Компютърни мрежи - теория - 3/

Компютърни мрежи - теория - 3/

5. Топология на локална мрежа.
Описанието на конфигурацията на локална мрежа се нарича
архитектура или топология на мрежата. Основните топологии на локална мрежа са:
1) Топология тип звезда (star)
Точно както телефонните повиквания от един абонат (работна станция) до друг се извършват чрез централна превключваща станция, така всички съобщения в ЛМ с топология звезда трябва да минават през централен компютър, управляващ потока на информацията. ЛМ STARLAN на AT&T е пример за използуването на посочения подход. Тази архитектура улеснява добавянето на нови работни станции в ЛМ като необходимо е само кабел от централния компютър до мрежовата интерфейсна платка на новата станция.
При топология звезда всяка станция е съединена за централния комуникационен възел чрез две еднопосочни линии – една за предаване и една за приемане. Комуникационният възел може да бъде пасивен (да разпределя влизащите в комуникационния възел сигнали към излизащите от него линии) или активен (цифрова логика приема входните сигнали и след това ги препредава към изходните линии).
Друго предимство на топологията звезда е, че администраторът на мрежата може да даде по-висок приоритет на някои възли в сравнение с останалите. В този случай централният компютър ще проверява предварително дали има сигнали от станциите с по-висок приоритет преди да приеме заявките от останалите възли. Тази възможност може да бъде особено полезна в мрежи, в които някои потребители трябва да получават незабавен отговор на запитванията си. Топологията от тип звезда позволява да се добавят лесно нови работни станции и осигурява възможност за подробен анализ на действието на мрежата. Повреда в централния компютър води до неизправност на цялата мрежа. Основният недостатък на топологията тип звезда е, че при повреда на централния компютър цялата мрежа се разпада.
2) Топология тип свързани звезди
Свързаните звезди са разновидност на топологията тип звезда. Няколко звезди могат да се свържат в обща конфигурация. При топологията тип свързани звезди няколко звезди са включени в обща конфигурация. Повредата на един от централните компютри не води до разпадане на цялата мрежа, въпреки че станциите от неизправната звезда не могат да използват услугите на мрежата.
3) Шинна топология (bus)
Друга често използвана мрежова топология е шинната. Тя представлява магистрала за данни, свързваща множество работни станции. В тази мрежа станциите проверяват предварително дали се предават данни от шината преди да изпратят своите съобщения. Тъй като възлите са свързани към обща шина, съобщенията минават през всеки от тях по пътя към своите местоназначения. Всяка работна станция проверява дали адресът на съобщението съвпада със собствения и адрес. Тя записва предназначените за нея съобщения в памет RAM на мрежовата и интрефейсна платка и след това обработва информацията.
За разлика от конфигурацията звезда, при която десетките кабели създават известни затруднения при свързването им към центрания компютър, инсталирането на кабелната система при шинната топология е просто. При тази конфигурация общата дължина на кабелите е най-малка в сравнение с другите топологии на ЛМ. Друго предимство на шинната топология е, че при неизправност в една от работните станции действието на останалата част от мрежата не се нарушава. ЛМ EtherNet е пример за мрежа с шинна топология.
Шинната типология е най-простата. При нея всички станции са свързани чрез мрежови адаптери към общата шина (комуникационна среда). Само една станция може да предава пакети в даден момент от време. Поради това трябва да има управление и контрол на начина на достъп до средата. Предаването на всяка станция се разпространява по цялата шина в двете посоки и може да се приеме от всички станции. Данните се предават в пакети , които съдържат адреса на станцията получател, адреса на станцията, която предава пакета, както и други служебна (контролна) информация. Съществуват две основни метода за предаване на шина – директен (baseband) и широколентова (broadband).
