В чем преимущества локальной сети типа звезда перед локальной сетью типа линейная шина

Опубликовано: 23.04.2024

В компьютерных сетях существует множество схем подключения устройств друг к другу. Все зависит от используемых технологий, конкретных требований и условий.

Рассмотрим основные топологии сетей и перечислим с какими технологиями они могут использоваться.

Данная схема часто использовалась в технологии Ethernet (10Base2 и 10Base5). Компьютеры в локальной сети подключались друг к другу посредством коаксиального кабеля через Т-образные коннекторы. На концах кабеля устанавливались специальные загрушки - терминаторы, для поглощения сигнала

Принцип работы прост. Сигнал распространяется по кабелю. Все хосты принимают сигнал, если он адресован им, то принимают его.
При такой схеме возможна передача только одного компьютера. Все остальные слушают. То есть устройства начинают передавать данные по очереди, что не очень удобно. Длина передачи зависит от используемой технологии. Например, в технологии Ethernet 10Base2 максимальная длина составляла 185 м, в Ethernet 10Base5 - 500 м.
При обрыве кабеля обрывается связь для всех узлов.

В таблице описаны достоинства и недостатки данной схемы сети

При таком способе все конечные узлы подключаются к центральному устройству, который берет на себя все функции по усилению и коммутации сигнала

Обычно в качестве центрального устройства берется хаб или коммутатор. Данная схема наиболее распространена на сегодняшний день. В качестве передающей среды используются симметричные кабели на витой паре, оптические кабели и радиорелейные антенны.

Максимальная длина от конечного узла до центрального зависит от технологии и типа кабеля. Например, витая пара в сетях Ethernet передает сигнал на расстояние до 100 м.

Обрыв кабеля, ведущего к одному из конечных узлов не повлияет на работу остальных узлов. Однако при выходе из строя центрального узла оборвется связь на всей сети.

Устройства при таком способе являются ретрансляторами. Сигнал передается по кругу в определенном направлении и проходит через все узлы, подключенные к кольцу. Если принятые пакеты адресованы узлу, принявшему пакеты, то он передает их дальше по стеку. В противном случае транслирует дальше по сети. Кольцевая топология в основном используется в технологиях Token Ring и FDDI

Данная топология имеет разветвленную структуру и представляет собой сеть, состоящую из нескольких подсетей, подключенных по схеме “Star”.

В такую схему можно включать любые устройства, включая коммутаторы и маршрутизаторы

Каждый с каждым (Full Mesh)

Такая схема подключения является самой надежной, так как к одному узлу сразу подключены как минимум 2 соседних устройства. В то же время такая схема сети является и самой дорогой

Каждая топология имеет свои достоинства и недостатки. Поэтому при проектировании сетей часто используют смешанные варианты.

Существует три основных вида топологии : шина , кольцо и звезда .

Линейная шина

Все компьютеры подключены к единому кабелю с заглушками по краям (терминаторами). Заглушки необходимы для предотвращения отражения сигнала. Принцип работы шины заключается в следующем: один из компьютеров посылает сигнал всем участникам локальной сети, а другие анализируют сигнал и если он предназначен им, то обрабатывают его. При таком взаимодействии, каждый из компьютеров проверяет наличие сигнала в шине перед отправкой данных, что исключает возникновения коллизий. Минус данной топологии — низкая производительность, к тому же, при повреждении шины нарушается нормальное функционирование локальной сети и часть компьютеров не в состоянии обрабатывать либо посылать сигналы.

Кольцо

В данной топологии каждый из компьютеров соединен только с двумя участниками сети. Принцип функционирования такой ЛВС заключается в том, что один из компьютеров принимает информацию от предыдущего и отправляет её следующему выступая в роли повторителя сигнала, либо обрабатывает данные если они предназначались ему. Локальная сеть, построенная по кольцевому принципу более производительна в сравнении с линейной шиной и может объединять до 1000 компьютеров, но, если где-то возникает обрыв сеть полностью перестает функционировать.

Звезда

Топология звезда, является оптимальной структурой для построения ЛВС. Принцип работы такой сети заключается во взаимодействии нескольких компьютеров между собой по средствам центрального коммутирующего устройства (коммутатор или свитч). Топология звезда позволяет создавать высоконагруженные масштабируемые сети, в которых центральное устройство может выступать, как отдельная единица в составе многоуровневой ЛВС. Единственный минус в том, что при выходе из строя центрального коммутирующего устройства рушится вся сеть или её часть. Плюсом является то, что, если один из компьютеров перестаёт функционировать это никак не сказывается на работоспособности всей локальной сети.

