Войти
Топология сети - это расположение элементов (звеньев, узлов и т. д.) сети связи. Топология сети может использоваться для определения или описания расположения различных типов телекоммуникационных сетей, включая командные и управляющие радиосети, промышленные полевые шины и компьютерные сети.
Топология сети представляет собой топологическую структуру сети и может быть изображена физически или логически. Это приложение теории графов, в котором взаимодействующие устройства моделируются как узлы, а соединения между устройствами моделируются как связи или линии между узлами. Физическая топология - это размещение различных компонентов сети (например, местоположение устройства и прокладка кабеля), а логическая топология иллюстрирует, как данные передаются в сети. Расстояния между узлами, физические соединения, скорости передачи или типы сигналов могут различаться в двух разных сетях, но их логические топологии могут быть идентичными. Физическая топология сети является предметом особого внимания физического уровня модели OSI.
Примеры сетевых топологий можно найти в локальных сетях (LAN ), обычная компьютерная сеть. Любой данный узел в локальной сети имеет один или несколько физических каналов связи с другими устройствами в сети; графическое отображение этих связей приводит к геометрической форме, которую можно использовать для описания физической топологии сети. В локальных сетях используется широкий спектр физических топологий, в том числе кольцо, шина, сетка и звезда. И наоборот, отображение потока данных между компонентами определяет логическую топологию сети. Для сравнения, сети контроллеров, распространенные в транспортных средствах, в основном представляют собой распределенные сети систем управления из одного или нескольких контроллеров, соединенных с датчиками и исполнительными механизмами, неизменно через топологию физической шины.
Схема различных сетевых топологий. Существуют две основные категории сетевых топологий: физические топологии и логические топологии.
Схема среды передачи, используемая для соединения устройств, - это физическая топология сети. Для проводящих или волоконно-оптических сред это относится к схеме кабельной разводки, расположению узлов и соединениям между узлами и кабелями. Физическая топология сети определяется возможностями устройств доступа к сети и средами, желаемым уровнем контроля или отказоустойчивости, а также стоимостью, связанной с прокладкой кабелей или телекоммуникационными цепями.
Напротив, логическая топология - это способ воздействия сигналов на сетевой носитель или способ прохождения данных по сети от одного устройства к другому без учета физического соединения этих устройств. Логическая топология сети не обязательно совпадает с ее физической топологией. Например, исходная витая пара Ethernet с использованием концентраторов-повторителей была топологией логической шины, переносимой по физической звездообразной топологии. Token Ring представляет собой топологию логического кольца, но соединяется как физическая звезда от блока доступа к среде передачи. Физически AFDX может представлять собой каскадную звездообразную топологию нескольких коммутаторов Ethernet с двойным резервированием; тем не менее, AFDX виртуальные каналы моделируются как соединения шины с одним передатчиком с временной коммутацией, таким образом, следуя ранее использовавшейся модели безопасности топологии шины с одним передатчиком в самолете. Логические топологии часто тесно связаны с методами и протоколами управления доступом к среде. Некоторые сети могут динамически изменять свою логическую топологию путем изменения конфигурации своих маршрутизаторов и коммутаторов.
Среда передачи (часто упоминаемая в литературе как физическая среда), используемая для соединения устройств с целью формирования компьютерной сети, включает электрические кабели (Ethernet, HomePNA, линия связи, G.hn ), оптоволокно (волоконно-оптическая связь ) и радиоволны (беспроводные сети ). В модели OSI они определены на уровнях 1 и 2 - физическом уровне и уровне канала передачи данных.
Широко распространенное семейство средств передачи данных, используемых в технологии локальной сети (LAN ), в совокупности известно как Ethernet. Стандарты среды передачи и протокола, обеспечивающие связь между сетевыми устройствами через Ethernet, определены в IEEE 802.3. Ethernet передает данные как по медному, так и по оптоволоконному кабелю. Стандарты беспроводной локальной сети (например, определенные в IEEE 802.11 ) используют радиоволны, или другие используют инфракрасные сигналы в качестве среды передачи. Для передачи данных по линии электропередачи используются силовые кабели здания.
Оптоволоконные кабели используются для передачи света от одного компьютера / сетевого узла к другому Порядок следующих проводных технологий, грубо говоря, от самой медленной до максимальной скорости передачи.
карта 2007 года, на которой показаны подводные оптоволоконные телекоммуникационные кабели по всему миру. Цена является основным фактором, отличающим варианты проводной и беспроводной технологии в сети. бизнес. Опции беспроводной связи требуют надбавки к цене, что может сделать покупку компьютеров, принтеров и других устройств с проводным подключением финансовой выгодой. Прежде чем принять решение о покупке продуктов с проводным подключением, необходимо ознакомиться с ограничениями и ограничениями выбора. Потребности бизнеса и сотрудников могут преобладать над любыми соображениями затрат.
