Топології комп’ютерних мереж

1. Основні топології 

          Шинна топологія - всі комп’ютери приєднуються до головної  шини/каналу/траси/магістралі. Комп’ютери підключаються  за допомогою мережевих адаптерів. Всі вони мають рівноправний доступ до магістрального кабелю. При такому зєднанні компютери можуть передавати тільки по черзі, тому що лінія звязку єдина. У противному випадку передана інформація буде спотворюватися в результаті накладення (конфлікту, колізії). Таким чином, у шині реалізується режим напівдуплексного (halfduplex) обміну (в обох напрямках, але по черзі, а не одночасно).

          Топологія "Зірка" - це топологія з явно виділеним центром, до якого підключаються всі інші абоненти. Весь обмін інформацією йде винятково через центральний компютер, на який у такий спосіб лягає дуже більше навантаження, тому нічим іншим, крім мережі, воно займатися не може. Зрозуміло, що мережне устаткування центрального абонента повинне бути істотно більше складним, чим устаткування периферійних абонентів. Про рівноправність абонентів у цьому випадку говорити не доводиться. Як правило, саме центральний компютер є самим потужним, і саме на нього покладають всі функції по керуванню обміном.

          Топологія "Кільце" - це топологія, у якій кожний компютер зєднаний лініями звязку тільки із двома іншими: від одного він тільки одержує інформацію, а іншому тільки передає. На кожній лінії звязку, як і у випадку зірки, працює тільки один передавач і один приймач. Це дозволяє відмовитися від застосування зовнішніх термінаторів. Важлива особливість кільця полягає в тому, що кожний компютер ретранслює (відновлює) сигнал, тобто виступає в ролі репітера, тому загасання сигналу у всьому кільці не має ніякого значення, важливо тільки загасання між сусідніми компютерами кільця. Чітко виділеного центра в цьому випадку немає, всі компютери можуть бути однаковими. Однак досить часто в кільці виділяється спеціальний абонент, що управляє обміном або контролює обмін. Зрозуміло, що наявність такого керуючого абонента знижує надійність мережі, тому що вихід його з ладу відразу ж паралізує весь обмін. 

          Повнозв’язна топологія - це топологія, у який кожна робоча станція підключена до всіх інших станцій. Цей вид топології дуже надійний, тому що під час обриву одного з каналів то сигнал піде іншим маршрутом.

          Коміркова топологія - виходить з повнозв’язної шляхом видалення деяких можливих зв’язків. У мережі з комірковою топологією зв’язуються лише ті станції, між якими відбувається інтенсивний обмін даними. Для обміну даними між станціями, не сполученими прямими маршрутами, використовуються транзитні передачі через проміжні вузли. Коміркова топологія допускає з’єднання великої кількості комп’ютерів.

          Топологія "Дерево" - мережа будується за схемою двійкового дерева, де кожен вузол більш високого рівня пов'язаний з двома вузлами наступного по порядку більш низького рівня. Вузол, що знаходиться на більш високому рівні, прийнято називати батьківським, а два підключених до нього нижче розташованих вузла – дочірніми. У свою чергу, кожен дочірній вузол виступає як батьківського для двох вузлів наступного нижчого рівня. Кожен вузол пов'язаний тільки з двома дочірніми і одним батьківським.

          Змішана топологія - для мережі характерні довільні зв’язкі між комп’ютерами в яких в свою чергу можливо виділити фрагменти , що мають свою типову типологію. В більшості випадків дану типологію використовують у великих мережах.

