Temat; Topologie sieci komputerowych

T

opologia określa kształt i konfigurację sieci. Innymi słowy, topologia sieci jest geometrycznym rozplanowaniem (zazwyczaj na planie kwadratu, koła lub trójkąta) połączonych ze sobą komputerów. Topologie sieci LAN mogą być opisane na płaszczyźnie fizycznej lub logicznej. Projektując sieć komputerową określenie określa kształt i wyjściowym. sieci. Innymi słowy, „topologia” oznacza strukturę, czyli przebieg połączeń pomiędzy zasobami sieci tzn. różnymi urządzeniami sieciowymi. Topologia jest jednym z tych parametrów sieci, które decydują o jej niezawodności. Wybór odpowiedniej topologii uzależniony jest od technologii która będzie wykorzystana do realizacji sieci. Każda z technologii przewiduje użycie określonych technologii. Topologia fizyczna określa geometryczną organizację sieci lokalnych oraz ustala standardy komunikacji. Jej zadaniem jest również zapewnienie bezbłędne zapewnienie transmisji danych. Topologia logiczna pokazuje wszelkie możliwe połączenia pomiędzy parami mogących się komunikować punktów końcowych sieci. Za jej pomocą opisywać można, które punkty końcowe mogą się komunikować z innymi, a także pokazać które z takich par mają wzajemne bezpośrednie połączenia. Topologia logiczna opisuje ponadto reguły komunikacji, z których powinna korzystać każda stacja robocza przy komunikowaniu się w sieci. Obie powyższe topologie są ze sobą ściśle powiązane. Klasyfikację topologii znajdziesz tutaj.

Rodzaj topologii fizycznej wynika z rodzaju zastosowania technologii sieci LAN. W wyniku zastosowania koncentratorów powstały sieci o topologii pierścieni gwiaździstych. Podobnie wprowadzenie przełączania w sieciach LAN zmieniło sposób klasyfikowania topologii. Lokalne sieci przełączane niezależnie od rodzaju ramki i metody dostępu, są topologicznie podobne. Pierścień jednostki dostępu do stacji wieloterminalowej, który do niedawna używany był do przyłączania - na poziomie elektroniki - wszelkich urządzeń do sieci Token Ring, nie pełni już tej funkcji. Zamiast niego każde z przyłączanych urządzeń ma własny minipierścień, do którego przyłączone są tylko dwa urządzenia: ono samo oraz port przełączania. Obecnie do najbardziej popularnych topologii sieciowych LAN należą: gwiazda oraz magistrala. Topologie logiczne definiowane są przez organizację IEEE (Institute of Electrical and Eletronic Engineers). Najczęściej stosowane są niżej zamieszczone topologie logiczne. Informacje nt. innych standardów znajdziesz korzystając z wyszukiwarek dokumentów RFC:

• IEEE 802.3 10Mb Ethernet,

• IEEE 802.3u 100Mb Ethernet,

• IEEE 802.3x Full Duplex Ethernet,

• IEEE 802.3z 1Gb Ethernet,

• IEEE 802.5 Token Ring,

• IEEE 802.11 Wireless LANs (sieci bezprzewodowe),

• IEEE 802.12 100VG-AnyLAN,

• IEEE 802.14 Cable Modem (modem kablowy)

ęłęóTopologia typu gwiazda

Połączenie sieci LAN o topologii gwiazdy z przyłączonymi do niej urządzeniami rozchodzą się z jednego, wspólnego punktu, którym jest serwer lub koncentrator. Każde urządzenie przyłączone do sieci w topologii gwiazdy może uzyskiwać bezpośredni i niezależny od innych urządzeń dostęp do nośnika. W tym celu urządzenia te muszą współdzielić dostępne szerokości pasma koncentratora. Sposób połączenia przedstawia poniższy rysunek:

Istnieją dwa rodzaje topologii typu gwiazda:

• aktywne (sygnał w koncentratorze jest regenerowany lub wzmacniany)

• bierne (cały transfer w sieci przechodzi poprzez hub, z którego sygnał może być nadawany do kilku lub do wszystkich węzłów.