Широколентовото предаване позволява използването на повече от една честотна лента, като станциите предават аналогови сигнали (които пренасят цифровите данни) на различни честоти. Тъй като аналоговите сигнали имат по-малко затихване, широколентовото предаване покрива по-големи разстояния- до десетина километра. Ползването на повече от един честотен сигнал, прави излишни двупосочните усилватели- при широколентовото предаване се ползват еднопосочни усилватели. Всички станции предават в една посока на шината- към т.нар. устройство “начало- край” (headend). Посоката, в която се извършва предаването се нарича “влизаща” (inbound path). Устройството “начало- край” е по същество честотен преобразувател, който конвертира “влизащата” и “излизащата” (outbound) честота, на която станциите приемат пакетите. Съществуват и мрежи с широколентово предаване, които използват два отделни кабела (dual cable broadband)- по един съответно за предаване и за приемане, като между тези кабели има пасивен конектор (свързващ елемент). В този случай станциите предават и приемат на една и съща честота.
Недостатък на шинната топология е, че между отклоненията за работните станции трябва да се спазва определено минимално разстояние с цел да се предотвратят евентуални взаимни смущения между сигналите. Освен това администраторът на мрежата не може лесно да диагностицира цялата система. И накрая, шинната топология не осигурява възможностите за защита информацията в мрежата, присъщи на конфигурацията тип звезда; тъй като всички съобщения се предават по обща магистрала за данни, защитата на информацията може да бъде нарушена от потребител на мрежата, който не притежава необходимите права за достъп.
4) Кръгова топология (ring)
При нея възлите (работните станции) са свързани в кръг. Съобщенията се предават от една станция към друга само в едната посока. (При някои ЛМ с кръгова конфигурация обменът може да се извършва и в двете посоки, но в даден момент предаването също е еднопосочно). В ЛМ с кръгова топология се проверява дали изпратените съобщения са получени. Когато даден възел приеме адресирано до него съобщение, той го записва и го изпраща обратно към подателя с флаг, потвърждаващ получаването.
При локалните мрежи с кръгова топология станциите са свързани чрез повторители (repeaters) в кръг. Връзките между повторителите са еднопосочни. Всеки пакет, предаден от дадена станция се изпраща към следващата в кръга. Когато пакетът достигне станцията, за която е предназначен (станцията получател), той се копира в локалния буфер и продължава по кръга. Пакетът се отстранява от кръга от станцията, която го е предала (т.е.пакетът прави пълен кръг). Ясно е, че и при ЛМ с кръгова топология има нужда от спазване на определен ред на достъп до средата.
Един от ключовите проблеми при кръговата топология е да се осигурят еднакви възможности за достъп до мрежата за всички работни станции. В ЛМ с кръгова топология и управляващ маркер предаващата станция изпраща по мрежата определен пакет от данни, наречен управляващ маркер. Маркерът съдържа адреса на подателя и адреса на възела, който трябва да получи съобщението. След като приемащата станция получи и запише в паметта си изпратеното и съобщение, тя връща обратно маркера на подателя, който го изпраща на следващата работна станция от кръга. Ако тази следваща станция няма съобщение за предаване, маркерът преминава по-нататък.
За да осигурят функциите, свързани с управлението на мрежата, една от работните станции се определя като контролен възел. Чрез него се извършва и диагностицирането на системата. Кръговата топология има редица предимства. Ако контролният възел се повреди, действието на мрежата не се нарушава, тъй като е възможно друга работна станция да поеме неговите функции. При наличието на подховящ софтуер мрежата остава работоспособна дори при неизправности в няколко работни станции, които в този случай се изключват от кръга. Няколко ЛМ с кръгова топология могат да се свържат в обща мрежа чрез мостове, които превключват данните от един кръг в друг.
Към първоначално създадената локална мрежа с кръгова топология е изключително трудно да се включват нови работни станции. За да се добави нов възел и се свържат необходимите кабели, работата в мрежата трябва да се прекрати. Все пак има и просто решение. Сега много ЛМ с кръгова топология се инсталират с кабелни центрове, наречени релейни блокове. Те позволяват на администратора на мрежата да добавя и премахва работни станции от кръга чрез включването (или изключването) им към релейните блокове; създазената преди това инсталация се запазва, а работата на мрежата не се нарушава.