Проблеми об'єднання декількох комп'ютерів. топологія мережі
Як тільки комп'ютерів стає більше двох, виникає проблема вибору конфігурації фізичних зв'язків або топології. Під топологією мережі розуміється конфігурація графа, вершинам якого відповідають кінцеві вузли мережі (наприклад, комп'ютери) і комунікаційне обладнання (наприклад, маршрутизатори, мости, комутатори), а ребрам - електричні та інформаційні зв'язки між ними. Комп'ютери, підключені до мережі, часто називають станціями або вузлами мережі.
Число можливих конфігурацій різко зростає при збільшенні числа пов'язують пристроїв. Так, якщо три комп'ютери ми можемо зв'язати двома способами, то для чотирьох комп'ютерів (рисунок 7) можна запропонувати вже шість топологічно різних конфігурацій (за умови нерозрізненості комп'ютерів).
Ми можемо поєднувати кожен комп'ютер з кожним або ж зв'язувати їх послідовно, припускаючи, що вони будуть спілкуватися, передаючи один одному повідомлення "транзитом". При цьому транзитні вузли повинні бути оснащені спеціальними засобами, що дозволяють виконувати цю специфічну посередницьку операцію. У ролі транзитного вузла може виступати як універсальний комп'ютер, так і спеціалізований пристрій.
Малюнок 7 - Варіанти зв'язку комп'ютерів
Від вибору топології зв'язків залежать багато характеристик мережі. Наприклад, наявність між вузлами декількох шляхів підвищує надійність мережі і робить можливою балансування завантаження окремих каналів. Простота приєднання нових вузлів, властива деяким топологиям, робить мережу легко розширюється. Економічні міркування часто приводять до вибору топологій, для яких характерна мінімальна сумарна довжина ліній зв'язку.
Серед безлічі можливих конфігурацій розрізняють повнозв'язні і неполносвязние топології:
Повнозв'язна топологія (рисунок 8) відповідає мережі, в якій кожен комп'ютер безпосередньо пов'язаний з усіма іншими. Незважаючи на логічну простоту, це варіант громіздкий і неефективний.
Дійсно, кожен комп'ютер в мережі повинен мати велику кількість комунікаційних портів, достатню для зв'язку з кожним з інших комп'ютерів. Для кожної пари комп'ютерів повинна бути виділена окрема фізична лінія зв'язку. (В деяких випадках навіть дві, якщо неможливе використання цієї лінії для двосторонньої передачі.) Повнозв'язну топології в крупних мережах застосовуються рідко, так як для зв'язку N вузлів потрібно N (N-1) / 2 фізичних ліній зв'язку, тобто має місце квадратична залежність. Найчастіше цей вид топології використовується в багатомашинних комплексах або в мережах, які об'єднують невелику кількість комп'ютерів.
Малюнок 8 - Повнозв'язна конфігурація
Всі інші варіанти засновані на неполносвязних топологиях, коли для обміну даними між двома комп'ютерами може знадобитися проміжна передача даних через інші вузли мережі.
Mesh-мережі виходить з повно-шляхом видалення деяких можливих зв'язків (рисунок 9). У мережі з комірчастою топологією безпосередньо зв'язуються тільки ті комп'ютери, між якими відбувається інтенсивний обмін даними, а для обміну даними між комп'ютерами, що не з'єднаними прямими зв'язками, використовуються транзитні передачі через проміжні вузли. Mesh-мережі допускає з'єднання великої кількості комп'ютерів і характерна, як правило, для глобальних мереж.
Малюнок 9 - Ніздрювата топологія
Малюнок 10 - Топологія "кільце"
Топологія "зірка" (рисунок 11) утворюється в тому випадку, коли кожен комп'ютер за допомогою окремого кабелю підключається до загального центрального пристрою, що зветься концентратором, який знаходиться в центрі мережі.
У функції концентратора входить напрямок переданої комп'ютером інформації одному або всім іншим комп'ютерам мережі. У ролі концентратора може виступати як комп'ютер, так і спеціалізований пристрій, таке як Багатовходові повторювач, комутатор або маршрутизатор.
Головна перевага цієї топології - істотно більша надійність. Будь-які неприємності з кабелем стосуються лише того комп'ютера, до якого цей кабель приєднаний, і тільки несправність концентратора може вивести з ладу всю мережу. Крім того, концентратор може грати роль інтелектуального фільтра інформації, що надходить від вузлів в мережу, і при необхідності блокувати заборонені адміністратором передачі.
