Építési hálózatok építészeti elve, helyi hálózatok topológiája - számítógépes hálózatok

Az építési hálózatok építészeti elve

Az építési hálózatok építészeti elve (a peer-to-peer hálózatok kivételével, amelyekben a számítógépek egyenértékűek) "kliens-szerver" -nek nevezzük.

Egy peer-to-peer hálózatban minden számítógép azonos. Mindegyik tud kiszolgálóként működni, azaz fájlokat és hardverforrásokat (meghajtókat, nyomtatókat stb.) Más számítógépekhez, valamint egy kliens szerepéhez más számítógépek erőforrásai felhasználásával. Például, ha nyomtató van telepítve a számítógépre, a hálózat többi felhasználója kinyomtathatja azt, és ön viszont képes együttműködni az interneten, amely a szomszédos számítógépen keresztül csatlakozik hozzá.

Az "ügyfél-kiszolgáló" hálózatok elméletének legfontosabb elgondolása "előfizető", "kiszolgáló", "kliens".

Az előfizető (csomópont, hoszt, állomás) olyan eszköz, amely a hálózathoz csatlakozik, és aktívan részt vesz az információcserében. A legtöbb esetben, egy ügyfél (szerelvény) egy olyan számítógépes hálózat, hanem az előfizető is lehet, például egy hálózati nyomtató, vagy más periféria felszerelve a képességét, hogy közvetlenül csatlakozzon a hálózathoz.

A szerver olyan hálózat előfizetője (csomópontja), amely erőforrásait más előfizetők számára biztosítja, de nem használja az erőforrásaikat. Így szolgálja a hálózatot. A hálózaton lévő szerverek többszörösek lehetnek, és nem feltétlenül szükséges, hogy a szerver a legerősebb számítógép. Egy dedikált szerver olyan kiszolgáló, amely csak a hálózati feladatokkal foglalkozik. A megoldatlan szerver a hálózat karbantartása mellett más feladatokat is végrehajthat. A kiszolgáló bizonyos típusai hálózati nyomtatók.

Az ügyfél olyan hálózat előfizetője, amely csak hálózati erőforrásokat használ, de nem adja fel erőforrásait a hálózathoz, vagyis a hálózat szolgálja, és csak azt használja. Az ügyfélszámítógépet gyakran munkaállomásnak is nevezik. Elvileg minden számítógép ügyfél és kiszolgáló lehet.

A szerver és az ügyfél gyakran nem értik meg maguknak a számítógépeknek, hanem a rájuk futó szoftveralkalmazásokat. Ebben az esetben az az alkalmazás, amely csak az erőforrást adja a hálózathoz, a kiszolgáló, majd az alkalmazás, amely csak a hálózati erőforrásokat használja - az ügyfél.

A helyi hálózatok topológiája

A számítógépes hálózat topológiája (elrendezés, konfiguráció, struktúra) általában a hálózati számítógépek fizikai elhelyezkedését jelenti egymáshoz képest, valamint a kommunikációs vonalakkal összekapcsolt módon. Fontos megjegyezni, hogy a topológia fogalma mindenekelőtt olyan helyi hálózatokra utal, amelyekben a kapcsolatok szerkezete könnyen nyomon követhető. A globális hálózatokban a kommunikációs struktúra általában rejtve van a felhasználóktól, és nem nagyon fontos, mivel minden kommunikációs munkamenet saját úton történhet.

A topológia meghatározza a hardverkövetelményeket, a használt kábeltípust, a leginkább elfogadható és legmegfelelőbb módszereket az információcsere kezelésére, a működés megbízhatóságára és a hálózat bővítésének lehetőségeire. És bár a hálózat felhasználója számára nem gyakran választunk topológiát, ismerni kell a fő topológiák jellemzőit, azok érdemeit és hátrányait.

Három alapvető hálózati topológia létezik:

a) busz topológia

Busz - az összes számítógép párhuzamosan kapcsolódik egy kommunikációs vonalhoz. Az egyes számítógépekről származó információk egyidejűleg átkerülnek az összes többi számítógépre (1. ábra).