Всем привет! Сегодня я постараюсь как можно подробнее ответить на вопрос, что же такое топология локальных сетей, какие они бывают и как их правильно подобрать? Если говорить грубо, то это схема по которой будут подключаться компьютеры, сервера и другое сетевое оборудования. Это важное составляющее любой локальной вычислительной сети (ЛВС), так как от этого будет зависеть скорость работы канала, а также устойчивость к различным аварийным ситуациям.

Коротко про ЛВС

Обычно такие компьютеры могут общаться напрямую друг с другом. Если у вас дома есть роутер, то вы уже находитесь в локальной сети. ЛВС разделяются на два типа:

Централизованные – в сети есть компьютер или оборудование, которое управляет локалкой.
Одноранговые – в такой сети каждый компьютер имеет одни и те же права.

Локальную сеть создают в первую очередь для общения компьютеров и других устройств между собой. Например, дома к роутеру вы можете подключить сетевой принтер и каждый пользователь, подключенный к маршрутизатору, может печатать с него документы. Вы можете смотреть фильмы, находящиеся на компьютере, по DLNA на телевизоре.

В крупных компаниях с помощью ЛВС можно осуществлять документооборот и общение сотрудников, использование общих принтеров, сканеров и другого сетевого оборудования. Также можно осуществлять контроль трафика.

Для подключения компьютеров к локалке обычно используют два вида кабеля:

Витая пара – достаточно дешевая, но имеет минус в максимальном расстоянии передачи данных (от 50 до 100 метров – в зависимости от типа кабеля). Читать подробно…
Оптическое волокно – передача данных происходит с помощь пучка света. За счет этого расстояние передачи вырастает в сотни раз. Одной из минусов такой технологии является способность сращивать два куска кабеля. Читать подробно…

Также для подключения можно использовать Wi-Fi – это специальная технология, которая позволяет передавать данные с помощью радиоволн. Более подробно про неё можно почитать тут.

Есть также центральные клиентские машины – обычно это компьютеры, ноутбуки или рабочие станции. Для управления используют сервера или маршрутизаторы (роутеры). Если дома у вас есть роутер, то вы уже можете понять, что центральным звеном сети является эта маленькая коробочка. Роутер не только раздает интернет по проводам и Wi-Fi, но также является шлюзом с глобальной сетью интернет.

Также есть оборудование, которое используется только для подключения большого количества устройств. Такие аппараты называют коммутаторами. С виду они очень похожи на роутеры, но имеют совсем другое предназначение. Разбирать их мы не будем, но если кому интересно, то про коммутаторы можно подробно почитать в этой статье.

Про топологию

Что понимается под топологией локальной сети? Итак, что же такое локальная вычислительная сеть, мы разобрались. И тут у каждого грамотного инженера встает вопрос, а как её построить, чтобы все работало. На помощь приходит топология локальной сети – это некая схема подключения всех устройств для нормальной работы, где есть:

Узлы – это сами устройства: компьютеры, сервера, принтеры, камеры, роутеры, коммутаторы.
Ребра – обычно это физическая связь между двумя узлами.

Есть типы топологий:

Информационная – показывает направление потока данных между узлами.
Физическая – обычная схема, где показывает приблизительное расположение узлов и связей.
Логическая – показывает перемещение сигнала.
Правовая – показывает несколько уровней прав.

Если разделить более грубо, то есть две сети: полносвязные и неполносвязные.

Так как полносвязные очень редко где применяются, мы поговорим про неполносвязные и их разновидности.

Один из самых дешевых способов связи. Есть один кабель, к которому подключаются другие компьютеры. Чаще всего используют именно коаксиальный кабель. На концах кабеля ставят терминаторы, которые убирают помехи и искажения сигнала.

Равноправие в сети, хотя это можно отнести и к минусам.
Дешевизна, ведь нужен всего один кабель.
Быстрое подключение новых устройств

Кабель всего один и имеет ограничение в передаче данных. То есть при большом количестве устройств и активном использовании пакеты могут теряться.
Низкая производительность сети из-за одного канала.
Проблема с нахождением поломки.

Кольцо

Каждый узел имеет два подключения, на входной и выходной сигнал. В итоге все компьютеры подключены в своеобразное «кольцо».

