Systemy operacyjne i sieci komputerowe Topologie sieci

Topologia sieci Topologia sieci określa sposób jej wykonania, czyli połączenia urządzeń komputerowych za pomocą medium transmisyjnego. Topologie sieci LAN mogą być opisane zarówno na płaszczyźnie fizycznej, jak i logicznej. Topologia fizyczna określa geometryczną organizację sieci lokalnej, graficznie przedstawiając jej kształt i strukturę. Topologia logiczna opisuje reguły komunikacji, z których korzystają urządzenia komunikujące się w sieci. Za jej pomocą można opisać, które urządzenia mogą się ze sobą komunikować lub mają wzajemne, bezpośrednie połączenie fizyczne.

Podstawowe topologie fizyczne Podstawowymi topologiami fizycznymi, stosowanymi w budowie sieci przewodowych są: magistrala (bus), pierścień (ring), gwiazda (star). W rzeczywistych rozwiązaniach sieć komputerowa może być bardziej skomplikowana i tworzyć topologię: rozgałęzionej (rozszerzonej) gwiazdy, siatki pełnej lub niepełnej.

Topologia magistrali W topologii magistrali wszystkie węzły sieci (np. komputery, drukarki sieciowe) są połączone ze sobą za pomocą pojedynczego kabla koncentrycznego, który obsługuje tylko jeden kanał i nosi nazwę magistrali. Węzły są dołączane do wspólnej magistrali za pomocą „trójników", w sposób charakterystyczny dla sieci równorzędnej. Oba końce magistrali muszą być zakończone elementami ograniczającymi, zwanymi terminatorami, które chronią przed odbiciami sygnału.

Topologia magistrali

Topologia magistrali Dostęp do medium transmisyjnego realizowany jest przez protokół CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple Access / Collision Detection). Protokół ten wykrywa, czy łącze jest dostępne, a także reaguje na występujące kolizje. W sieci z protokołem CSMA/CD urządzenia przed nadawaniem sprawdzają, czy medium sieciowe nie jest zajęte. Jeśli węzeł wykryje, że sieć jest zajęta, będzie oczekiwał przez losowo wybrany czas, zanim ponowi próbę. Jeśli węzeł wykryje, że medium nie jest zajęte, rozpocznie nadawanie i nasłuchiwanie. Celem nasłuchiwania jest upewnienie się, że żadna inna stacja nie nadaje w tym samym czasie. Po zakończeniu transmisji danych urządzenie powróci do trybu nasłuchiwania.

Topologia magistrali Jeśli dwa urządzenia rozpoczęły nadawanie w tym samym czasie, występuje kolizja wykrywana przez urządzenia nadawcze. Transmisja danych zostaje wówczas przerwana. Węzły zatrzymują nadawanie na losowo wybrany czas, po którym podejmowana jest kolejna próba uzyskania dostępu do medium.

Topologia magistrali TAK NIE Zamiar nadawania Wolna linia Rozpoczęcie nadawania Wystąpiła kolizja Wyślij sygnał zagłuszający Odczekaj losowy czas Zakończenie transmisji TAK NIE

Topologia magistrali Magistrala nie jest obsługiwana przez żadne urządzenia zewnętrzne, a więc wszystkie urządzenia przyłączone do sieci słuchają transmisji przesyłanych magistralą i odbierają pakiety do nich zaadresowane. Topologia ta była stosowana w małych sieciach.

Zalety i wady topologii magistrali krótkie odcinki kabla użyte do budowy sieci, brak konieczności stosowania dodatkowych urządzeń (koncentratorów, przełączników) i łatwość przyłączenia nowego urządzenia. Wady: trudna lokalizacja uszkodzenia kabla, możliwa jest tylko jedna transmisja w danym momencie, awaria kabla powoduje unieruchomienie całej sieci.

Topologia pierścienia W topologii pierścienia każda przyłączona do sieci stacja robocza ma dwa połączenia – po jednym do każdego ze swoich najbliższych sąsiadów. Połączenie takie tworzy fizyczną pętlę, czyli pierścień. Dane są przesyłane wokół pierścienia w jednym kierunku. Każda stacja robocza działa podobnie jak wzmacniak, pobierając i odpowiadając na pakiety do niej zaadresowane, a także przesyłając pozostałe pakiety do następnej stacji roboczej. Im więcej urządzeń jest przyłączonych do pierścienia, tym czas odpowiedzi jest dłuższy. Czas ten można jednak określić, co nie jest możliwe w przypadku innych topologii.

Topologia pierścienia

Zalety i wady topologii pierścienia niska cena wynikająca z małego zużycia kabli i braku aktywnych urządzeń pośredniczących w komunikacji między komputerami, do budowy sieci w tej topologii można użyć różnych mediów transmisyjnych (kabel koncentryczny, skrętkę, kable światłowodowe). Wady: ograniczenia i utrudnienia związane z rozbudową i konserwacją sieci, Uszkodzenie jednego z urządzeń lub łączy oznacza przerwę w pracy całej sieci.

Topologia podwójnego pierścienia Topologia podwójnego pierścienia polega na tych samych zasadach, co topologia pierścienia, z tą różnicą, że urządzenia połączone są podwójnymi łączami, co pozwala na zachowanie transmisji w obszarach ograniczonych punktami awarii. W przypadku jednego punktu uszkodzenia sieć zachowuje możliwość działania w pełnym zakresie. Tego typu topologie stosowane są w budowie sieci szkieletowych lub w sieciach kampusowych i metropolitalnych.

Topologia podwójnego pierścienia

Topologia gwiazdy W topologii gwiazdy połączenia sieci rozchodzą się z centralnego punktu, którym może być koncentrator lub przełącznik pełniące rolę regeneratora sygnału. Każde urządzenie przyłączone do sieci może uzyskiwać dostęp do współdzielonego nośnika.

Topologia gwiazdy

Zalety i wady topologii gwiazdy łączenie urządzeń może odbywać się przy pomocy różnych mediów transmisyjnych, duża przepustowość i łatwa lokalizacja uszkodzeń, przejrzystość konstrukcji i odporność całej sieci na awarię zarówno urządzeń jak i łączy, w przypadku awarii łącza lub komputera pozostała część sieci pracuje bez zakłóceń, Sieci wykonane w tej topologii są elastyczne, skalowalne i stosunkowo tanie. Wady: wysoki koszt okablowania oraz dodatkowy koszt związany z obecnością koncentratora.

Topologia gwiazdy Topologia gwiazdy stała się podstawową o ile nie jedyną topologią lokalnych sieci komputerowych. Jej zalety okazały się silniejsze od wad, a rosnąca popularność spowodowała obniżenie kosztów związanych z instalacją.

Topologia rozgałęzionej (rozszerzonej) gwiazdy Topologia rozgałęzionej gwiazdy oparta jest na topologii gwiazdy. Pojedyncze gwiazdy są połączone za pomocą koncentratorów lub przełączników. Topologia ta jest stosowana w przypadku dużych sieci, gdy obszar, który ma być pokryty siecią jest większy niż pozwala na to topologia gwiazdy. Zaletą topologii rozgałęzionej gwiazdy jest ograniczenie liczby urządzeń, które muszą być połączone z centralnym węzłem oraz możliwość ograniczenia ruchu lokalnego do pojedynczej gwiazdy.

Topologia rozgałęzionej (rozszerzonej) gwiazdy

Topologia siatki Topologia siatki jest używana wtedy, gdy każdy węzeł ma własne połączenia z wszystkimi pozostałymi. Zaletą jest niezawodność, uzyskana przez możliwość przesyłania danych wieloma różnymi ścieżkami. Wadą jest wysoki koszt i skomplikowana budowa. W sieciach rozległych, np. w Internecie, jest stosowana topologia siatki częściowej. Między routerami odgrywającymi rolę węzłów, za pomocą których przyłączane są sieci lokalne, istnieje wiele ścieżek do dowolnego miejsca, lecz nie ma połączeń miedzy wszystkimi węzłami.

Topologia siatki

Topologia hierarchiczna Topologia hierarchiczna jest łudząco podobna do topologii rozszerzonej gwiazdy jednak różni się co do sposobu działania. W topologii hierarchicznej urządzenia aktywne oprócz regeneracji sygnału pełnią rolę urządzeń sterujących dostępem do sieci.

Topologia hierarchiczna