A topológia a busz (vagy ahogy nevezik, a közös busz) a nagyon szerkezete identitást feltételez hálózati berendezések számítógépek, valamint az egyenlő előfizetők számára a hálózathoz való hozzáférés. A buszokban lévő számítógépek csak akkor tudnak továbbadni, mert a kommunikációs vonal ebben az esetben egyedülálló. Ha több számítógép ad információt egyidejűleg, az átfedés (konfliktus, ütközés) következtében eltorzul. A buszban mindig az úgynevezett fél-duplex váltási mód (mindkét irányban, de egymás után, de nem egyidejűleg) mindig végrehajtásra kerül.

A busz topológiában nincs egyértelműen kifejezett központi előfizető, amelyen keresztül minden információt továbbítanak, ez növeli megbízhatóságát (sőt, ha a központ meghibásodik, az egész rendszert, amelyet kezel). Az új előfizetők hozzáadása a buszhoz meglehetősen egyszerű és általában akkor is lehetséges, ha a hálózat működik. A legtöbb esetben a busz használatához minimális mennyiségű csatlakozókábel szükséges más topológiákhoz képest.

Mivel a központi előfizető nincs jelen, az esetleges konfliktusok felbontása ebben az esetben az egyes előfizetők hálózati berendezésein nyugszik. Ezzel összefüggésben a busz topológiával rendelkező hálózati berendezés bonyolultabb, mint más topológiákkal. Mindazonáltal a busz topológiájával (különösen a legnépszerűbb Ethernet hálózattal) rendelkező hálózatok széles körű elterjedése miatt a hálózati eszközök költsége nem túl magas.

Ábra. 2. Kábelkapcsolat a hálózatban busz topológiával

A busz egyik fontos előnye, hogy ha valamelyik hálózati számítógép meghibásodik, a javítható gépek képesek lesznek folytatni az átvitelt.

A kábel meghibásodása vagy károsodása esetén a kommunikációs vonal koordinációja megszakad, és a csere megszakad az egymásba kapcsolt számítógépek között is. A buszkábel bármely pontján található rövidzárlat letiltja a teljes hálózatot.

Bármely előfizető hálózati berendezésének hibája a buszon belül letilthatja a teljes hálózatot. Ezenkívül az ilyen megtagadást nehéz lokalizálni, hiszen minden előfizető párhuzamosan kapcsolódik egymáshoz, és lehetetlen megérteni, hogy melyik közülük nincs rendben.

Amikor áthalad a kommunikációs hálózat topológiája a gumiabroncs információs jelek gyengült, és nem lehet visszaállítani, amely tiltja szigorú korlátozásokat a teljes hossza a kommunikációs vonalakat. És mindegyik előfizető képes fogadni a különböző szintű hálózatoktól érkező jeleket a küldő előfizetőtől való távolság függvényében. Ez további követelményeket támaszt a hálózati eszközök fogadó csomópontjaira.

Ha feltételezzük, hogy a hálózati kábel jel csillapodik a megengedhető maximális szintet az L hosszúság, stb, akkor a teljes hossza a busz nem haladhatja meg az L értéke ave. Ebben az értelemben, a busz biztosítja a legrövidebb összehasonlítva más bázis topológia.

Ahhoz, hogy növelje a hossza a hálózati topológia gyakran több busz szegmensek (hálózatok részei, melyek mindegyike egy busz) keresztül kapcsolódik egymáshoz, erősítők és speciális redukálószerek jelek -. Jelismétlők vagy repeater (A 3. ábrán a kapcsolat a két hosszúságú szegmenst limit Ebben az esetben a hálózat 2 L pr-ra növekszik, mivel a szegmensek mindegyike lehet az L pr hosszúság. Azonban a hálózat hosszúságának ilyen kiterjesztése nem folytathatatlanul. hosszára vonatkozó korlátozásokat kapcsolódó véges terjedési sebessége a jeleknek a kommunikációs vonalakon.