Быстрая настройка и подключение.
Небольшая стоимость.
При поломке одного узла, сеть все равно функционирует.

В интернете почему-то пишут, что такая топологию можно безгранично увеличивать, но это не так. В определенный момент времени, как и с ситуацией с «Шиной», трафика может стать настолько много, что сеть начнет тормозить, а пакеты теряться. Так что тут есть ограничение в количестве машин.

Звезда

При поломке одного узла, сеть продолжает работать. Также выявить поломку достаточно просто.
Есть возможность контроля трафика.
Нет конфликтов при общении в сети.
Управление происходит с одного устройства.
Контроль и безопасность.

Большие затраты по стоимость.
При поломке центрального сервера сеть выходит из строя.

Другие виды

На самом деле существует очень много видов ЛВС. К ним можно отнести ячеистую ЛВС – где компьютеры очень близко напоминают подключение как в полносвязной сети. Можно также встретить «Смешанный» вид – когда в одной сети используются сразу несколько топологий.

Централизованная и децентрализованная система

Нужно еще понимать такое понятие как «Централизованная система» ЛВС – когда сеть построена таким образом, что в ней есть сервер или устройство, которое полностью контролирует работу в локалке. Также в такой системе может быть своя база данных, где хранится определенная информация, с которой работают клиенты. Вся работы ограничена по правам. Пользователи имеют иерархическую систему доступа.

Также очень часто есть разделение на подсети. Например, у нас в организации есть несколько отделов:

Бухгалтерия.
Юридический отдел.
Отдел кадров.

Нужно разделить эти сети таким образом, чтобы они не имели доступ друг к другу. Вот для этого нужно грамотно настроить систему. В децентрализованной системе обычно каждый компьютер и клиент имеет равные права. Обычно используются в маленьких локальных компьютерных сетях.

Видео

Топология сети - это описание расположения узлов (например, коммутаторов и маршрутизаторов) и соединений в сети, часто представляемых в виде графика..

Независимо от того, насколько идентичны две организации, нет двух одинаковых сетей. Тем не менее, многие организации полагаются на устоявшиеся модели топологии сети. Топологии сети описывают, как устройства соединяются вместе и как данные передаются от одного узла к другому..

топология логической сети это концептуальное представление о том, как устройства работают на определенных уровнях абстракции. физическая топология подробно, как устройства физически связаны. Логические и физические топологии могут быть представлены как визуальные диаграммы.

карта топологии сети это карта, которая позволяет администратору видеть физическое расположение подключенных устройств. Наличие карты топологии сети под рукой очень полезно для понимания того, как устройства соединяются друг с другом, и лучших методов устранения неполадок..

Существует много различных типов топологий, которые корпоративные сети построили сегодня и в прошлом. Некоторые из топологий сети, которые мы собираемся рассмотреть, включают топология шины, кольцевая топология, звездная топология, топология сетки, и гибридная топология.

Топология шины

Топология шины - это тип сети, где каждое устройство подключается к одному кабелю, который проходит от одного конца сети к другому. Этот тип топологии часто называют линейная топология. В топологии шины данные передаются только в одном направлении. Если топология шины имеет две конечные точки, она называется топология линейной шины.

Меньшие сети с топологией этого типа используют коаксиальный кабель или кабель RJ45 для объединения устройств. Однако схема топологии шины устарела, и вы вряд ли встретите компанию, использующую топологию шины сегодня..

преимущества

Топологии шины часто использовались в небольших сетях. Одна из главных причин заключается в том, что они сделай макет простым. Все устройства подключены к одному кабелю, поэтому вам не нужно управлять сложной топологической настройкой..

Расположение также помогло сделать экономическую топологию шины экономически выгодной, потому что они можно запустить с помощью одного кабеля. Если требуется добавить больше устройств, вы можете просто подключить свой кабель к другому кабелю..

Недостатки

Однако использование одного кабеля означает, что топологии шины имеют единую точку отказа. Если кабель выходит из строя, вся сеть будет повреждена. Отказ кабеля стоил бы организациям много времени, пока они пытаются возобновить обслуживание. В дополнение к этому, высокий сетевой трафик снизит производительность сети потому что все данные проходят через один кабель.

Это ограничение делает топологии шины подходящими только для небольших сетей. Основная причина в том, что чем больше у вас узлов, тем ниже будет ваша скорость передачи. Стоит также отметить, что шинные топологии ограничены в том смысле, что они полудуплекс, это означает, что данные не могут быть переданы в двух противоположных направлениях одновременно.

