Топология компьютерной сети, в которой все компьютеры в сети подключены к центральному узлу

Обновлено: 04.07.2024

Физическая топология сети относится к конфигурации кабелей, компьютеров и других периферийных устройств. Физическую топологию не следует путать с логической топологией, которая представляет собой метод, используемый для передачи информации между рабочими станциями. Логическая топология обсуждалась в главе Протокол.

Основные типы физических топологий

В следующих разделах обсуждаются физические топологии, используемые в сетях, и другие связанные темы.

Линейная шина

Топология линейной шины состоит из основного участка кабеля с терминатором на каждом конце (см. рис. 1). Все узлы (файловый сервер, рабочие станции и периферия) подключены к линейному кабелю.

Рис. 1. Топология линейной шины

Преимущества топологии линейной шины

  • Легко подключить компьютер или периферийное устройство к линейной шине.
  • Требуется меньшая длина кабеля, чем в звездообразной топологии.

Недостатки топологии линейной шины

  • Вся сеть отключается при обрыве основного кабеля.
  • Требуются терминаторы на обоих концах магистрального кабеля.
  • Трудно выявить проблему, если отключается вся сеть.
  • Не предназначено для использования в качестве автономного решения в большом здании.

Разработана топология «звезда», в которой каждый узел (файловый сервер, рабочие станции и периферийные устройства) напрямую подключен к центральному сетевому концентратору, коммутатору или концентратору (см. рис. 2).

Данные в сети типа "звезда" проходят через концентратор, коммутатор или концентратор, прежде чем перейти к месту назначения. Концентратор, коммутатор или концентратор управляет и контролирует все функции сети. Он также действует как повторитель для потока данных. Эта конфигурация характерна для кабеля с витой парой; однако его также можно использовать с коаксиальным кабелем или оптоволоконным кабелем.

Рис. 2. Топология "звезда"

Преимущества топологии «звезда»

  • Простота установки и подключения.
  • Нет сбоев в работе сети при подключении или отключении устройств.
  • Легко обнаруживать неисправности и удалять детали.

Недостатки топологии «звезда»

  • Требуется кабель большей длины, чем при линейной топологии.
  • В случае сбоя концентратора, коммутатора или концентратора подключенные узлы отключаются.
  • Дороже, чем линейная шинная топология, из-за стоимости концентраторов и т. д.

Дерево или развернутая звезда

Топология "дерево" сочетает в себе характеристики топологии "линейная шина" и "звезда". Он состоит из групп рабочих станций, сконфигурированных звездой, соединенных магистральным кабелем линейной шины (см. рис. 3). Древовидная топология позволяет расширять существующую сеть и позволяет школам настраивать сеть в соответствии со своими потребностями.

Рис. 3. Топология дерева

Преимущества древовидной топологии

  • Прямая проводка для отдельных сегментов.
  • Поддерживается несколькими поставщиками оборудования и программного обеспечения.

Недостатки древовидной топологии

  • Общая длина каждого сегмента ограничена типом используемого кабеля.
  • Если магистральная линия обрывается, весь сегмент выходит из строя.
  • Сложнее настроить и подключить, чем другие топологии.

Правило 5-4-3

При настройке древовидной топологии с использованием протокола Ethernet необходимо учитывать правило 5-4-3. Один из аспектов протокола Ethernet требует, чтобы сигнал, отправляемый по сетевому кабелю, достигал каждой части сети в течение заданного промежутка времени. Каждый концентратор или повторитель, через который проходит сигнал, добавляет небольшое количество времени. Это приводит к правилу, согласно которому между любыми двумя узлами в сети может быть максимум 5 сегментов, соединенных через 4 повторителя/концентратора. Кроме того, только 3 сегмента могут быть заполнены (магистральными) сегментами, если они выполнены из коаксиального кабеля. Населенный сегмент -- это сегмент , к которому присоединены один или несколько узлов . На рисунке 4 соблюдается правило 5-4-3. Два самых дальних узла в сети имеют 4 сегмента и 3 повторителя/концентратора между ними.

a) Топология сетки:

В ячеистой топологии каждое устройство подключается к другому устройству через определенный канал.


Рис. 1. Каждое устройство подключено к другому через выделенные каналы. Эти каналы известны как ссылки.

