Топології комп’ютерних мереж
1. Основні топології
1.1 Топологія «Шина»
Шинна топологія – це топологія, в якій всі пристрої мережі підключаються до одного лінійного мережевого середовища передачі даних – шини (каналу/магістралі/траси). Кожний пристрій незалежно підключається до загального шинного кабелю за допомогою спеціального роз'єму. В якості кабелю у данній топології використовується коаксіальний кабель. В шині використовується напівдуплексний режим передачі данних (в одному напрямку – лише на прийом або на передачу). Схематичний вигляд шинної топології зображено на рис.1.
 |
| Рисунок 1 - Топологія «Шина» |
Шинний кабель повинен мати на своїх кінцях термінатори, які поглинають електричні сигнали, задля уникнення їх відбивання і повторного проходження по кабелю. Коли джерело передає сигнали в мережеве середовище, вони рухаються в обох напрямках від джерела. Ці сигнали доступні всім вузлам мережі. В данній топології пристрої лише слухають дані, які передаються по каналу, але не переміщують їх від відправника до одержувача. Кожний пристрій перевіряє дані, які проходять по магістралі. Якщо адреса пункту призначення, що міститься в пакеті даних, не збігається з адресою поточного пристрою, то дані ігноруються. Якщо ж адреса пункту призначення, що міститься в пакеті даних, збігається з відповідною адресою пристрою, то дані оброблюються цим пристроєм. У шині інформацію потрібно передавати тільки по черзі, інакше виникне колізія. Якщо пристрій виявляє, що має місце колізія, мережевий адаптер відпрацьовує режим повторної передачі з затримкою.
1.2 Топологія «Зірка»
 |
Рисунок 2 - Топологія
«Зірка» |
Зіркова топологія – це топологія, в якій інформація між клієнтами мережі передається через єдиний центральний вузол, до якого під’єднані всі інші вузли мережі. Схематичний вигляд зіркової топології зображено на рис.2. Центральний вузол повинен бути найпотужнішим пристроєм мережі, тому що на нього покладається велике навантаження з управління мережі. В залежності від центрального вузла дана топологія поділяється на активну і пасивну: у активної зірки в ролі центрального елемента виступає сервер, а у пасивної – комутатор. Центральний вузол приймає інформацію від джерела та направляє її (в залежності від реалізації) одному вузлу або всім вузлам мережі.
1.3 Топологія «Кільце»
 |
Рисунок 3 - Топологія «Кільце»
|
Кільцева топологія – це топологія, в якій всі вузли мережі з’єднані каналами зв’язку у кільце, по якому передаються дані. Ці дані передаються в одному напрямку і проходять через кожний вузол. Відповідно, кожний вузол змушений передавати сигнал далі по колу. Схематичний вигляд данної топології зображено на рис.3.
Якщо вузлу потрібно передати дані до іншого вузла, він формує спеціальний сигнал – маркер, який містить адресу передавального і приймаючого вузла, і безпосередньо блок даних. Потрапляючи в кільце, сигнал переходить від одного вузла до іншого, поки не знайде адресата. Якщо адреса в маркері збігається з адресою вузла, то вузол, що отримав дані передає назад повідомлення про отримання. Якщо дані, обійшовши повне коло, повертаються до вузла-джерела, то робиться висновок, що дані не дійшли до одержувача.
 |
Рисунок 4 - Повнозв’язна топологія
|
1.4 Повнозв’язна топологія
Повнозв’язна топологія відповідає мережі, в якій кожний вузол безпосередньо пов'язаний з усіма іншими. Для кожної пари вузлів повинна бути виділена окрема фізична дуплексна лінія зв'язку. Такий вид топології дуже надійний, тому що при обриві будь-якого каналу, передача даних просто піде іншим маршрутом. Схематичний вигляд данної топології зображено на рис.4.
1.5 Коміркова топологія
 |
Рисунок 5 - Коміркова топологія
|
Коміркова топологія – це топологія, в якій хоча б один вузол мережі має більше одного підключення. Схематичний вигляд данної топології зображено на рис.5. Коміркову топологію можна отримати з повнозв’язної шляхом видалення деяких зв'язків. У мережі з комірковою топологією безпосередньо зв'язуються тільки ті вузли, між якими відбувається інтенсивний обмін даними, а для обміну даними між вузлами, які не з'єднані прямими зв'язками, використовуються транзитні передачі через проміжні вузли.
 |
Рисунок 6 - Топологія «Дерево»
|
1.6 Топологія «Дерево»
Топологія «Дерево» - це топологія, яка представляє ієрархічне з'єднання вузлів. Така топологія є змішаною, тут взаємодіють системи з різними топологіями. Наприклад, її можна розглядати як об'єднання декількох мереж з топологією зірка. Схематичний вигляд данної топології зображено на рис.6.
1.7 Змішана топологія
Рисунок 7 - Змішана топологія
2. Порівняльні характеристики топологій
2.1 Топологія «Шина»
Переваги:
- низька вартість реалізації, простота налаштувань і установки;
- втрата працездатності одного з пристроїв не позначається на працездатності мережі;
- вся інформація знаходиться в мережі і доступна кожному комп'ютеру;
- робочі станції можна підключати незалежно одну від одного, тобто при підключенні нового абонента немає необхідності зупиняти передачу інформації в мережі.
Недоліки:
- низька швидкість передачі даних;
- швидкодія мережі залежить від числа підключених комп'ютерів (чим більше комп'ютерів підключено до мережі, тим повільніше йде передача інформації від одного комп'ютера до іншого);
- низька безпека, тому що інформація на кожному комп'ютері може бути доступна з будь-якого іншого комп'ютера;
- будь-який дефект кабелю або якого-небудь з численних роз'ємів повністю паралізує всю мережу;
- важко визначити дефекти з'єднань.
2.2 Топологія «Зірка»
Переваги:
- висока швидкодія мережі, так як загальна продуктивність мережі залежить тільки від продуктивності центрального вузла;
- відсутність зіткнення переданих даних, так як дані між робочою станцією і центральним вузлом передаються по окремому каналу, не зачіпаючи інші комп'ютери;
- при виході з ладу одного з вузлів мережі, це не позначиться на роботі мережі в цілому;
- висока продуктивність і зручність адміністрування;
- легкість знаходження несправності в мережі;
- легкість підключення нового вузла.
Недоліки:
- відмова центрального вузла призводить до відмови працездатності мережі;
- вартість реалізації, в якій має бути центральний вузол та більша ніж у шинній топології кількість кабелю;
- обмежена кількість з’єднань з центральним вузлом, яка залежить від кількості роз’ємів.
2.3 Топологія «Кільце»
Переваги:
- ефективне пересилання повідомлень, тому що можна відправляти кілька повідомлень один за одним по кільцю;
- протяжність мережі може бути значною, тобто комп'ютери можуть підключатися один до одного на значних відстанях, без використання спеціальних підсилювачів сигналу;
- контроль процесу доставки даних адресату;
- легкість відстеження вузлів, що некоректно працюють.
- низька надійність мережі, оскільки відмова будь-якого вузла тягне за собою відмову всієї системи;
- для підключення нового клієнта необхідно відключити роботу мережі;
- при великій кількості клієнтів швидкість роботи в мережі сповільнюється, так як вся інформація проходить через кожнй вузол;
2.4 Повнозв’язна топологія
Переваги:- розрив кабелю не відбивається на працездатності мережі.
- надто великі витрати кабелю;
- громіздка та неефективна мережа.
2.5 Коміркова топологія
Переваги:
- розрив кабелю не відбивається на працездатності мережі;
- ефективніша порівняно з повнозв’язною, так як безпосередньо зв'язуються тільки ті вузли, між якими відбувається інтенсивний обмін даними.
- великі витрати кабелю.
2.6 Топологія «Дерево»
Переваги:
- ієрархічна структура;
- мережа може розташовуватись на великих відстанях;
- легкість відстеження мережевих зв’язків.
- при великих обсягах передачі даних між несуміжними вузлами топологія недостатньо ефективна, тому що потрібно проходити через проміжні ланки.
2.7 Змішана топологія
Переваги:- використання найвлучнішої та найефективнішої комбінації;
- суміш переваг включених типових топологій.
Недоліки:
- недоліки кожної з включених типових мереж.
3. Приклади топологій
3.1 Топологія «Шина»
Прикладом данної топології може слугувати рис.8, на якому замість спільної шини зображено хаб. Хоча фізично ця топологія є зіркою, проте на логічному рівні вона є шинною топологією, так як концентратор(хаб), отримуючи дані від джерела, надсилає ці дані всім вузлам.
 |
Рисунок 8 - Топологія «Шина»
|
3.2 Топологія «Зірка»
Прикладом данної топології може слугувати рис.9, на якому в якості центрального вузла виступає світч (або мережевий комутатор). Також на місці центрального вузла може знаходитись сервер.
 |
| Рисунок 9 - Топологія «Зірка» |
3.3 Топологія «Кільце»
Прикладом топології «Кільце» може слугувати рис.10, на якому в кільце об’єднані комутатори.
 |
| Рисунок 10 - Топологія «Кільце» |
3.4 Повнозв’язна топологія
Прикладом данної топології може слугувати рис.11, на якому комутатори об’єднані між собою.
 |
Рисунок 11 - Повнозв’язна топологія
|
3.5 Коміркова топологія
Прикладом данної топології може слугувати рис.12, на якому з попередньої топології видалено декілька зв’язків.
 |
Рисунок 12 - Коміркова топологія
|
3.6 Топологія «Дерево»
Прикладом топології «Дерево» може слугувати рис.13, на якому маршрутизатором об’єднано два комутатори, які об’єднують пари комп’ютерів.
 |
| Рисунок 13 - Топологія «Дерево» |
3.7 Змішана топологія
Прикладом змішаної топології може слугувати рис.14, на якому маршрутизатором об’єднано комутатор, який реалізує топологію «Зірка», та концентратор, який реалізує топологію «Шина».
 |
| Рисунок 14 - Змішана топологія |
4. Відмінності у мережевому обладнанні для організації мережевих технологій
Залежно від властивостей та функцій мережевого обладнання одна й та ж сама фізична топологія може ставати зовсім іншою логічною топологією.
Концентратор (хаб) – пристрій, призначений для побудови комп’ютерної мережі. Хаб використовує перший рівень мережевої моделі OSI і є ретранслятором в режимі напівдуплекса. Тобто вхідний пакет даних з поширюється концентратором на всі інші порти мережі; при виникненні колізії пристрій не встановлюватиме трансляцію і відновлює її через деякий проміжок часу. Концентратор реалізує топологію логічної шини.
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. Принцип роботи полягає в зберіганні таблиці комутації, в якій міститься список відповідностей MAC-адрес вузлів до портів комутатора. Комутатор реалізує топологію логіної зірки.
Маршрутизатор (роутер) – пристрій, що служить для зв'язку різних мереж. Роутер працює на третьому рівні мережевої моделі OSI і для доставки пакетів використовує типологію мережі і правила задані адміністратором. Маршрутизатор може виконувати трансляцію адрес одержувача і відправника. Також може здійснювати фільтрацію потоку пакетів для обмеження або шифрування чи дешифрування даних. Важливою відмінністю між мережами, що використовують комутатори і маршрутизатори, є те, що мережі з комутаторами не блокують радіопередачі. В результаті комутатори можуть бути зіпсовані потоками пакетів радіопередач. Маршрутизатори блокують радіопередачі по локальній мережі, таким чином, потік радіопередач зачіпає тільки той домен, з якого він виходить.
Повторювачі – пристрої мережі, що підсилюють і заново формують вхідний сигнал мережі на відстань іншого сегмента.
Мости – пристрої мережі, які з'єднують 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. Шлюзи дозволяють вирішувати проблеми відмінності протоколів або систем адресації.