Способы организации ЛВС

Как известно, компьютеры, входящие в состав ЛВС, могут быть расположены самым случайным образом на территории, где создается вычислительная сеть. Следует иметь в виду, что для способа обращения к передающей среде и методов управления сетью небезразлично, как расположены абоненты ЭВМ. Поэтому имеет смысл рассмотреть топологию ЛВС.

Под топологией (topology) сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют конечные узлы сети (компьютеры), а ребрам – электрические и информационные связи между ними.

Существуют два основных класса топологии вычислительных (компьютерных) сетей:

• широковещательные;

• последовательные.

В широковещательных конфигурациях каждый абонент передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными абонентскими системами. К таким конфигурациям относятся общая шина, дерево, звезда с пассивным центром.

В последовательных конфигурациях каждый физический подуровень передает информацию только одной абонентской системе.

Отсюда ясно, что широковещательные конфигурации – как правило, ЛВС с селекцией информации, а последовательные – ЛВС с маршрутизацией информации.

Любая топология сети может диктовать не только тип кабеля, но и способ его прокладки и определять метод доступа компьютера в сеть.

Топологии вычислительных (компьютерных) сетей могут быть самыми различными, но для ЛВС типичными являются три: «общая шина», «звезда» и «кольцо».

Топология «общая шина» предполагает использование одного сетевого кабеля, именуемого магистралью, или сегментом, вдоль которого подключены все рабочие сети (рис. 23).

Рис. 23. Топология «Общая шина»

Достоинствами ЛВС шинной топологии являются:

• простота расширения и используемых методов управления;

• экономный (минимальный) расход кабеля;

• недорогая и несложная в использовании среда передачи данных;

• простота системы, отсутствие необходимости в централизованном управлении.

В ЛВС с шинной топологией при передаче пакетов данных каждый компьютер адресует его конкретному компьютеру сети, передавая его по сетевому кабелю в виде электрических сигналов. Пакет в виде электрических сигналов передается по шине в обоих направлениях всем компьютерам сети.

Однако информацию принимает только тот адрес, который соответствует адресу получателя, указанному в заголовке пакета. Данные в виде электрических сигналов распространяются по всей сети от одного конца кабеля к другому и, достигая его конца, поглощаются терминатором (заглушкой). Так как в каждый момент времени в сети может вести передачу только одна рабочая станция, производительность ЛВС зависит от количества РС, подключенных к шине.

Шина – пассивная технология. Это означает, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю, в связи с чем выход одного компьютера из строя не скажется на работе всей сети.

Однако шинная топология ЛВС имеет и определенные недостатки:

• низкая надежность – любой дефект в кабельной сети полностью ее парализует;

• низкая производительность, так как пропускная способность канала связи определяется всеми узлами сети;

• при значительном объеме трафика уменьшается пропускная способность сети.

При топологии «звезда» все компьютеры с помощью сегментов кабеля подключаются к центральному компоненту – концентратору (рис. 24). Пакеты данных от каждого компьютера направляются к центральному концентратору, который, в свою очередь, переправляет их к месту назначения.

Рис. 24. Топология «Звезда»

В ЛВС с топологией типа «звезда» в центре находится пассивный соединитель или активный повторитель – достаточно простые и надежные устройства. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети.

Звездообразные ЛВС обычно менее надежны, чем сети с топологи ей «шина», но они могут быть защищены от нарушений в кабеле с помощью центрального реле, которое отключает вышедшие из строя кабельные лучи.

Основные преимущества топологии «звезда»:

• легко модулируются и наращиваются, добавляя новые РС;

• имеют централизованный контроль и управление;

• выход из строя РС не влияет на работу сети.

К недостаткам топологии «звезда» следует отнести:

• более высокую стоимость сетевого оборудования из-за наличия центрального устройства;

• наращивание количества узлов в сети, ограниченное количеством портов концентратора;

• большее количество кабеля для реализации сети, чем «шина» и «кольцо»;

• нарушение работы всей сети при выходе из строя концентратора.

При топологии «кольцо» сеть замкнута, образуя неразрывное кольцо (рис. 25), в связи с чем у кабеля канала связи не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор (заглушку). Начав движение в какой-либо точке кольца, пакет данных в конце концов попадает в его начало. Из-за такой особенности данные в кольце движутся всегда в одном направлении. При перемещении кадра по кольцу каждая РС принимает кадр, анализирует его адресное поле, снимает копию кадра, если он адресован данной РС, ретранслирует кадр. Естественно, что все это замедляет передачу данных в кольце, причем длительность задержки определяется числом РС.

Удаление кадра из кольца производится обычно станцией-отправителем. В этом случае кадр совершает по кольцу полный круг и возвращается к станции-отправителю, которая воспринимает его как квитанцию – подтверждение получения кадра адресатом. Удаление кадра из кольца может осуществляться и станцией-получателем, тогда кадр не совершает полного круга, а станция-отправитель не получает квитанции – подтверждения.

Рис. 25. Топология «Кольцо»

Кольцевая структура обеспечивает довольно широкие функциональные возможности ЛВС при высокой эффективности использования моноканала, низкой стоимости, простоте методов управления, возможности контроля работоспособности моноканала.

Основные достоинства топологии «кольцо» ЛВС:

• все РС имеют равный доступ;

• количество пользователей не сказывается на производительности;

• низкая стоимость;

• резервирование связи.

В отличие от пассивной топологии «шина», в «кольце» каждый компьютер выступает в роли репитера (повторителя), усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру.

К недостаткам кольцевой топологии ЛВС относятся:

• выход из строя одной РС выводит из строя всю сеть;

• изменение или модернизация конфигурации сети требует остановки всей сети;

• уязвимость в отношении отказов как последовательная конфигурация сети;

• слабая защищенность: данные проходят через каждый сетевой компьютер, давая возможность для перехвата информации.

Таким образом, для ЛВС можно выделить следующие характерные признаки:

• относительная простота конфигурации сети;

• использование высокоскоростных цифровых каналов передачи данных;

• высокий уровень взаимодействия пользователей сети;

• размещение сети на ограниченной территории, на которой замыкаются все основные информационные потоки;

• сравнительно невысокая стоимость сетевого оборудования, в том числе сетевых адаптеров.