  • Предположим, что N устройств связаны друг с другом в ячеистой топологии, общее количество портов, необходимых для каждого устройства, составляет N-1. На рис. 1 5 устройств подключены друг к другу, следовательно, общее количество портов, необходимых для каждого устройства, равно 4. Общее количество требуемых портов = N*(N-1).
  • Предположим, что N устройств связаны друг с другом в ячеистой топологии, тогда общее количество выделенных каналов, необходимых для их соединения, составляет N C2, то есть N(N-1)/2. На рис. 1 – 5 устройств, подключенных друг к другу, следовательно, общее количество необходимых каналов равно 5 * 4/2 = 10.
  • Он надежный.
  • Неисправность легко диагностируется. Данные надежны, поскольку они передаются между устройствами по выделенным каналам или ссылкам.
  • Обеспечивает безопасность и конфиденциальность.
  • Установка и настройка сложны.
  • Стоимость кабелей высока, так как требуется массовая проводка, поэтому они подходят для меньшего количества устройств.
  • Стоимость обслуживания высока.

b) Топология «звезда»:

В звездообразной топологии все устройства подключаются к одному концентратору с помощью кабеля. Этот концентратор является центральным узлом, и все остальные узлы подключены к центральному узлу. Концентратор может быть пассивным по своей природе, т. Е. Не интеллектуальным концентратором, таким как устройства вещания, в то же время концентратор может быть интеллектуальным, известным как активный концентратор. В активных концентраторах есть повторители.


Рисунок 2. Топология "звезда" с четырьмя системами, подключенными к одной точке подключения, т. е. концентратору.

  • Если N устройств подключены друг к другу по топологии "звезда", то количество кабелей, необходимых для их соединения, равно N. Таким образом, это легко настроить.
  • Каждому устройству требуется только 1 порт, то есть для подключения к концентратору, поэтому общее количество необходимых портов равно N.
  • Если концентратор (концентратор), на котором основана вся топология, выйдет из строя, вся система выйдет из строя.
  • Стоимость установки высока.
  • Производительность зависит от одного концентратора, т. е. концентратора.

c) Топология шины:

Топология «шина» – это тип сети, в котором каждый компьютер и сетевое устройство подключены к одному кабелю. Он передает данные от одного конца к другому в одном направлении. В шинной топологии нет двунаправленной функции. Это многоточечное соединение и ненадежная топология, потому что в случае отказа магистрали происходит сбой топологии.


Рис. 3. Топология шины с общим магистральным кабелем. Узлы подключены к каналу через линии сброса.

  • Если N устройств подключены друг к другу в шинной топологии, то количество кабелей, необходимых для их соединения, равно 1, что называется магистральным кабелем, и требуется N ответвлений.
  • Стоимость кабеля меньше по сравнению с другими топологиями, но он используется для построения небольших сетей.
  • Если общий кабель выйдет из строя, вся система выйдет из строя.
  • Если сетевой трафик большой, количество конфликтов в сети увеличивается. Чтобы избежать этого, на уровне MAC используются различные протоколы, известные как Pure Aloha, Slotted Aloha, CSMA/CD и т. д.
  • Очень низкий уровень безопасности.

d) Кольцевая топология:

В этой топологии он образует кольцо, соединяющее устройства ровно с двумя соседними устройствами.

Для кольцевой топологии с большим количеством узлов используется ряд повторителей, потому что если кто-то хочет отправить какие-то данные на последний узел в кольцевой топологии со 100 узлами, то данные должны будут пройти через 99 узлов до достичь 100-го узла. Следовательно, для предотвращения потери данных в сети используются повторители.

Передача является однонаправленной, но ее можно сделать двунаправленной при наличии 2 соединений между каждым сетевым узлом. Это называется топологией двойного кольца.


Рисунок 4. Кольцевая топология включает 4 станции, каждая из которых образует кольцо.

  1. Одна станция известна как станция мониторинга, которая берет на себя всю ответственность за выполнение операций.
  2. Для передачи данных станция должна удерживать токен. После завершения передачи токен должен быть выпущен для использования другими станциями.
  3. Если ни одна станция не передает данные, токен будет циркулировать по кольцу.
  4. Существует два типа методов выпуска маркеров: ранний выпуск маркера высвобождает маркер сразу после передачи данных, а выпуск маркера с задержкой высвобождает маркер после получения подтверждения от получателя.
  • В этом типе топологии вероятность коллизии минимальна.
  • Недорогая установка и расширение.
  • Устранение неполадок в этой топологии затруднено.
  • Добавление или удаление станций между ними может нарушить всю топологию.
  • Менее безопасный.

e) Топология дерева:

Эта топология является разновидностью топологии "звезда".Эта топология имеет иерархический поток данных.