Ábra. 3. Busz típusú hálózati szegmensek csatlakoztatása egy átjátszó használatával

b) a csillag topológiája;

Egy csillag (csillag) - a többi központi számítógép egy központi számítógéphez csatlakozik, mindegyik külön kommunikációs vonalat használ (4. ábra). A perifériás számítógépről érkező információk csak a központi számítógépre, a központi számítógépről egy vagy több perifériás számítógépre továbbíthatók.

A csillag az egyetlen hálózati topológia, amelynek kifejezetten elosztott központja, amelyhez minden más előfizető csatlakozik. Az információcsere kizárólag a központi számítógépen megy keresztül, amely nagy terhelés alatt van, így általában nem más, mint a hálózat. Nyilvánvaló, hogy a központi előfizető hálózati berendezése lényegesen bonyolultabb, mint a periféria. Az egyenlőség minden előfizető (mint a busz) ebben az esetben nem tud beszélni. Általában a központi számítógép a leghatékonyabb, az az, hogy a csere kezelésének minden funkciója hozzárendelve van. A hálózatban a csillag topológiával való ütközés elvileg nem lehetséges, mivel a vezérlés teljesen központosított.

Ha beszélünk a csillagok hibatűrés számítógépet, a tény, hogy a perifériás számítógépet vagy hálózati eszközök nem befolyásolja a működését a hálózat többi része, de a tény, hogy a központi számítógép nem minden hálózaton használhatatlan. E tekintetben különleges intézkedéseket kell hozni a központi számítógép és hálózati berendezései megbízhatóságának javítása érdekében.

A csillagtörésű kábeltörés vagy rövidzárlat megszakítja a csere egyetlen számítógépével, és az összes többi számítógép normális esetben továbbra is működni fog.

A buszral ellentétben mindkét kommunikációs vonalon csak két előfizető van a csillagban: a központi és az egyik periféria. A kapcsolathoz leggyakrabban két kommunikációs vonal van használva, amelyek mindegyike egy irányban továbbítja az információt, vagyis minden kommunikációs vonalon csak egy vevő és egy adó van. Ez az úgynevezett pont-pont továbbítás. Mindez jelentősen leegyszerűsíti a hálózati berendezéseket a buszhoz képest, és kiküszöböli a további külső terminátorok szükségességét.

A csillag topológiájának súlyos hiányossága az előfizetők számának merev korlátozása. A központi előfizető jellemzően legfeljebb 8-16 periférikus előfizetőt tud kiszolgálni. Ezeken a kereteken belül az új előfizetők kapcsolata meglehetősen egyszerű, de azon túl egyszerűen lehetetlen. Egy csillagban lehetséges egy perifériás és egy központi előfizető helyett csatlakozni (ennek következtében több egymáshoz kapcsolódó csillagból álló topológiát kapnak).

A csillag a 3. ábrán látható. 4, az aktív vagy igaz csillag. Van egy topológia is, amelyet passzív csillagnak neveznek, ami csak csillagnak néz ki (5. ábra). Jelenleg sokkal inkább elterjedt, mint az aktív csillag. Elég azt mondani, hogy ma a legnépszerűbb Ethernet hálózatban használják.

A központban a hálózati topológia nem fér számítógépet, és egy speciális eszköz - egy hub vagy ahogy nevezik, a hub (elosztó), amely ugyanazt a feladatot látja, mint egy repeater, azaz visszaállítja a beérkező jeleket, és elküldi őket, hogy az összes többi sor kommunikáció.