Topologie gwiazdy stały się dominującym we współczesnych sieciach LAN rodzajem topologii. Są one elastyczne, skalowalne i stosunkowo tanie w porównaniu z bardziej skomplikowanymi sieciami LAN o ściśle regulowanych metodach dostępu. Główną zaletą topologii gwiazdy jest to, że sieć może działać nawet, gdy jeden lub kilka komputerów ulegnie awarii. Ponieważ każdy komputer jest połączony tylko z koncentratorem, w wypadku awarii tego komputera dane mogą być przesyłane przez koncentrator pomiędzy pozostałymi komputerami. Podstawową wadą tego rozwiązania jest to, że w wypadku awarii centralnego koncentratora cała sieć przestaje działać. Ponieważ cały ruch w sieci jest obsługiwany przez koncentrator, największe znaczenie ma odpowiednie zabezpieczenie tego komputera.

Zalety topologii typu gwiazda:

• Sieć może działać nawet, gdy jeden lub kilka komputerów ulegnie awarii.

• Sieć jest elastyczna i skalowalna

• Łatwość monitoringu, konserwacji, wykrywania i lokalizacji kolizji

Wady tej topologii:

• Stosunkowo wysoki koszt spowodowany jest dużą ilością kabla potrzebnego do podłączenia każdego z węzłów

• W wypadku awarii elementu centralnego jakim jest koncentrator sieć nie działa

ęłęóTopologia magistrali (szynowa)

Topologię magistrali wyróżnia to, że wszystkie węzły sieci połączone są ze sobą za pomocą pojedynczego, otwartego kabla. Kabel ten obsługuje tylko jeden kanał i nazywany jest magistralą. Wszystkie komputery w sieci są przyłączone bezpośrednio do sieci, jak to widać na poniższym rysunku.

Niektóre technologie oparte na magistrali korzystają z więcej niż jednego kabla, dzięki czemu obsługiwać mogą więcej niż jeden kanał, mimo że każdy z kabli obsługuje niezmiennie tylko jeden kanał transmisyjny. Oba końce magistrali muszą być zakończone opornikami ograniczającymi, tak zwanymi terminatorami. Oporniki te zapobiegają odbiciu sygnału. Zawsze gdy komputer wysyła sygnał, rozchodzi się on w przewodzie automatycznie w obu kierunkach. Jeśli sygnał napotka na swojej drodze terminator, to dochodzi do końca magistrali gdzie zmienia kierunek biegu. W takiej sytuacji pojedyncza transmisja może całkowicie zapełnić wszystkie dostępne szerokości pasma i uniemożliwić wysyłanie sygnałów wszystkim pozostałym komputerom przyłączonym do sieci. Typowa magistrala składa się z pojedynczego kabla łączącego wszystkie węzły w sposób charakterystyczny dla sieci równorzędnej. Kabel nie jest obsługiwany przez żadne urządzenia zewnętrzne. Zatem wszystkie przyłączone do sieci urządzenia „słuchają” transmisji przesyłanych magistralą i odbierają pakiety do nich zaadresowane. Brak jakichkolwiek urządzeń zewnętrznych, w tym wzmacniaków, i sprawia, że magistrale sieci lokalnych są proste oraz niedrogie. Jest to również przyczyną ograniczeń dotyczących odległości, funkcjonalności i skalowalności sieci.

Zalety topologii typu magistrala:

• Sygnał po dotarciu do końca kabla zostaje automatycznie wygaszony przezzamontowany tam terminator, co zapobiega zbędnym odbiciom sygnału

• Sieć może pracować nawet w sytuacji gdy jeden z węzłów ulegnie awarii

• Niski koszt dzięki małej ilości kabli oraz prostota ułożenia medium transmisyjnego

Wady tej topologii:

• Wszystkie kable muszą być tego samego rodzaju

• Trudna diagnoza w wypadku uszkodzenia kabla i całkowite wyłączenie sieci przy uszkodzeniu kabla głównego

Topologia pierścienia

ęłęóPierwszą topologią pierścieniową była topologia prostej sieci równorzędnej. Każda przyłączona do sieci stacja robocza ma w ramach takiej topologii dwa połączenia, po jednym dla każdego ze swoich najbliższych sąsiadów. Połączenie takie musiało tworzyć fizyczną pętlę, czyli pierścień. Dane przesyłane były wokół pierścienia w jednym kierunku jak na poniższym rysunku.