До недоліків топології типу зірка відноситься більш висока вартість мережного устаткування через необхідність придбання концентратора. Крім того, можливості по нарощуванню кількості вузлів в мережі обмежуються кількістю портів концентратора.
Малюнок 11 - Топологія "зірка"
Іноді має сенс будувати мережу з використанням декількох концентраторів, ієрархічно з'єднаних між собою зв'язками типу "зірка" (рисунок 12). Одержану в результаті структуру називають також деревом. В даний час дерево є найпоширенішим типом топології зв'язків, як в локальних, так і в глобальних мережах.
Особливим окремим випадком конфігурації зірка є конфігурація "загальна шина" (рисунок 13). Тут в ролі центрального елемента виступає пасивний кабель, до якого за схемою "монтажного АБО" підключається декілька комп'ютерів (таку ж топологію мають багато мереж, що використовують бездротовий зв'язок - роль загальної шини тут грає загальна радиосреде).
Малюнок 12 -Топологія "ієрархічна зірка" або "дерево"
Передана інформація поширюється по кабелю і доступна одночасно всім приєднаним до нього комп'ютерів. Передана інформація може поширюватися в обидві сторони.
Малюнок 13 - Топологія "загальна шина"
Основними перевагами такої схеми є низька вартість і простота нарощування, тобто приєднання нових вузлів до мережі.
Застосування загальної шини знижує вартість проводки, уніфікує підключення різних модулів, забезпечує можливість майже миттєвого широкомовного звернення до всіх станцій мережі. Таким чином, основними перевагами такої схеми є дешевизна і простота розводки кабелю по приміщеннях.
Найсерйознішим недоліком "загальної шини" є її недостатня надійність: будь-який дефект кабелю або якого-небудь з численних роз'ємів повністю паралізує всю мережу. На жаль, дефект коаксіального роз'єму рідкістю не є.
Інший недолік "загальної шини" - невисока продуктивність, так як при такому способі підключення в кожен момент часу тільки один комп'ютер може передавати дані по мережі, тому пропускна здатність каналу зв'язку завжди ділиться між усіма вузлами мережі. До недавнього часу "загальна шина" була однією з найпопулярніших топологій для локальних мереж.
В даний час часто використовуються топології, які комбінують компонування мережі за принципом шини, зірки та кільця.
«Зірка-шина» - це комбінація топологій "шина" і "зірка", що показано на малюнку 5. Найчастіше це виглядає так: кілька мереж з топологією "зірка" об'єднуються за допомогою магістральної лінійної шини.
У цьому випадку вихід з ладу одного комп'ютера не робить ніякого впливу на мережу - інші комп'ютери як і раніше взаємодіють один з одним. А вихід з ладу концентратора спричинить за собою зупинку підключених до нього комп'ютерів і концентраторів.
Малюнок 5 - Мережа з топологією «зірка-шина»
Зірка-кільце (star-ring) здається дещо схожою на «зірку-шину», що показано на малюнку 6. І в тій, і в іншій топології комп'ютери підключені до концентратора, який фактично і формує кільце або шину. Відмінність в тому, що концентратори в зірці-шині з'єднані магістральної лінійної шиною, а в зірці-кільці на основі головного концентратора вони утворюють зірку.
Малюнок 6 - Мережа з топологією «зірка-кільце»
Іноді має сенс будувати мережу з використанням декількох концентраторів, ієрархічно з'єднаних між собою зв'язками типу «зірка». Одержану в результаті структуру називають також деревом. В даний час дерево є найпоширенішим типом топології зв'язків, як в локальних, так і в глобальних мережах.
У той час як невеликі мережі, як правило, мають типову топологію - "зірка". "Кільце" або "загальна шина". для великих мереж характерна наявність довільних зв'язків між комп'ютерами. У таких мережах можна виділити окремі довільно пов'язані фрагменти (підмережі), що мають типову топологію, тому їх називають мережами зі змішаною топологією (рисунок 14).
Малюнок 14 - Змішана топологія
Основні характеристики базових топологій локальних обчислювальних мереж знаходяться в таблиці 1.
Таблиця 1 - Основні характеристики топологій ЛОМ