Персональные компьютеры очень часто подключаются к сетям с помощью беспроводных каналов Были предприняты различные попытки передачи данных через экзотические носители. :
Оба случая имеют большое время задержки туда и обратно, что обеспечивает медленную двустороннюю связь, но не препятствует отправке больших объемов информации.
Сетевые узлы - это точки подключения среды передачи к передатчикам и приемникам электрических, оптических или радиосигналов, переносимых в среде. Узлы могут быть связаны с компьютером, но некоторые типы могут иметь только микроконтроллер на узле или, возможно, вообще не иметь программируемого устройства. В простейшем из последовательных устройств один передатчик RS-232 может быть подключен парой проводов к одному приемнику, образуя два узла на одном канале, или по топологии «точка-точка». Некоторые протоколы разрешают одному узлу только передавать или принимать (например, ARINC 429 ). В других протоколах есть узлы, которые могут передавать и принимать в одном канале (например, CAN может иметь несколько приемопередатчиков, подключенных к одной шине). В то время как обычные системные строительные блоки компьютерной сети включают в себя контроллеры сетевого интерфейса (NIC), повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы, модемы, шлюзы и межсетевые экраны, большинство сетевых проблем решаются за пределами физической топологии сети и могут быть представлены как отдельные узлы в определенной физической топологии сети.
Сетевой интерфейс ATM в виде дополнительной карты. Многие сетевые интерфейсы встроены. A контроллер сетевого интерфейса (NIC) - это компьютерное оборудование, которое предоставляет компьютеру возможность доступа к среде передачи и имеет возможность обрабатывать информация о сети низкого уровня. Например, сетевая карта может иметь разъем для приема кабеля или антенну для беспроводной передачи и приема, а также связанные схемы.
NIC отвечает на трафик, адресованный на сетевой адрес для NIC или компьютера в целом.
В сетях Ethernet каждый контроллер сетевого интерфейса имеет уникальный адрес Media Access Control (MAC), который обычно хранится в постоянной памяти контроллера. Чтобы избежать конфликтов адресов между сетевыми устройствами, Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) поддерживает и администрирует уникальность MAC-адресов. Размер MAC-адреса Ethernet составляет шесть октетов. Три наиболее значимых октета зарезервированы для идентификации производителей сетевых адаптеров. Эти производители, используя только назначенные им префиксы, однозначно назначают три младших октета каждому интерфейсу Ethernet, который они производят.
A Повторитель - это электронное устройство, которое принимает сетевой сигнал, очищает его от ненужного шума и восстанавливает его. Сигнал может быть преобразован или повторно передан с более высоким уровнем мощности на другую сторону препятствия, возможно, с использованием другой среды передачи, так что сигнал может преодолевать большие расстояния без ухудшения качества. Коммерческие повторители расширили сегменты RS-232 с 15 метров до километра. В большинстве конфигураций Ethernet на основе витой пары репитеры необходимы для кабеля, длина которого превышает 100 метров. При использовании волоконной оптики повторители могут быть удалены друг от друга на десятки или даже сотни километров.
Повторители работают на физическом уровне модели OSI, то есть нет сквозных изменений в физическом протоколе через репитер или пару репитеров, даже если может использоваться другой физический уровень. между концами репитера или пары репитеров. Повторителям требуется небольшое количество времени для восстановления сигнала. Это может вызвать задержку распространения, которая влияет на производительность сети и может повлиять на правильную работу. В результате многие сетевые архитектуры ограничивают количество повторителей, которые могут использоваться в строке, например, правило Ethernet 5-4-3.
Повторитель с несколькими портами известен как концентратор, Концентратор Ethernet в сетях Ethernet, концентратор USB в сетях USB.
A сетевым мостом соединяет и фильтрует трафик между двумя сегментами сети на канальном уровне (уровень 2) модели OSI, чтобы сформировать единую сеть. Это нарушает домен коллизии сети, но поддерживает единый домен широковещательной рассылки. Сегментация сети разбивает большую перегруженную сеть на совокупность более мелких и более эффективных сетей.
