні концентратори.
Активні концентратори додатково містять підсилювач для підключення від 4 до 16 робочих станцій.
Рис.3 Структура логічної кільцевої ланцюга ЛВС
4.3. Топологія типу «шина»
При шинної топології середовище передачі інформації представляється у формі комунікаційного шляху, доступного дня всіх робочих станцій, до якого вони все повинні бути підключені. Всі робочі станції можуть безпосередньо вступати в контакт з будь-якою робочою станцією, наявною
Рис.4 Структура шинної топології
Робочі станції в будь-який час, без переривання роботи всієї обчислювальної мережі, можуть бути підключені до неї або відключені. Функціонування обчислювальної мережі не залежить від стану окремої робочої станції.
У стандартній ситуації для шинної мережі Ethernet часто використовують тонкий кабель або Cheapernet-кабель з тройниковая соединителем. Відключення і особливо підключення до такої мережі вимагають розриву шини, що викликає порушення циркулюючого потоку інформації і зависання системи. Нові технології пропонують пасивні штепсельні коробки, через які можна відключати і / або підключати робочі станції під час роботи обчислювальної мережі. Завдяки тому, що робочі станції можна підключати без переривання мережних процесів і комунікаційного середовища, дуже легко прослуховувати інформацію, тобто відгалужувати інформацію з комунікаційного середовища.
У ЛВС з прямою (НЕ модулируемой) передачею інформації завжди може існувати тільки одна станція, що передає інформацію. Для запобігання колізій в більшості випадків застосовується часовий метод поділу, згідно з яким для кожної підключеної робочої станції в певні моменти часу надається виключне право на використання каналу передачі даних. Тому вимоги до пропускної здатності обчислювальної мережі при підвищеному навантаженні підвищуються, наприклад, при введенні нових робочих станцій.
Робочі станції приєднуються до шини за допомогою пристроїв ТАР (англ. Terminal Access Point - точка підключення термінала). ТАР являє собою спеціальний тип приєднання до коаксіального кабелю. Зонд голчастою форми впроваджується через зовнішню оболонку зовнішнього провідника і шар діелектрика до внутрішнього провідника і приєднується до нього. У ЛВС з модульованої широкосмугової передачею інформації різні робочі станції отримують, у міру потреби, частоту, на якій ці робочі станції можуть відправляти і отримувати інформацію. Пересилаються дані модулюються на відповідних несучих частотах, тобто між середовищем передачі інформації і робочими станціями знаходяться відповідно модеми для модуляції і демодуляції. Техніка широкосмугових повідомлень дозволяє одночасно транспортувати в комунікаційному середовищі досить великий обсяг інформації.
Для подальшого розвитку дискретної транспортування даних не грає ролі, яка первинна інформація подана в модем (аналогова чи цифрова), так як вона все одно надалі буде перетворена. Основні характеристики трьох найбільш типових типологій обчислювальних мереж приведені в таблиці № 2.
4.4.Древовідная структура ЛВС
Поряд з відомими топологиями обчислювальних мереж «кільце», «зірка» і «шина», на практиці застосовується і комбінована, на приклад деревоподібна структура. Вона утворюється в основному у вигляді комбінацій вищезгаданих топологій обчислювальних мереж. Підстава дерева обчислювальної мережі (корінь) розташовується в точці, в якій збираються комунікаційні лінії інформації (гілки дерева). Обчислювальні мережі з деревоподібної структурою застосовуються там, де неможливо безпосереднє застосування базових мережних структур в чистому вигляді.
Для підключення великої кількості робочих станцій відповідно адаптерні платам застосовують мережні підсилювачі і / або комутатори. Комутатор, що володіє одночасно і функціями підсилювача, називають активним концентратором. На практиці застосовують дві їх різновиди, що забезпечують підключення відповідно восьми або шістнадцяти ліній. Пристрій до якого можна приєднати максимум три станції, називають пасивним концентратором. Пасивний концентратор зазвичай використовують як разветвитель. Він не потребує підсилювачі. Передумовою для підключення пасивного концентратора є те, що можливе максимальне відстань до робочої станції не повинно перевищувати декількох десятків метрів.
Рис.5 Деревовидна структура ЛВС
Табл.2 Основні характеристики топологій обчислювальних мереж