Смотрите также: Мониторинг сети, сервера и приложений для малого и среднего бизнеса

Кольцевая топология

В сетях с кольцевой топологией компьютеры соединяются друг с другом в кольцевом формате. Каждое устройство в сети будет иметь двух соседей и не больше или не меньше. Кольцевые топологии обычно использовались в прошлом, но вам было бы трудно найти предприятие, все еще использующее их сегодня.

Первый узел подключен к последнему узлу, чтобы связать цикл вместе. Как следствие размещения в этом формате пакеты должны проходить через все узлы на пути к месту назначения..

В рамках этой топологии один узел выбран для настройки сети и мониторинга других устройств. Кольцевые топологии полудуплекс, но также может быть сделан дуплекс. Чтобы сделать кольцевые топологии полнодуплексными, вам потребуется два соединения между сетевыми узлами для формирования Топология двойного кольца.

Топология двойного кольца

Как упомянуто выше, если кольцевые топологии сконфигурированы, чтобы быть двунаправленными, то они упоминаются как топологии с двумя кольцами. Топологии с двумя кольцами обеспечивают каждый узел двумя соединениями, по одному в каждом направлении. Таким образом, данные могут передаваться в по часовой стрелке или против часовой стрелки направление.

преимущества

В кольцевых топологиях риск коллизий пакетов очень низок из-за использования основанных на токене протоколов, которые позволяют только одной станции передавать данные в данный момент времени. Это усугубляется тем, что данные могут перемещаться по узлам на высоких скоростях который может быть расширен при добавлении большего количества узлов.

Топологии с двумя кольцами обеспечили дополнительный уровень защиты, потому что они были более устойчивы к сбоям. Например, если кольцо выходит из строя внутри узла, то другое кольцо может подняться и поддержать его. Кольцевые топологии были также низкая стоимость установки.

Недостатки

Одна из причин, по которой кольцевые топологии были заменены, заключается в том, что они очень уязвимы к сбоям. еAilure одного узла может вывести из строя всю сеть. Это означает, что сети с топологией кольца должны постоянно управляться, чтобы гарантировать, что все узлы находятся в хорошем состоянии. Тем не менее, даже если узлы были в добром здравии вашей сети все еще может быть сбит в автономном режиме из-за отказа линии электропередачи!

Кольцевые топологии также повышенные проблемы масштабируемости. Например, полоса пропускания используется всеми устройствами в сети. К тому же, больше устройств, которые добавляются в сеть чем больше задержка связи сеть переживает. Это означает, что количество устройств, добавленных в топологию сети, необходимо тщательно контролировать, чтобы убедиться, что сетевые ресурсы не были растянуты за их пределы..

Внесение изменений в кольцевую топологию также было сложным, потому что вы необходимо выключить сеть, чтобы внести изменения к существующим узлам или добавить новые узлы. Это далеко не идеально, так как вам нужно учитывать время простоя каждый раз, когда вы хотите внести изменения в топологическую структуру!

Смотрите также: Инструменты для мониторинга пропускной способности

Топология звезды

Топология «звезда» - это топология, в которой каждый узел в сети подключен к одному центральному коммутатору. Каждое устройство в сети напрямую связано с коммутатором и косвенно связано с любым другим узлом. Связь между этими элементами заключается в том, что центральное сетевое устройство является сервером, а другие устройства рассматриваются как клиенты. Центральный узел отвечает за управление передачей данных по сети и действует как ретранслятор. В топологии «звезда» компьютеры подключаются с помощью коаксиального кабеля, витой пары или оптоволоконного кабеля..

преимущества

Звездные топологии наиболее часто используются, потому что вы может управлять всей сетью из одного местаЦентральный выключатель Как следствие, если узел, который не является центральным узлом, выйдет из строя, то сеть останется работоспособной. Это дает топологиям звезд уровень защиты от сбоев, которые не всегда присутствуют при других настройках топологии. Точно так же ты можно добавлять новые компьютеры без необходимости отключать сеть как вы бы сделали с кольцевой топологией.

С точки зрения физической структуры, для топологии типа звезда требуется меньше кабелей, чем для других типов топологии. Это делает их прост в настройке и управлении в долгосрочной перспективе. Простота общего дизайна значительно облегчает администраторам устранение неполадок при работе с ошибками производительности..