Мосты бывают трех основных типов:
A сетевой коммутатор - это устройство, которое пересылает и фильтрует уровень 2 OSI дейтаграммы (кадры ) между портами на основе MAC-адреса назначения адрес в каждом кадре. Коммутатор отличается от концентратора тем, что он пересылает кадры только на физические порты, участвующие в обмене данными, а не на все подключенные порты. Его можно рассматривать как многопортовый мост. Он учится связывать физические порты с MAC-адресами, исследуя исходные адреса полученных кадров. Если целью является неизвестный пункт назначения, коммутатор выполняет широковещательную передачу на все порты, кроме источника. Коммутаторы обычно имеют множество портов, что позволяет использовать звездообразную топологию для устройств и каскадировать дополнительные коммутаторы.
Многоуровневые коммутаторы допускают маршрутизацию на основе адресации уровня 3 или дополнительных логических уровней. Термин «коммутатор» часто используется в широком смысле для обозначения таких устройств, как маршрутизаторы и мосты, а также устройств, которые могут распределять трафик в зависимости от нагрузки или содержимого приложения (например, идентификатора Web URL ).
Типичный маршрутизатор для дома или небольшого офиса с телефонной линией ADSL и Ethernet с подключением сетевого кабеля A маршрутизатор - это межсетевое устройство, которое пересылает пакеты между сетями, обрабатывая информацию маршрутизации, включенную в пакет или дейтаграмму (информация интернет-протокола с уровня 3). Информация о маршрутизации часто обрабатывается вместе с таблицей маршрутизации (или таблицей пересылки). Маршрутизатор использует свою таблицу маршрутизации, чтобы определить, куда пересылать пакеты. Пункт назначения в таблице маршрутизации может включать в себя «нулевой» интерфейс, также известный как интерфейс «черной дыры», потому что данные могут поступать в него, однако для упомянутых данных не выполняется никакой дальнейшей обработки, т.е. пакеты отбрасываются.
Модемы (MOdulator-DEModulator) используются для подключения сетевых узлов по проводам, изначально не предназначенным для цифрового сетевого трафика, или для беспроводной связи. Для этого один или несколько несущих сигналов модулируются цифровым сигналом для создания аналогового сигнала, который может быть адаптирован для придания требуемых свойств для передачи. Модемы обычно используются для телефонных линий с использованием технологии цифровой абонентской линии.
A межсетевой экран - это сетевое устройство для управления сетевой безопасностью и правилами доступа. Брандмауэры обычно настроены так, чтобы отклонять запросы доступа от нераспознанных источников, но разрешать действия от распознанных. Жизненно важная роль межсетевых экранов в сетевой безопасности растет параллельно с постоянным увеличением кибератак.
Исследование топологии сети распознает восемь основных топологий: точка-точка, шина, звезда, кольцевая или кольцевая, ячеистая, древовидная, гибридная или последовательная.
Простейшая топология с выделенным каналом между двумя конечными точками. Самый простой для понимания вариант топологии «точка-точка» - это канал связи «точка-точка» , который кажется пользователю постоянно связанным с двумя конечными точками. Детский телефон консервной банки является одним из примеров физического выделенного канала.
Используя технологии коммутации каналов или пакетной коммутации, канал точка-точка может быть настроен динамически и отключен, когда он больше не нужен. Коммутируемые топологии «точка-точка» являются базовой моделью обычной телефонии.
Ценность постоянной сети «точка-точка» - это беспрепятственная связь между двумя конечными точками. Ценность соединения точка-точка по требованию пропорциональна количеству потенциальных пар абонентов и выражается как Закон Меткалфа.
Шлейфовое соединение достигается путем подключения каждый компьютер последовательно к следующему. Если сообщение предназначено для компьютера, находящегося на полпути, каждая система пересылает его последовательно, пока не достигнет места назначения. Гирляндная сеть может иметь две основные формы: линейную и кольцевую.
Шина сетевая топология В локальной области В сетях с шинной топологией каждый узел подключается интерфейсными разъемами к одному центральному кабелю. Это «шина», также называемая магистралью или магистралью ) - все передача данных между узлами в сети передается через эту общую передачу. носитель и может быть принят всеми узлами сети одновременно.
Сигнал, содержащий адрес предполагаемой принимающей машины, проходит от исходной машины в обоих направлениях ко всем машинам, подключенным к шина, пока не найдет предполагаемого получателя, который затем принимает данные. Если машинный адрес не совпадает с адресом, предназначенным для данных, часть сигнала, содержащая данные, игнорируется. Поскольку топология шины состоит только из одного провода, ее реализация дешевле, чем в других топологиях, но экономия компенсируется более высокой стоимостью управления сетью. Кроме того, поскольку сеть зависит от одного кабеля, он может быть единственной точкой отказа сети. В этой топологии передаваемые данные могут быть доступны любому узлу.
В сети с линейной шиной все узлы сети подключены к общей среде передачи, которая имеет только две конечные точки. Когда электрический сигнал достигает конца шины, сигнал отражается обратно по линии, вызывая нежелательные помехи. Чтобы предотвратить это, две конечные точки шины обычно заканчиваются устройством, называемым терминатором.
В распределенной сети шины все узлы сети подключены к общая среда передачи с более чем двумя конечными точками, созданная путем добавления ветвей к основному участку среды передачи - топология физической распределенной шины функционирует точно так же, как топология физической линейной шины, поскольку все узлы используют общую среду передачи.
Топология сети «звезда» В топологии «звезда» каждый периферийный узел (компьютерная рабочая станция или любое другое периферийное устройство) подключен к центральному узлу, называемому концентратором или коммутатором. Концентратор - это сервер, а периферийные устройства - это клиенты. Сеть не обязательно должна напоминать звезду, чтобы ее можно было классифицировать как звездообразную, но все периферийные узлы в сети должны быть подключены к одному центральному концентратору. Весь трафик, который проходит по сети, проходит через центральный концентратор, который действует как ретранслятор сигналов.
Топология «звезда» считается самой простой в разработке и реализации топологией. Одним из преимуществ звездообразной топологии является простота добавления дополнительных узлов. Основным недостатком звездообразной топологии является то, что концентратор представляет собой единую точку отказа. Кроме того, поскольку все периферийные коммуникации должны проходить через центральный концентратор, совокупная центральная полоса пропускания образует узкое место в сети для больших кластеров.
Топология расширенной звездообразной сети расширяет топологию физической звезды за счет одного или нескольких повторителей между центральным узлом и периферийными (или «лучевыми») узлами. Повторители используются для увеличения максимальной дальности передачи физического уровня, расстояния от точки к точке между центральным узлом и периферийными узлами. Повторители позволяют передавать на большее расстояние, чем было бы возможно, используя только мощность передачи центрального узла. Использование повторителей может также преодолеть ограничения стандарта, на котором основан физический уровень.
Физическая расширенная звездообразная топология, в которой повторители заменены концентраторами или коммутаторами, является типом гибридной сетевой топологии и называется физической иерархической звездообразной топологией, хотя в некоторых текстах не делается различия между двумя топологиями.
Физическая иерархическая звездообразная топология также может называться топологией уровня-звезда, эта топология отличается от древовидной топологии способом соединения звездообразных сетей. Топология уровня звезда использует центральный узел, тогда как топология дерева использует центральную шину и также может называться сетью звездообразной шины.
Распределенная звезда - это топология сети, состоящая из отдельных сетей, основанных на физической топологии звезды, соединенных линейным образом, т. Е. «Гирляндной цепочкой» - с отсутствие точки соединения центрального или верхнего уровня (например, два или более «составных» концентраторов вместе с их связанными узлами, соединенными звездой или «спицами»).
Топология кольцевой сети Кольцевая топология - это топология шины в замкнутом контуре. Данные перемещаются по кольцу в одном направлении. Когда один узел отправляет данные другому, данные проходят через каждый промежуточный узел в кольце, пока не достигнут пункта назначения. Промежуточные узлы повторяют (повторно передают) данные, чтобы сигнал оставался сильным. Каждый узел является одноранговым узлом; нет иерархической взаимосвязи клиентов и серверов. Если один узел не может повторно передать данные, он разрывает связь между узлами до и после него на шине.
Преимущества:
Недостатки:
Ценность полносвязных сетей пропорциональна показателю числа абонентов, предполагая, что взаимодействующие группы любые две конечные точки, включая все конечные точки, аппроксимируются законом Рида.
Полностью подключенная ячеистая топология В полностью подключенной сети все узлы взаимосвязаны. (В теории графов это называется полным графом.) Простейшей полносвязной сетью является сеть с двумя узлами. Полностью подключенная сеть не требует использования коммутации пакетов или широковещательной передачи. Однако, поскольку количество подключений растет квадратично с количеством узлов:
Это делает его непрактичным для больших сетей. Такая топология не вызывает отключения и не влияет на другие узлы в сети.
Частично подключенная ячеистая топология В частично подключенной сети определенные узлы подключены ровно к одному другому узлу; но некоторые узлы связаны с двумя или более другими узлами с помощью двухточечной связи. Это позволяет использовать некоторую избыточность топологии ячеистой сети, которая физически полностью связана, без затрат и сложности, необходимых для соединения между каждым узлом в сети.