Топология сети — это схематическое описание устройства сети, соединяющего различные узлы (отправитель и получатель) через соединительные линии.

Топология BUS

Топология «шина» – это тип сети, в котором каждый компьютер и сетевое устройство подключены к одному кабелю. Когда у него ровно две конечные точки, это называется топологией линейной шины.

Топология шины в компьютерных сетях

Особенности топологии шины

  1. Он передает данные только в одном направлении.
  2. Каждое устройство подключено к одному кабелю.

Преимущества шинной топологии

  1. Это экономично.
  2. Требуется минимум кабеля по сравнению с другой топологией сети.
  3. Используется в небольших сетях.
  4. Это легко понять.
  5. Легко расширить соединение двух кабелей вместе.

Недостатки шинной топологии

  1. Отказ кабелей приводит к отказу всей сети.
  2. Если сетевой трафик интенсивен или узлов больше, производительность сети снижается.
  3. Кабель имеет ограниченную длину.
  4. Это медленнее, чем кольцевая топология.

Топология КОЛЬЦА

Это называется кольцевой топологией, потому что она образует кольцо, когда каждый компьютер подключается к другому компьютеру, причем последний подключается к первому. Ровно два соседа для каждого устройства.

Кольцевая топология в компьютерных сетях

Особенности кольцевой топологии

  1. Для кольцевой топологии с большим количеством узлов используется несколько повторителей, потому что если кто-то хочет отправить данные на последний узел в кольцевой топологии со 100 узлами, то данные должны будут пройти через 99 узлов, чтобы достичь 100-й узел. Поэтому для предотвращения потери данных в сети используются повторители.
  2. Передача является однонаправленной, но ее можно сделать двунаправленной при наличии 2 соединений между каждым сетевым узлом. Это называется топологией двойного кольца.
  3. В топологии двойного кольца формируются две кольцевые сети, потоки данных в которых идут в противоположном направлении. Кроме того, в случае сбоя одного кольца второе кольцо может выступать в качестве резервного, чтобы поддерживать сеть в рабочем состоянии.
  4. Данные передаются последовательно, побитно. Передаваемые данные должны пройти через каждый узел сети до узла назначения.

Преимущества кольцевой топологии

  1. На передающую сеть не влияет высокий трафик или добавление дополнительных узлов, так как только узлы, имеющие токены, могут передавать данные.
  2. Недорогая установка и расширение

Недостатки кольцевой топологии

  1. Устранение неполадок в кольцевой топологии затруднено.
  2. Добавление или удаление компьютеров нарушает сетевую активность.
  3. Отказ одного компьютера нарушает работу всей сети.

Топология STAR

В этом типе топологии все компьютеры подключены к одному концентратору через кабель. Этот концентратор является центральным узлом, и все остальные узлы подключены к центральному узлу.

Звездообразная топология в компьютерных сетях

Особенности звездообразной топологии

  1. Каждый узел имеет собственное выделенное соединение с концентратором.
  2. Hub действует как повторитель потока данных.
  3. Можно использовать с витой парой, оптическим волокном или коаксиальным кабелем.

Преимущества звездообразной топологии

  1. Высокая производительность благодаря небольшому количеству узлов и низкому сетевому трафику.
  2. Hub можно легко обновить.
  3. Легко устранять неполадки.
  4. Простота настройки и изменения.
  5. Затрагивается только тот узел, который вышел из строя, остальные узлы могут работать без сбоев.

Недостатки звездообразной топологии

  1. Стоимость установки высока.
  2. Дорого в использовании.
  3. Если концентратор выходит из строя, вся сеть останавливается, поскольку все узлы зависят от концентратора.
  4. Производительность зависит от концентратора, то есть от его емкости.

Топология MESH

Это двухточечное соединение с другими узлами или устройствами. Все узлы сети связаны друг с другом. Mesh имеет n(n-1)/2 физических каналов для связи n устройств.