2. Порівняльні характеристики топологій

Топологія «Шина»

Переваги:

• Вся інформація яка знаходиться в мережі доступна кожному комп’ютеру (користувачу)
• Простота в налаштуванні
• Легко підключати нові робочі станції

Недоліки:

• Низька швидкість роботи мережі (швидкість роботи залежить від кількості користувачів)
• Низький рівень безпеки
• Важко знаходити дефекти

Топологія «Зірка»

Переваги:

• Висока швидкість мережі   
• Поломка одного вузла не впливає на роботу всієї мережі
• Легко підключити нові робочі станції
• Легко знаходити помилки в мережі                                           

Недоліки:

• Мала кількість абонентів
• Помилка в центральному вузлі призводить до відмови всієї системи

Топологія «Кільце»

Переваги:

• Легко знаходити помилки в мережі                                           
• Протяжність мережі може бути значною

Недоліки:

• Відмова будь-якого вузла несе за собою «крах» всієї системи
• Залежність швидкості від кількості вузлів (чим більше вузлів тим менша швидкість)

Повнозв’язна топологія

Переваги:

• Стійкість до поломок(пошкодженню кабелю)

Недоліки:

• Загальна громіздкість мережі
• Нераціональні витрати кабелю

Коміркова топологія

Переваги:

• Стійкість до помилок(пошкодженню кабелю)
• «Напряму» зв’язуються тільки ті вузли які активно взаємодіють

Недоліки:

• Якщо буде пошкоджений зв'язок між вузлами які активно взаємодіють, то значно знизиться швидкість взаємодії між ними

Топологія «Дерево»

Переваги:

• Проста і зрозуміла структура (двійкове дерево)  
• Легкість відстеження мережевих зв’язків

Недоліки:

• Не ефективна при передачі між не сумісними вузлами

Змішана топологія

Переваги:

• використання найефективнішої комбінації
• переваги кожної з включених типових мереж

Недоліки:

•      недоліки кожної з включених типових мереж.

3. Приклади топологій

Шина (замість шини зображено хаб)

Зірка (в якості центрального вузла виступає світч)

Комірка

Дерево (роль верхівки дерева дерева виконує сервер, а «гілки» розгалужуються через два комутатори на кінцевих користувачів)

3. Відмінності у мережевому обладнанні для організації мережевих топологій

            Концентратор (hub) - це мережевий пристрій, призначене для об'єднання пристроїв мережі в сегменти. Основний принцип його роботи полягає в трансляції пакетів, що надходять на один з його портів на всі інші порти. Таким чином, пакет, що надійшов в мережу, буде відправлений всім іншим пристроям мережі, тобто буде здійснюватися широкомовна передача.

            Комутатор (світч) – пристрій, призначений для з’єднання вузлів мережі у межах одного або декількох сегментів. Світч використовує другий рівень моделі OSI. Вхідний пакет, що надходить до комутатора, буде переданим тільки одержувачу, що підвищує безпеку, а також продуктивність на відміну від концентратора. Комутатор реалізує топологію логіної зірки.

            Маршрутизатор (роутер) – використовується для поєднання двох або більше мереж і керує процесом маршрутизації, тобто на підставі інформації про топологію мережі та певних правил приймає рішення про пересилання пакетів мережевого рівня між різними сегментами мережі. Маршрутизатор являє собою складний багатофункціональний пристрій, в задачі якого входить: побудова таблиці маршрутизації, визначення її на основі маршруту, буферизація, фрагментація й фільтрація поступаючих пакетів, підтримка мережевих інтерфейсів. Функції маршрутизаторів можуть виконувати як спеціалізовані пристрої, так й універсальні комп'ютери з відповідним програмним забезпеченням.

Маршрутизатор перевіряє адреса призначення, що міститься в пакеті даних, і направляє цей пакет відповідно до вказаної адреси. Якщо мережева адреса невідома, тоді пакети передаються на шлюз, використовуваний за умовчанням.

            Повторювачі – пристрої мережі, що підсилюють і заново формують  вхідний сигнал мережі на відстань іншого сегмента.

            Мости – пристрої другого рівня OSI , якій з'єднуює два окремих сегмента, обмежених своєю фізичною довжиною, і передають трафік між ними. Мости також можуть підсилювати і конвертувати сигнали.     

           Шлюзи – програмно-апаратні комплекси, що з'єднують різні мережі або мережеві пристрої з різними протоколами.