Гибридная топология также известна как гибридная сеть. Гибридные сети объединяют две или более топологии таким образом, что результирующая сеть не демонстрирует одну из стандартных топологий (например, шина, звезда, кольцо и т. д.). Например, древовидная сеть (или сеть со звездообразной шиной) представляет собой гибридную топологию, в которой звездообразные сети соединены между собой через шинные сети. Однако древовидная сеть, соединенная с другой древовидной сетью, по-прежнему является топологически древовидной сетью, а не отдельным типом сети. Гибридная топология всегда создается, когда соединяются две разные базовые сетевые топологии.
Сеть типа звезда-кольцо состоит из двух или более кольцевых сетей, соединенных с помощью многостанционного блока доступа (MAU) в качестве централизованного концентратора.
Топология «снежинка» - это звездообразная сеть из звездообразных сетей.
Два других типа гибридных сетей - это гибридная ячеистая и иерархическая звезда.
звездообразная топология снижает вероятность сбоя сети за счет подключения всех периферийных узлов (компьютеров и т. Д.) К центральному узлу. Когда физическая звездообразная топология применяется к сети логической шины, такой как Ethernet, этот центральный узел (традиционно концентратор) ретранслирует все передачи, полученные от любого периферийного узла, на все периферийные узлы в сети, иногда включая исходные. узел. Таким образом, все периферийные узлы могут связываться со всеми остальными посредством передачи и приема только от центрального узла. Отказ на линии передачи, связывающей любой периферийный узел с центральным узлом, приведет к изоляции этого периферийного узла от всех остальных, но на остальные периферийные узлы это не повлияет. Однако недостатком является то, что отказ центрального узла вызовет отказ всех периферийных узлов.
Если центральный узел пассивен, исходный узел должен быть в состоянии выдержать прием эхо своей собственной передачи, задержанный двусторонним круговым обходом время передачи (т. Е. К центральному узлу и от него) плюс любая задержка, сгенерированная в центральном узле. Активная звездообразная сеть имеет активный центральный узел, который обычно имеет средства для предотвращения проблем, связанных с эхом.
A древовидная топология (также известная как иерархическая топология ) может рассматриваться как набор звездообразных сетей, организованных в иерархию . Это дерево имеет отдельные периферийные узлы (например, листья), которые необходимы для передачи и приема только от одного другого узла и не обязаны действовать как повторители или регенераторы. В отличие от звездообразной сети, функциональность центрального узла может быть распределенной.
Таким образом, как и в обычной звездообразной сети, отдельные узлы могут быть изолированы от сети из-за одноточечного отказа пути передачи к узлу. Если звено, соединяющее лист, выходит из строя, этот лист изолируется; если соединение с нелистовым узлом не удается, весь участок сети становится изолированным от остальных.
Чтобы уменьшить объем сетевого трафика, который исходит от широковещательной передачи всех сигналов на все узлы, были разработаны более совершенные центральные узлы, которые могут отслеживать идентификаторы узлов, подключенных к сети. Эти сетевые коммутаторы будут «изучать» структуру сети, «прослушивая» каждый порт во время нормальной передачи данных, проверяя пакеты данных и записывая адрес / идентификатор каждого подключенного узла. и к какому порту он подключен в таблице поиска, хранящейся в памяти. Эта таблица поиска затем позволяет пересылать будущие передачи только по назначению.
В частично связанной топологии ячеистой сети имеется по крайней мере два узла с двумя или более путями между ними для обеспечения избыточных путей в случае отказа канала, обеспечивающего один из путей. Децентрализация часто используется для компенсации недостатка единой точки отказа, который присутствует при использовании одного устройства в качестве центрального узла (например, в сетях типа звезда и дерево). Особый вид сетки, ограничивающий количество переходов между двумя узлами, - это гиперкуб. Количество произвольных вилок в ячеистых сетях затрудняет их проектирование и реализацию, но их децентрализованный характер делает их очень полезными. В 2012 году Институт инженеров по электротехнике и электронике (IEEE) опубликовал протокол Shortest Path Bridging для упрощения задач настройки и позволяет активировать все пути, что увеличивает пропускную способность и избыточность между всеми устройствами.
В некотором смысле это похоже на грид-сеть, где линейная или кольцевая топология используется для соединения систем в нескольких направлениях. Например, многомерное кольцо имеет тороидальную топологию.
Полностью подключенная сеть, полная топология или полная ячеистая топология - это сетевая топология, в которой существует прямая связь между всеми парами узлов. В полностью связанной сети с n узлами имеется n (n-1) / 2 прямых ссылок. Сети, спроектированные с такой топологией, обычно очень дороги в настройке, но обеспечивают высокую степень надежности из-за множественных путей для данных, которые обеспечиваются большим количеством избыточных каналов между узлами. Эта топология чаще всего встречается в военных приложениях.
 | На Викискладе есть медиафайлы, связанные с Топология (сеть). |