Существует два метода передачи данных по топологии Mesh:

Топология MESH: маршрутизация

При маршрутизации узлы имеют логику маршрутизации в соответствии с требованиями сети. Подобно логике маршрутизации, чтобы направить данные к месту назначения по кратчайшему расстоянию. Или логика маршрутизации, у которой есть информация о неработающих ссылках, и она избегает этих узлов и т. д. У нас даже может быть логика маршрутизации для перенастройки отказавших узлов.

Топология MESH: флуд

При лавинной рассылке одни и те же данные передаются на все узлы сети, поэтому логика маршрутизации не требуется. Сеть надежная, и очень маловероятно, что данные будут потеряны. Но это приводит к нежелательной нагрузке на сеть.

Mesh-топология в компьютерных сетях

Типы топологии сетки

  1. Частично ячеистая топология. В этой топологии некоторые системы подключаются так же, как и в ячеистой топологии, но некоторые устройства подключаются только к двум или трем устройствам.
  2. Полноячеистая топология: все без исключения узлы или устройства связаны друг с другом.

Особенности сетчатой ​​топологии

  1. Полностью подключен.
  2. Надежный.
  3. Не гибкий.

Преимущества сетчатой ​​топологии

  1. Каждое соединение может нести собственную нагрузку данных.
  2. Он надежный.
  3. Неисправность легко диагностируется.
  4. Обеспечивает безопасность и конфиденциальность.

Недостатки сетчатой ​​топологии

  1. Установка и настройка сложны.
  2. Стоимость кабеля выше.
  3. Требуется массовая проводка.

Топология ДЕРЕВА

У него есть корневой узел, и все остальные узлы связаны с ним, образуя иерархию. Ее также называют иерархической топологией. Он должен иметь как минимум три уровня иерархии.

Топология дерева в компьютерных сетях

Особенности топологии дерева

  1. Идеально, если рабочие станции расположены группами.
  2. Используется в глобальной сети.

Преимущества древовидной топологии

  1. Расширение шинных и звездообразных топологий.
  2. Расширение узлов возможно и просто.
  3. Простота управления и обслуживания.
  4. Обнаружение ошибок выполняется легко.

Недостатки древовидной топологии

  1. Слишком много кабелей.
  2. Дорого.
  3. Если будет добавлено больше узлов, обслуживание будет затруднено.
  4. Отказ центрального концентратора, отказ сети.

ГИБРИДНАЯ топология

Это два разных типа топологий, представляющих собой смесь двух или более топологий. Например, если в офисе в одном отделе используется топология «кольцо», а в другом топология «звезда», соединение этих топологий приведет к гибридной топологии (топология «кольцо» и топология «звезда»).

Топология сети — это канал, связывающий конечных пользователей с центром обработки данных и служащий связующим звеном между устройствами в центре обработки данных. Важно выбрать топологию, которая соответствует потребностям центра обработки данных и конечных пользователей. Если центр обработки данных отвечает за поддержку критически важного приложения, а время безотказной работы сети имеет первостепенное значение, то наилучшим выбором будет топология с несколькими уровнями резервирования, например полносвязная. Эта топология поможет предотвратить перебои в работе сети в случае выхода из строя кабеля или узла в сети/центре обработки данных. Если приложение, поддерживаемое центром обработки данных, менее критично и перебои в работе сети не вызовут серьезных проблем, то более подходящей будет менее дорогая топология, такая как звезда или расширенная звезда.

Почему это актуально для C2G?

Наши сетевые кабельные продукты — медные и оптоволоконные — обеспечивают связь между узлами в рамках топологии.
​​​​​​​

Обзор

Топология сети описывает, как компьютер, принтеры и другие устройства (например, узлы) подключены к сети. Следующие топологии чаще всего используются для построения большинства сетей.