Ábra. 5. A passzív csillag és a megfelelő áramkör topológiája

Kiderül, hogy bár a kábelezési rendszer hasonló egy valódi vagy aktív csillaghoz, valójában ez egy busz topológia, mivel az egyes számítógépekről származó információkat egyidejűleg továbbítják az összes többi számítógépre, és nincs központi előfizető. Természetesen a passzív csillag drágább, mint egy rendszeres busz, mivel ebben az esetben egy hubra is szükség van. Azonban számos további jellemzőt biztosít a csillag előnyeihez, különösen, egyszerűsíti a hálózat karbantartását és javítását. Ezért az elmúlt években a passzív csillag egyre inkább felváltja az igazi buszot, amelyet alacsony potenciálú topológiának tekintünk.

Az aktív és a passzív csillag között köztes típusú topológiát is kiválaszthat. Ebben az esetben az agy nemcsak visszaadja a beérkező jeleket, hanem kezeli a cserét, de nem vesz részt a csereben (ez a 100VG-AnyLAN hálózaton történik).

A csillag nagy előnye (aktív és passzív) az, hogy az összes csatlakozási pontot egy helyen összeszereljük. Ez megkönnyíti, hogy figyelemmel kíséri a hálózati teljesítmény, a hiba helyét egyszerűen kihúzza a központtól a különböző előfizetők (ami lehetetlen, például abban az esetben, a busz topológia), valamint korlátozza a hozzáférést az illetéktelen személyek a létfontosságú hálózati kapcsolódási pontokat. A csillag esetében a perifériás előfizetőnek alkalmasnak kell lennie, egy kábel (amely mindkét irányba továbbítódik) és kettő (mindegyik kábel két egymással ellentétes irányba továbbítja) alkalmas lehet, ez utóbbi sokkal gyakrabban fordul elő.

A csillagtípus összes topológiájának (aktív és passzív) általános hátránya a kábelfogyasztás, amely sokkal nagyobb, mint más topológiákban. Például ha a számítógépek ugyanabban a vonalban vannak (mint az 1. ábrán), akkor a topológia kiválasztásakor a csillag többszörös kábelre lesz szüksége, mint a busz topológiájával. Ez jelentősen befolyásolja a hálózat egészének költségét, és jelentősen megnehezíti a kábel lefektetését.

c) a gyűrű topológiája;

Gyűrű (gyűrű) (6. ábra).

A gyűrű olyan topológia, amelyben minden számítógépet összekötő vonalak két másikhoz kapcsolják: az egyikből információt kap, a másik pedig átadja. Minden egyes kommunikációs vonalon, mint egy csillag esetén, csak egy adó és egy vevő (pont-pont összeköttetés) működik. Ez lehetővé teszi számunkra, hogy lemondjunk a külső terminátorok használatáról.

A gyűrű egyik fontos jellemzője, hogy minden egyes számítógép újra beérkezik (visszaállítja, erősíti) a bejövő jelet, vagyis repeaterként működik. A jel gyengülése a gyűrűben nem fontos, csak a gyűrű szomszédos számítógépei közötti csillapítás fontos. A gyakorlatban a gyűrűhálózatok mérete tíz kilométerre eléri (például az FDDI hálózatban). A gyűrű ebben a tekintetben jelentősen meghalad minden más topológiát.

Nincs egyértelműen kiosztott központ gyűrűs topológiával, az összes számítógép azonos lehet és azonos lehet. Azonban nagyon gyakran a gyűrűben van egy speciális előfizető, aki szabályozza a csereprogramot vagy irányítja. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen kezelői előfizető jelenléte csökkenti a hálózat megbízhatóságát, mivel a meghibásodása azonnal haladéktalanul megbénítja a teljes csereügyletet.