Недостатки

Хотя звездные топологии могут быть относительно безопасны от отказа, если центральный коммутатор выйдет из строя, то вся сеть выйдет из строя. Таким образом, администратору необходимо тщательно контролировать состояние центрального узла, чтобы убедиться, что он не выходит из строя. Производительность сети также привязаны к конфигурации и производительности центрального узла. Топологией Star легко управлять в большинстве случаев, но их установка и использование далеко не дешевы.

Топология дерева

Как следует из названия, древовидная топология - это сетевая структура, имеющая форму дерева с множеством ветвей. Топологии деревьев иметь корневой узел который связан с другой иерархией узлов. иерархия родитель-потомок где существует только одна взаимная связь между двумя связанными узлами. Как правило, топология дерева должна иметь три уровня иерархии для классификации таким образом. Эта форма топологии используется в глобальных сетях выдержать много разложенных устройств.

преимущества

Основная причина, почему древовидные топологии используется для расширения топологии шины и звезды. В этом иерархическом формате легко добавить больше узлов в сеть, когда ваша организация увеличивается в размерах. Этот формат также хорошо подходит для поиска ошибок и устранения неполадок потому что вы можете систематически проверять проблемы с производительностью по всему дереву.

Недостатки

Наиболее существенным недостатком топологии дерева является корневой узел. В случае сбоя корневого узла все его поддеревья становятся разделенными. Все еще будет частичное соединение в сети среди других устройств, таких как родительский узел неисправного.

Поддерживать сеть тоже не просто, потому что чем больше узлов вы добавляете, тем сложнее становится управлять сеть. Другим недостатком древовидной топологии является количество необходимых кабелей. Кабели необходимы для подключения каждого устройства по всей иерархии, что делает макет более сложным по сравнению с более простой топологией.

Топология сетки

Топология сетки - это соединение точка-точка, где узлы взаимосвязаны. В этой форме топологии, данные передаются двумя способами: маршрутизации и затопление. В маршрутизации узлы используют логику маршрутизации для определения кратчайшего расстояния до места назначения пакета. Напротив, при затоплении данные отправляются на все узлы в сети. Наводнение не требует никакой формы логики маршрутизации для работы.

Есть две формы топологии сетки: частичная топология сетки и етопология ULL-сетки. При частичной топологии сетки большинство узлов взаимосвязаны, но есть несколько, которые связаны только с двумя или тремя другими узлами. В топологии с полной сеткой каждый узел взаимосвязан.

преимущества

Сетчатые топологии используются в первую очередь потому, что они надежны. взаимосвязанность узлов делает их чрезвычайно устойчивыми к сбоям. Нет ни одного сбоя компьютера, который мог бы сломать всю сеть. Отсутствие единой точки отказа является одной из причин, почему это популярный выбор топологии. Эта настройка также защищена от взлома.

Недостатки

Однако сетчатые топологии далеки от совершенства. Oни требует огромного количества конфигурации как только они развернуты. Топологическая схема более сложна, чем у многих других топологий, и это отражается в том, сколько времени потребуется для ее настройки. Вам нужно будет разместить целый ряд новых проводов, которые могут быть довольно дорогими.

Гибридная топология

Когда топология состоит из двух или более разных топологий, она называется гибридной топологией. Гибридные топологии чаще всего встречается на крупных предприятиях где отдельные отделы имеют сетевые топологии, которые отличаются от другой топологии в организации. Соединение этих топологий вместе приведет к гибридной топологии. Как следствие, возможности и уязвимости зависят от типов топологии, которые связаны.

преимущества

Существует много причин, по которым используются гибридные топологии, но все они имеют одну общую черту: гибкость. Есть несколько ограничений на структуру, которые гибридная топология не может вместить, и вы может включать несколько топологий в одну гибридную установку. Как следствие, гибридные топологии очень масштабируемы. Масштабируемость гибридных установок делает их хорошо подходящими для больших сетей.

Недостатки

К сожалению, гибридные топологии может быть довольно сложным, в зависимости от топологии, которую вы решили использовать. Каждая топология, которая является частью вашей гибридной топологии, должна управляться в соответствии с ее уникальными требованиями. Это усложняет работу администраторов, поскольку им придется пытаться управлять несколькими топологиями, а не одной. Кроме того, настройка гибридной топологии может оказаться довольно дорогостоящим.

Смотрите также: Инструменты и программное обеспечение для обнаружения сети

Какую топологию выбрать?