Każda stacja robocza działała podobnie jak wzmacniak, pobierając i odpowiadając na pakiety do niej zaadresowane, a także przesyłając dalej pozostałe pakiety do następnej stacji roboczej wchodzącej w skład sieci.Pierwotna pierścieniowa topologia sieci LAN dawała możliwość tworzenia połączeń równorzędnych pomiędzy stacjami roboczymi. Połączenia te musiały być zamknięte; czyli musiały tworzyć pierścień. Główną wada topologii pierścienia jest to że usunięcie dowolnego komputera z łańcucha lub przerwanie kabla łączącego komputery spowoduje przerwanie pracy całej sieci Pierścienie te zostały wyparte przez sieci Token Ring, które to korzystały z koncentratorów wzmacniających. Wyeliminowało to podatność sieci pierścieniowej na zawieszenia się przez wyeliminowanie konstrukcji każdy-z-każdym pierścienia. Sieci Token Ring mimo pierwotnego kształtu pierścienia, tworzone są przy zastosowaniu topologii gwiazdy i metody dostępu cyklicznego.

Zalety topologii typu pierścień:

• W ramach jednego pierścienia można stosować różne rodzaje kabla

• Brak terminatorów

Wady tej topologii:

• Awaria jednego węzła lub łącza może być powodem awarii całej sieci

• Utrudniona diagnoza uszkodzeń

• Dołączenie nowego węzła wymaga wyłączenia całej sieci

• Dane poruszają się w jednym kierunku

• Czas propagacji jest zależny od liczby węzłów

Topologia każdy-z-każdym

ęłęóSieć WAN o topologii każdy-z-każdym może być zbudowana na bazie linii dzierżawionych lub przy użyciu innych urządzeń transmisyjnych. Topologia tego typu jest też najtańszym z dostępnych rozwiązań dla tych sieci rozległych które posiadają małą liczbę połączonych lokalizacji. Każda lokalizacja ma co najwyżej dwa połączenia z resztą sieci. Sieci o takiej topologii posiadają dwa ograniczenia. Nie są łatwe w rozbudowie oraz w miarę dołączania do sieci nowych lokalizacji liczba skoków pomiędzy dowolną ich parą staje się wielkością bardzo niestałą i rośnie. Pomijając dwa w/w mankamenty dodać należy, że dodatkowym newralgicznym czynnikiem tej topologii jest awaryjność jej składników. Topologię pierścienia uzyskać można w łatwy sposób z topologii każdy-z-każdym. Wystarczy dodać jedno urządzenie transmisyjne i po jednym porcie w dwóch routerach. Tak niewielki nakład kosztów zwraca się w postaci możliwości zwiększenia liczby tras w małych sieciach. Można wtedy zastosować protokoły trasowania dynamicznego.

Sieć tego typu zbudowana z linii transmisyjnych łączących pary punktów wykorzystać można do połączenia niewielkiej liczby lokalizacji. Podstawowym ograniczeniem tej topologii WAN jest geograficzne rozmieszczenie lokalizacji. Okazać się bowiem może, że zbyt kosztownym jest dołączenie kolejnego urządzenia transmisyjnego zamykającego pierścień. Z pomocą w takiej sytuacji przyjść może zastosowanie technologii Frame Relay pod warunkiem, że jej ograniczenia co do wydajności możliwe są do przyjęcia przy zakładanych obciążeniach sieci. Kolejnym „przeobrażeniem” topologii każdy-z-każdym jest sieć WAN typu gwiazda. Nazwa jej wywodzi się od specyficznego kształtu. Topologię tą uzyskać można dzięki połączeniu wszystkich lokalizacji z jedną lokalizacją docelową. Topologię tego typu zbudować można przy użyciu niemal każdego dedykowanego urządzenia transmisyjnego z Frame Relay i liniami prywatnymi włącznie. Ograniczone są tu możliwości rozbudowy do liczby portów jakie może obsłużyć router usytuowany w centralnym punkcie gwiazdy.