Szigorúan a gyűrűben lévő számítógépek nem teljesen egyenrangúak (ellentétben például a busz topológiájával). Végtére is, egyikük szükségképpen információt kap a számítógépről, amely jelenleg továbbítja az átvitelt, korábban és mások - később. A topológiának ez a sajátossága, hogy a hálózaton belül kifejezetten a gyűrűhöz tervezett csereirányítási módszerek épülnek fel. Ilyen módszereknél a következő átvitelhez (vagy, ahogy mondják, a hálózat rögzítéséhez való jog) egymás után kerül sor a következő számítógéphez. Az új előfizetők csatlakoztatása a gyűrűhöz meglehetősen egyszerű, bár a teljes hálózat kötelező lekapcsolását igényli a kapcsolat időtartama alatt. Mint egy busz esetében, a gyűrűben az előfizetők maximális száma meglehetősen nagy lehet (akár ezer vagy több). A gyűrű topológia jellemzően nagyon ellenálló a gravitációs erők, biztosítja a szilárd teljesítmény nagy áramlás a továbbított információ, mivel általában nem konfliktusok (ellentétben a gumiabroncsok), és nincs központi előfizetői (ellentétben a Star), amely nagy információáramlással lehet túlterhelt.

A gyűrűben lévő jel egymás után áthalad a hálózat összes számítógépén, így legalább egy (vagy hálózati eszköze) hibája megzavarja a hálózatot. Ez jelentős hátránya a gyűrűnek.

Hasonlóképpen, a gyűrűs kábelek bármelyikének nyitott vagy rövidzárlatai lehetetlenné teszik a teljes hálózat működését. A vizsgált három topológia közül a gyűrű leginkább sérülékeny a kábel károsodásáért, ezért a topológiák esetében a gyűrűk általában két (vagy több) párhuzamos kommunikációs vonal lefektetését biztosítják, amelyek közül az egyik tartalék.

Néha egy gyűrűs topológiájú hálózatot két párhuzamos, kör alakú kommunikációs vonal alapján hajtanak végre, amelyek ellentétes irányú információt továbbítanak. Ennek a megoldásnak az a célja, hogy növelje (ideális esetben - kétszerese) a hálózaton keresztüli információátadás sebességét. Ráadásul, ha az egyik kábel sérült, a hálózat egy másik kábellel dolgozhat (bár a korlátozó sebesség csökken).

A gyakorlatban a helyi hálózatok egyéb topológiáit gyakran használják, de a legtöbb hálózat három alap topológiára orientálódik.

A hálózati topológia nemcsak a számítógépek fizikai elhelyezkedését jelzi, hanem a köztük lévő kapcsolatok jellege, az információ terjesztésének jellemzői, a hálózaton keresztül történő jelzések. Ez a természete kapcsolatok határozza meg a mértékét hálózati rugalmasság szükséges összetettsége a hálózati eszközök, a legmegfelelőbb kommunikációs szabályozási eljárás lehetséges típusú átviteli média (kommunikációs csatornák), ​​a megengedett méret a hálózat (hossza vonalak és az előfizetők száma), szükség van az elektromos megfelelő, és így tovább.

Ráadásul a hálózathoz csatlakoztatott számítógépek fizikai helyzete szinte semmi nem befolyásolja a topológiát. Függetlenül attól, hogy a számítógépek találhatók-e, bármilyen előre kiválasztott topológiával csatlakoztathatók (8. ábra).

Abban az esetben, ha a csatlakoztatott számítógépek a kör kontúrja mentén helyezkednek el, csillagként vagy buszként csatlakoztathatók. Ha a számítógépek egy adott központ körül helyezkednek el, akkor lehet kapcsolni egy topológia busz vagy gyűrű segítségével.

Végül, ha a számítógépek egy sorban vannak, akkor csillaggal vagy gyűrűvel lehet összekapcsolni őket. Egy másik dolog, hogy mi lesz a kábel szükséges hossza.

Ábra. 8. Példák különböző topológiák használatára

Meg kell jegyezni, hogy a topológia még mindig nem a legfontosabb tényező a hálózat típusának kiválasztásában. Sokkal fontosabb például a hálózati szabványosítás szintje, a csere sebessége, az előfizetők száma, a berendezések költsége és a kiválasztott szoftver. Másrészt azonban egyes hálózatok lehetővé teszik különböző topológiák különböző szinteken történő használatát. Ez a választás már teljesen a felhasználóra esik, és figyelembe kell vennie az ebben a szakaszban felsorolt ​​összes megfontolást.