Топология шины

Топология шины существует, когда все узлы в сети подключены к одному кабелю. Этот единственный кабель обычно называют магистральным. Топология шины использовалась для ранних 10Base-2, ThinNet и 10Base-5, ThickNet, сетей Ethernet с коаксиальным кабелем. В этой топологии сообщения, отправляемые узлом, рассылаются всем узлам в сети. Только предполагаемый узел-получатель принимает и обрабатывает сообщение. Этот тип топологии сети относительно прост в установке и недорог. Эта топология требует, чтобы оба конца магистрального кабеля были терминированы. Если магистраль не терминирована, то сигнал, скорее всего, будет отражаться от конца кабеля, вызывая коллизии данных и шум, который может нарушить работу сети. Основными недостатками этого типа сетевой топологии являются ограничение на количество компьютеров, которые могут быть подключены к сети, и тот факт, что для соединения всех узлов используется только один магистральный кабель. Сети, использующие шинную топологию, ограничены несколькими десятками компьютеров. Если производительность сети превышает этот размер, скорее всего, возникнут проблемы. В случае отказа магистрального кабеля, соединяющего все узлы, вся сеть станет нестабильной и, возможно, перестанет функционировать.Эта топология обычно не используется в современных сетях.

Топология «кольцо» и «двойное кольцо»

Кольцевая топология существует, когда все узлы в сети соединены по кругу. Каждый узел в сети действует как повторитель, поддерживая сильный сигнал, когда он проходит через сеть. Узел будет генерировать сигнал, адресованный определенному компьютеру в сети, а затем сигнал будет отправлен по сети либо по часовой стрелке, либо против часовой стрелки. Важно отметить, что все сигналы в сети, использующей этот тип топологии, должны проходить в одном направлении. Это уменьшает коллизию данных и шум в сети. Сигнал будет проходить через каждый узел, пока не достигнет намеченного узла назначения. Как правило, в сети этого типа используется протокол Token Ring, который позволяет только одному компьютеру передавать сигнал в любой момент времени. Основной недостаток этого типа топологии заключается в том, что в случае выхода из строя любого из узлов или кабелей, соединяющих узлы, сеть станет нестабильной и, возможно, перестанет функционировать. Решением этого недостатка является топология двойного кольца. Двойное кольцо добавляет вторичный кабель для резервирования в случае сбоя.
​​​​​

Топологии «звезда» и «расширенная звезда»

Звезда и расширенная звезда — самые популярные топологии для сетей Ethernet. Этот тип сети прост в настройке, относительно недорог и обеспечивает большую избыточность, чем другие топологии, например топология шины. Топология «звезда» настраивается путем подключения всех узлов сети к центральному устройству. Центральное соединение позволяет сети продолжать работу даже в случае отказа одного узла или кабеля. Основным недостатком этой топологии является то, что в случае отказа центрального устройства сеть станет нестабильной или перестанет функционировать. Топология «звезда» больше всего подходит для небольших централизованных сетей. Топология расширенной звезды добавляет субцентральные устройства, подключенные к центральному устройству. Этот тип топологии удобен для больших сетей и предоставляет функциональные возможности для организации и разделения на подсети распределения IP-адресов внутри сети. Расширенная топология «звезда» наиболее подходит для больших сетей, которые могут охватывать все здание.

Иерархическое дерево

Древовидная/иерархическая топология настраивается путем интеграции нескольких топологий типа "звезда" в топологию "шина" и использования центрального "корневого" узла. Основным недостатком этой топологии является то, что в случае отказа «корневого» узла сеть станет нестабильной или перестанет функционировать. Этот тип топологии имеет преимущество по сравнению с топологией «шина» или «звезда», поскольку он может лучше поддерживать будущее расширение сети. Однако этот тип сети обычно не используется из-за уязвимости топологии.

Топология сетки

​​​​​​​Эта топология делится на два разных типа: полная сетка и частичная сетка. Полноячеистая топология обеспечивает соединение каждого узла с каждым другим узлом в сети. Это обеспечивает полностью избыточную сеть и является самой надежной из всех сетей. Если какая-либо ссылка или узел в сети выйдет из строя, появится другой путь, который позволит продолжить сетевой трафик. Основным недостатком этого типа сети является стоимость и сложность, необходимые для настройки этой топологии. Этот тип топологии используется только в небольших сетях с несколькими узлами. Топология частичной сетки обеспечивает альтернативные маршруты от каждого узла к некоторым другим узлам в сети. Этот тип топологии обеспечивает некоторую избыточность и обычно используется в магистральных средах, сетях, где услуги жизненно необходимы, а также в глобальных сетях (WAN). Наиболее известной сетью с частичной ячеистостью является Интернет.

Читайте также: