Глава 2
Топология и режимы работы сети

□ Топология «шина»

□ Топология «кольцо»

□ Топология «звезда»

При проектировании и создании сети важдное значение имеет способ объединения компьютеров и участников сети. От этого зависит скорость передачи данных, надежность сети, степень устойчивости к поломкам, возможности администрирования и многое другое. Поэтому первым и, пожалуй, самым важным правилом, от которого зависят упомянутые показатели, является топология сети.

Таким образом, топология сети, или сетевая топология, – это описание схемы сети, включающее в себя способ взаимного расположения компьютеров и их объединения. Кроме того, это описание содержит множество правил, связанных с прокладкой кабеля, подключением оборудования, взаимодействием управляющих устройств и т. д.

Различают сетевую топологию четырех видов: физическую, логическую, информационную и топологию управления обменом. Однако чаще всего понятие сетевой топологии ассоциируется именно с расположением компьютеров относительно друг друга, то есть с физической топологией.

Существует достаточно много способов объединения компьютеров, то есть сетевых топологий. К их числу относятся топологии «шина», «звезда», «кольцо», «двойное кольцо», «дерево», «решетка» и др. Наибольшее распространение получили сетевые топологии «шина», «звезда» и «кольцо», поэтому рассмотрим их подробнее.

Топология «шина»

Согласно топологии «шина», или, как ее еще часто называют, «общая шина», или «магистраль», все участники сети подключаются к центральному кабелю (рис. 2.1).

Рис. 2.1. Пример топологии «шина»

Для предотвращения дальнейшего распространения и возможного отражения сигнала на концах кабеля устанавливаются специальные заглушки – терминаторы, один из которых обязательно заземляется.

Данные в такой сети направляются сразу всем компьютерам, поэтому задача каждого компьютера – проверить, кому адресовано сообщение. Только компьютер, которому адресовано сообщение, может обработать его. При этом, пока данные не будут обработаны, никакие сообщения больше не отправляются. Как только данные обработаны, сигнал об этом поступает в сеть, и работа возобновляется.

Главное преимущество такой сети – простота и дешевизна создания. При ее построении используется минимальное количество кабеля и не требуется никакого управляющего оборудования: в обмене данными участвуют только сетевые адаптеры компьютеров. Если количество компьютеров уже достаточно велико, сеть часто разбивается на сегменты, для соединения которых используются повторители – концентраторы, коммутаторы, мосты и т. п.

Главный минус сети – сильная зависимость скорости передачи данных от количества подключенных компьютеров: чем больше компьютеров и других устройств, тем ниже скорость передачи данных. Кроме того, обрыв центрального кабеля парализует работу всей сети.

Топология «кольцо»

Согласно топологии «кольцо» все компьютеры сети подключены последовательно и образуют своего рода замкнутую кольцевую систему (рис. 2.2).

Для передачи данных в сети используется маркерная система, то есть данные в конкретный момент может передавать только один компьютер. Причем данные передаются только следующему по кругу компьютеру (справа налево). Это позволяет избежать коллизий и увеличивает надежность сети в целом.

Когда компьютеру, обладающему маркером, необходимо передать данные, к маркеру добавляется адрес компьютера, которому эти данные предназначены, и маркерный блок отправляется в сеть по кругу. Таким образом, каждый компьютер, который лежит на пути следования маркерного блока, считывает из него адрес получателя и сравнивает его со своим адресом: если адреса не совпадают, они отправляются далее по кругу. Если адреса совпали, то есть отправитель найден, формируется подтверждающий блок и передается далее по кругу к отправителю. В дальнейшем данные уже передаются по найденному пути до тех пор, пока в этом есть необходимость. Как только передача данных заканчивается, маркер освобождается и идет далее по кругу до первого компьютера, которому необходимо передавать данные.

Рис. 2.2. Пример топологии «кольцо»

Использование топологии «кольцо» обладает некоторыми преимуществами. Например, каждый компьютер сети одновременно выступает повторителем, поэтому затухание сигнала возможно только между соседними компьютерами, что напрямую зависит от расстояния между ними. Кроме того, сеть способна справляться с очень большими объемами трафика за счет отсутствия коллизий и центрального управляющего узла.

У данного типа сети есть также и недостатки. Так, подключение нового компьютера требует остановки работы всей сети. Аналогичная ситуация происходит, если один из компьютеров выходит из строя: сеть становится неработоспособной. Кроме того, поиск неисправности в такой сети сопряжен со множеством сложностей.

Топология «звезда»

Топология «звезда» на сегодня является наиболее распространенной. Согласно ей каждый компьютер или устройство сети подключается к центральному узлу, образуя подобным образом один сегмент сети (рис. 2.3).

Сегменты сети могут соединяться между собой одним из доступных способов, например посредством центрального либо промежуточного узла, образуя более сложную сеть или входя в состав комбинированной сети.

Рис. 2.3. Пример топологии «звезда»

В качестве центрального узла используется любое активное сетевое устройство с достаточным количеством портов. В самом простом случае в роли центрального узла выступает концентратор, который в силу своих ограничений позволяет передавать данные в конкретный момент только одному компьютеру. При этом поступившие на концентратор данные он сразу пересылает всем подключенным к нему устройствам. Если на концентратор в один момент поступают данные от двух разных отправителей, то оба пакета игнорируются.

В случае с более интеллектуальным узлом, например коммутатором, данные одновременно могут передаваться сразу несколькими компьютерами, что значительно увеличивает скорость обмена данными.

Несмотря на то что «звезда» наиболее дорогостоящая в использовании по сравнению с другими топологиями, благодаря своей надежности и высокой скорости передачи данных она уже практически стала стандартом. Большую роль играет также тот факт, что принятый уже достаточно давно стандарт ATX подразумевает наличие на материнской плате персонального компьютера интегрированного сетевого адаптера, который изначально предназначен для работы с этой топологией.

Глава 3
Модель ISO/OSI

Функционирование сети подчиняется определенным теоретическим правилам. В качестве такой теоретической основы выступает свод правил и стандартов, которые описывают так называемую модель взаимодействия открытых систем (Open System Interconnection, OSI). Основным разработчиком модели является Международная организация по стандартизации (International Standards Organization, ISO), поэтому очень часто используется более короткое название – модель ISO/OSI.

Согласно модели ISO/OSI существует семь уровней, пройдя через которые, данные от одного компьютера могут быть переданы другому компьютеру, и абсолютно