МДК.01.01 Организация, принципы построения и функционирования компьютерных

способ организации физических связей, т. е. топологию.
Под топологией вычислительной

сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование, например концен­траторы), а ребрам – физические связи между ними.
Компьюте­ры, подключенные к сети, часто называют станциями или узлами сети.
Заметим, что конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствую­щей настройки коммуникационного оборудования.

сети.
Например, наличие резервных связей повышает надежность сети и делает

возможным баланси­рование загрузки отдельных каналов.
Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто приво­дят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.

шина (Bus),
- кольцо (Ring),

- звезда (Star),
- ячеистая топология (Mesh).
Другие топо­логии обычно являются комбинацией двух и более главных ти­пов.
Выбор типа физической топологии для сети является одним из первых шагов планирования сети.

входят:
- цена,

- расстояния,
- вопросы безопасности,
- предполагаемая сетевая опе­рационная система,
- будет ли новая сеть использовать су­ществующее оборудование, проводку и т. п.

Bus), состоит из единственного кабеля, к которому присоединены все компьютеры

сегмента.

от того, кто является получателем.
Каждый компьютер проверяет каждый пакет

в проводе, чтобы определить получателя пакета.
Если пакет предназначен для другой станции, компьютер отвергнет его.
Соответственно, компьютер получит и обработает любой пакет на шине, адресованный ему.
Главный кабель шины, известный как магистраль (backЬone), имеет на обоих концах заглушки (terminator) для предотвраще­ния отражения сигнала.
Без правильно установленных заглушек работа шины будет ненадежной или вообще невозможной.

сети.
Она требует меньше оборудова­ния и кабелей, чем другие топологии,

и ее легче настраивать.
Это хороший способ быстрого построения временной сети.
Это обыч­но лучший выбор для малых сетей (не более 10 компьютеров).
Имеется несколько недостатков, о которых надо знать при решении вопроса об использовании шинной топологии для сети.
Неполадки станции или другого компонента сети трудно изоли­ровать.
Кроме того, неполадки в магистральном кабеле могут привести к выходу из строя всей сети.

и FDDI (волоконно-оптических).
В физической то­пологии Ring линия передачи данных

фактически образует логи­ческое кольцо, к которому подключены все компьютеры сети.

чтобы позволить станциям получать доступ к сетевому носителю, доступ к

носителю в кольце осуществляется посредством логических знаков – «маркеров» (token), которые пускаются по кругу от станции к станции, давая им возможность переслать пакет, если это нужно.
Это дает каждому компь­ютеру в сети равную возможность получить доступ к носителю и, следовательно, переслать по нему данные.
Компьютер может посылать данные только тогда, когда владеет маркером.

кольца, он имеет возможность пересылать любые получен­ные им пакеты данных,

адресованные другой станции.
Получаю­щаяся регенерация делает сигнал сильным и позволяет избежать необходимости в применении повторителей.
Так как кольцо формирует бесконечный цикл, заглушки не требуются.
Кольце­вая топология относительно легка для установки и настройки, требуя минимального аппаратного обеспечения.

линейной шины, неполадки на одной станции могут привести к отказу

всей сети.
Поддерживать логическое коль­цо трудно, особенно в больших сетях.
Кроме того, в случае необ­ходимости настройки и переконфигурации любой части сети придется временно отключить всю сеть.
Кольцевая топология даст всем компьютерам равные возможности доступа к сетевому носителю.

друг с другом с помощью центрального концентратора.

который затем пересылает пакет в направлении получателя.
Как и при

шинной топологии, компьютер в сети типа «звезда» может пытаться послать данные в любой момент.
Однако на деле только один компьютер может в конкретный момент времени производить посылку.
Если две станции посылают сигналы на концентратор точно в одно время, обе посылки ока­жутся неудачными и каждому компьютеру придется подождать случайный период времени, прежде чем снова пытаться получить доступ к носителю.
Сети с топологией Star обычно лучше мас­штабируются, чем другие типы.

в отличие от линейной шины неполадки на од­ной станции не

выведут из строя всю сеть.
В сетях с этой топо­логией проще находить обрывы кабеля и прочие неисправности.
Кроме того, наличие центрального концентратора в топологии «звезда» облегчает добавление нового компьютера и реконфигу­рацию сети.

тип конфигурации требует больше кабеля, чем боль­шинство других сетей, вследствие

наличия отдельных линий, со­единяющих каждый компьютер с концентратором;
- центральный концентратор выполняет большинство функций сети, так что выход из строя одного этого устройства отключит всю сеть.

любая другая топология, что де­лает их дороже.
Кроме того, такие

сети значительно сложнее ус­танавливать, чем другие топологии.
Однако ячеистая топология устойчива к сбоям (fault tolerance). Устойчивость к сбоям заклю­чается в способности работать при наличии повреждений.
В сети с поврежденным сегментом это означает обход сегмента. Каж­дый компьютер имеет множество возможных путей соединения с другим компьютером по сети, так что отдельный обрыв кабеля не приведет к потере соединения между любыми двумя компью­терами.

сети.
Очень часто такая комбинация образуется при укрупнении предприятий.
Это

происходит, когда в одно предприятие с имеющейся локальной сетью вливается предприятие меньших масштабов с другой топологией сети.
Иногда смешанные топологии появляются внутри одного предприятия на разных уровнях его развития или в связи со сменой работающего персонала.
Бывают случаи, когда смена топологии – единственный вариант из сложившейся ситуации.

