Розділ: Проблеми зв'язку декількох комп'ютерів
Об'єднуючи в мережу кілька (більше двох) комп'ютерів, необхідно вирішити, яким чином поєднати їх один з одним, іншими словами, вибрати конфігурацію фізичних зв'язків, або топологію.
Під топологією мережі розуміється конфігурація графа, вершинам якого відповідають кінцеві вузли мережі (наприклад, комп'ютери) і комунікаційне обладнання (наприклад, маршрутизатори), а ребрам - або інформаційні зв'язки між вершинами.
Число можливих варіантів конфігурації різко зростає при збільшенні числа пов'язують пристроїв. Так, якщо три комп'ютери ми можемо зв'язати двома способами (рис. 2.9, а), то для чотирьох можна запропонувати вже шість топологічно різних конфігурацій (за умови нерозрізненості комп'ютерів), що і ілюструє рис. 1, б.
Малюнок 1 - Варіанти зв'язку комп'ютерів
Ми можемо поєднувати кожен комп'ютер з кожним або ж зв'язувати їх послідовно, припускаючи, що вони будуть спілкуватися, передаючи повідомлення один одному «транзитом». Транзитні вузли повинні бути оснащені спеціальними засобами, що дозволяють їм виконувати цю специфічну посередницьку операцію. В якості транзитного вузла може виступати як універсальний комп'ютер, так і спеціалізований пристрій.
Від вибору топології зв'язків істотно залежать характеристики мережі. Наприклад, наявність між вузлами декількох шляхів підвищує надійність мережі і робить можливим розподіл завантаження між окремими каналами. 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.
Повнозв'язна топологія (рис. 2, а) відповідає мережі, в якій кожен комп'ютер безпосередньо пов'язаний з усіма іншими. Незважаючи на логічну простоту, цей варіант виявляється громіздким і неефективним. Дійсно, в такому випадку кожен комп'ютер в мережі повинен мати велику кількість комунікаційних портів, достатню для зв'язку з кожним з інших комп'ютерів мережі. 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'язні топології в крупних мережах застосовуються рідко, так як для зв'язку N вузлів потрібно N (N- 1) / 2 фізичних дуплексних ліній зв'язків, тобто має місце квадратична залежність від числа вузлів. Найчастіше цей вид топології використовується в багатомашинних комплексах або в мережах, які об'єднують невелику кількість комп'ютерів.
Малюнок 2 - Типові топології мереж
Всі інші варіанти засновані на неполносвязних топологиях, коли для обміну даними між двома комп'ютерами може знадобитися транзитна передача даних через інші вузли мережі.
Mesh-мережі виходить з повно-шляхом видалення деяких зв'язків (рис. 2, б). Mesh-мережі допускає з'єднання великої кількості комп'ютерів і характерна, як правило, для великих мереж.
Зіркоподібна топологія (рис. 2, г) утворюється в разі, коли кожен комп'ютер підключається безпосередньо до загального центрального пристрою, що зветься концентратором. У функції концентратора входить напрямок переданої комп'ютером інформації одному або всім іншим комп'ютерам мережі. Як концентратора може виступати як універсальний комп'ютер, так і спеціалізований пристрій. До недоліків зіркоподібній топології відноситься більш висока вартість мережного устаткування через необхідність придбання спеціалізованого центрального пристрою. Крім того, можливості по нарощуванню кількості вузлів в мережі обмежуються кількістю портів концентратора.
Іноді має сенс будувати мережу з використанням декількох концентраторів, ієрархічно з'єднаних між собою зіркоподібними зв'язками (рис. 2, д). Одержану в результаті структуру називають ієрархічної зіркою. або деревом. В даний час дерево є найпоширенішою топологією зв'язків як в локальних, так і глобальних мережах.
Особливим окремим випадком зірки є загальна шина (рис. 2, е). Тут в якості 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). Передана інформація поширюється по кабелю і доступна одночасно всім комп'ютерам, приєднаним до цього кабелю. Основними перевагами такої схеми є її дешевизна і простота приєднання нових вузлів до мережі, а недоліками - низька надійність (будь-який дефект кабелю повністю паралізує всю мережу) і невисока продуктивність (в кожен момент часу тільки один комп'ютер може передавати дані по мережі, тому пропускна здатність ділиться тут між усіма вузлами мережі).
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 (рис. 3).
Малюнок 3 - Змішана топологія
Джерело: Комп'ютерні мережі 4-видання (В. Оліфер, Н. Оліфер)