Topologia oczek częściowych

Topologia oczek częściowych polega na zbudowaniu sieci rozległej z mniejszych, elastycznych sieci ze ściśle powiązanymi ze sobą routerami. W topologii tej nie wszystkie punkty sieci są ze sobą w bezpośredni sposób połączone. Sieci takie pozwalają na zminimalizowanie liczby skoków pomiędzy użytkownikami rozległych sieci WAN.

ęłęóSą jednak dwie poważne wady tej topologii. Pierwsza - w przypadku awarii centralnego routera - najbardziej newralgicznego punktu w sieci, cała komunikacja ulega zerwaniu. Oraz druga - brak dodatkowych tras. W przypadku awarii routera protokoły dynamicznego routingu nie są w stanie obliczyć nowych tras bo takie trasy nie istnieją.

Topologia oczek pełnych

ęłęóNajwiększą niezawodnością wyróżnia się topologia oczek pełnych. Daje ona największą znaną niezawodność i odporność na uszkodzenia. W sieci takiej każdy węzeł jest bezpośrednio połączony z wszystkimi pozostałymi. Dzięki temu istnieje obfita liczba dodatkowych tras do każdej lokacji. Budowa dwuwarstwowa może okazać się nieodpowiednia dla tych sieci WAN, w których zachodzi potrzeba połączenia bardzo dużej liczby lokalizacji lub które są zbudowane na bazie mniejszych routerów, obsługujących jedynie kilka połączeń szeregowych. Topologia ta zapewnia zminimalizowanie liczby skoków między dowolnymi dwoma komputerami w sieci. Kolejną jej zaletą jest sposobność korzystania praktycznie z każdej technologii transmisyjnej. Jednak topologia ta ma pewne praktyczne ograniczenia. Sieci WAN o takiej topologii są dosyć drogie w budowie. Każdy router musi być na tyle duży, aby miał liczbę portów i urządzeń transmisyjnych wystarczającą do połączenia z każdym innym routerem. Ponadto ma ona ograniczone (choć duże) możliwości rozbudowy. Routery mają ograniczoną liczbę portów, które mogą być obsługiwane. Dlatego też sieci o topologii oczek pełnych są rozwiązaniami raczej utopijnymi, o ograniczonej możliwości praktycznego wykorzystania.

Topologia dwu i trójwarstwowa

ęłęóTopologie dwu i trójwarstwowe są topologiami wielowarstwowymi. Topologia dwuwarstwowa jest odmianą podstawowej topologii gwiazdy. Miejsce pojedynczego centralnego routera zajmują tu (co najmniej) dwa routery.

ęłęóEliminuje to podstawową wadę topologii gwiazdy którą jest zupełna katastrofa w przypadku awarii centralnego routera. Sieć zachowuje jednocześnie możliwości rozbudowy i nie zmniejsza swojej wydajności. Topologia trójwarstwowa umożliwia zwiększenie możliwości rozbudowy sieci do wymaganego poziomu. Trójwarstwowe sieci WAN zbudowane na bazie dedykowanych urządzeń transmisyjnych. Sieci te są odporne na awarie i mają większe możliwości rozbudowy niż sieci dwuwarstwowe. Są jednak drogie w budowie, eksploatacji i utrzymaniu dlatego powinny być wykorzystywane jedynie do łączenia bardzo dużej liczby lokalizacji.

Topologie hybrydowe

ęłęóTopologie hybrydowe stosowane są dlatego, bo łączenie wielu topologii jest szczególnie przydatne w większych, bardziej złożonych sieciach.

ęłęóPozwala to administratorom przystosowywać sieci WAN do istniejącego rozkładu obciążeń, zamiast wymuszać dopasowanie komunikacji do sztywnego modelu topologicznego. Tendencje do hybrydyzacji występują szczególnie w sieciach wielowarstwowych. Sieci WAN mogą być hybrydyzowane przez zastosowanie topologii oczek pełnych lub częściowych w warstwie szkieletu routerów. Wielowarstwowa sieć WAN może posłużyć do utworzenia wydajnej topologii hybrydowej przez zorganizowanie topologii oczek pełnych tylko na warstwie szkieletu. Dzięki temu szkielet sieci staje się odporny na awarie, zapewniając przy okazji częściową minimalizację liczby skoków w całej sieci znaną z sieci o topologii oczek pełnych i jednoczesne uniknięcie kosztów oraz ograniczeń jej rozbudowy.

---