«шина» и «звезда».

на отдельном компьютере или в сегменте не могут вывести из

строя всю сеть.
Также в случае неисправности отдельного кон­центратора не смогут взаимодействовать по сети только те ком­пьютеры, которые присоединены к этому концентратору, а ос­тальные компьютеры эта проблема не затронет.
Из недостатков следует отметить, что как и в случае с топологией «шина», неполадки в магистральном кабеле могут привести к выходу из строя всей сети.

названием Star-wired Ring, поскольку сам концентратор выполнен как кольцо.
Сеть

«звезда на кольце» внешне идентична то­пологии «звезда», но на самом деле концентратор соединен про­водами как логическое кольцо.
Эта топология попу­лярна для сетей Token Ring, поскольку легче в реализации, чем физическое кольцо, но дает возможность посылать «токены» («маркеры») внутри концентратора так же, как и в случае физического коль­ца.

равный доступ к сетевому носителю за счет посылки «то­кенов».
Повреждение

отдельного компьютера не может привести к остановке всей сети, как в случае с топологией «кольцо».
Но если выходит из строя концентратор, кольцо, которым управляет концентратор, тоже отключается. Это недостаток унаследован от топологии «звезда».

дорогой, требующей времени и непростой.
Сеть «гибридной ячеистой топологии» (Hybrid

Mesh) может предоста­вить некоторые из существенных преимуществ настоящей сети ячеистой топологии без необходимости использования большого количества кабеля.
В большинстве крупных организаций крити­чески важные данные хранятся не на всех компьютерах сети.

сетей на уров­не кабелей, могут ограничиться только компьютерами с критически

важными данными.
Это означает, что ячеистая топология существует только на части сети. Этот тип ячеистой топологии по-прежнему обеспечивает защиту от сбоев для серве­ров с важной информацией, но не добавляет защиты для отдель­ных клиентов сети.
Гибридная ячеистая топология должна сто­ить меньше, чем сеть, полностью построенная на ячеистой топо­логии, но будет не столь защищенной от сбоев.

ряде случаев, обычно относящихся к сетям боль­шого и среднего размера,

невозможно обойтись без логической структуризации сети.
Наиболее важной проблемой, не решаемой путем физической структуризации, остается проблема перерас­пределения передаваемого трафика между различными физиче­скими сегментами сети.

к среде передачи данных и обнаружения коллизий.
При этом под

коллизией понимается отказ в доступе к среде передачи данных из-за совпадения во времени моментов генера­ции заявок на ее использование, поступающих от различных станций сети.
Основные недостатки сети на одной разделяемой среде начинают проявляться при превышении векторного порога коли­чества узлов, подключенных к разделяемой среде.

пропускной способности разделяемой среды, которая должна в среднем доставаться одному

узлу (т. е., например, 10/N Мбит/с для сети Ethemet с N компьютерами), очень часто узлу не достается.
Причина заключается в случай­ном характере метода доступа к среде, используемого во всех технологиях локальных сетей.

небольшого количества рабочих станций, объединяются в корпоративные системы – сложные

среды, состоящие из множества серверов различных типов, а также многочисленных рабочих групп, нуждающихся в связи друг с другом.
В такой среде несег­ментированная сеть способна привести к снижению производи­тельности, уменьшению надежности и ухудшению безопасности сети.

весь сетевой трафик направляется туда, то он может запросто исчерпать

доступную пропускную способность.
При этом сойдут на нет все преимущества в производительности, которые организация могла бы извлечь при другом подходе.
Ввиду того, что рабочие станции взаимодействуют в основном с локальными серверами, имеет смысл сегментировать сеть в соответствии с ра­бочими группами, в которых большая часть трафика не выходит за пределы локального сегмента.
Такой подход позволяет разным группам выделить разную пропускную способность.

проблем в данном сегменте.
Например, если раз­работчики выведут из строя

свой собственный сегмент сети, то на других пользователях это никак не скажется.
Сегментирование предполагает, что пакеты не выходят за пределы текущего сегмента (принимаются только узлами сегмента).

сегментов) используют специальные устройства:
- маршрутизаторы,

- коммутируемые концентраторы (коммутато­ры),
- мосты.

сеть на рисунке.

доступ к шине происходит не по алгоритму случайного доступа, приме­няемому

в технологии Ethemet, а путем передачи маркера в кольцевом порядке: от компьютера А – компьютеру В, от компьюте­ра В – компьютеру С и т. д.
Здесь порядок передачи маркера уже не повторяет физические связи, а определяется логическим кон­фигурированием драйверов сетевых адаптеров.
Ничто не мешает настроить сетевые адаптеры и их драйверы так, чтобы компьюте­ры образовали кольцо в другом порядке, например: В, А, С ...
При этом физическая структура сети никак не изменяется.

и дополненное, «Форум», Москва, 2010.
Компьютерные сети. Принципы, технологии, протоколы, В.

Олифер, Н. Олифер (5-е издание), «Питер», Москва, Санк-Петербург, 2016.
Компьютерные сети. Э. Таненбаум, 4-е издание, «Питер», Москва, Санк-Петербург, 2003.