Существует ряд факторов, которые необходимо учитывать при выборе топологии. Прежде чем выбрать топологию, вы должны внимательно рассмотреть следующее:

Необходимая длина кабеля
Тип кабеля
Стоимость
Масштабируемость

Во-первых, вам нужно принять во внимание длину кабеля, который вам нужен предоставлять услуги всем вашим сетевым устройствам. Топология шины является наиболее легкой с точки зрения потребностей в кабеле. В этом смысле это будет самая простая топология для установки и покупки кабеля. Это связано со вторым фактором, вам нужно рассмотрите тип кабеля, который вы собираетесь использовать. Типы кабелей варьируются от витых пар до коаксиальных и оптоволоконных кабелей.

Стоимость установки топологии также очень важна. Чем сложнее выбранная топология, тем больше вам придется заплатить с точки зрения ресурсов и времени, чтобы создать эту настройку..

Последний фактор, который вы хотите принять во внимание, - это масштабируемость.. Если вы планируете повысить вашей сетевой инфраструктуры в будущем вы хотите убедиться, что вы использовать сеть, в которую легко добавлять устройства. Сеть со звездообразной топологией идеально подходит для этого, потому что вы можете добавлять узлы с минимальным нарушением работы. Это не так просто в кольцевой сети, потому что вы добавите время простоя, если добавите какие-либо узлы.

ПО для картирования топологии сети

Теперь, когда мы знаем различные типы топологии, пришло время подумать о том, как спроектировать вашу сеть с нуля. Существует ряд программных продуктов, позволяющих создавать собственные диаграммы топологии сети. Диаграммы топологии сети показывают, как ваша сеть соединяется вместе, и помогают вам создать эффективный дизайн сети. Он также предоставляет вам контрольную точку, которая помогает вам при попытке выполнить поиск и устранение неисправностей для устранения неисправностей..

Существует множество различных продуктов для отображения топологии сети, но один из наиболее широко используемых Microsoft Visio. С помощью Microsoft Visio вы можете создать свою сеть, добавив сетевые элементы на холст. Эта программа позволяет вам разработать схему, которая детализирует вашу сеть. Конечно, создание собственной сети не всегда идеально, особенно когда вы пытаетесь отобразить большую сеть.

В результате вы можете рассмотреть возможность использования другого инструмента, такого как Картограф топологии сети SolarWinds который может автоматически обнаруживать устройства, подключенные к вашей сети. Автообнаружение пригодится, потому что это означает, что вам не нужно составлять структуру сети вручную.

Сетевая топология SolarWinds MapperDownload 14-дневная бесплатная пробная версия

Обзор сетевых топологий

Топология сети, которую вы выбираете для своего предприятия, должна основываться на ваших требованиях к использованию. Количество узлов в вашей сети будет определять, сможете ли вы сделать это с помощью топологии шины или вам понадобится развернуть более сложную сетку или гибридную установку.

Помни что все топологии имеют свои преимущества и недостатки в зависимости от среды, в которой они применяются (даже те, которые устарели!). После того, как вы продумали топологию, которую хотите использовать, вы можете приступить к ее развертыванию..

Один хороший способ планировать заранее - использовать инструмент отображения топологии сети составить макет, который вы собираетесь использовать. Используя такой инструмент, как Картограф топологии сети SolarWinds позволит вам построить свою сеть на диаграмме, чтобы увидеть топологическую структуру в одном месте.

Компьютерные сети

Принцип работы

Топология компьютерной сети звезда получила название за сходство со стилизованным изображением этой многолучевой фигуры. В ее представлении в графическом виде обязательно присутствуют:

центральный узел локальной сети, базовый элемент схемы;
периферийные узлы – рабочие станции пользователей, сетевое оборудование (принтеры, факсы и пр.);
каналы связи между центральным узлом и периферией, образующие лучи звезды.

Обмен в локальной сети при такой топологии осуществляется только через центральный узел. Непосредственная связь между остальными устройствами отсутствует.

Принцип работы и характеристики ЛВС определяет архитектура базового элемента. В этой роли используют:

сетевой концентратор (hub, хаб):
коммутатор (switch, свитч), управляемый или неуправляемый:
активное оборудование (сервер, интеллектуальный коммутатор, маршрутизатор).

Нередко пользователя интересуют вопросы, что такое концентратор и коммутатор, чем они отличаются в реализации ЛВС. Прежде всего, при использовании концентраторов и коммутаторов или активного оборудования принципиально разнятся алгоритмы работы сети.

Звезда с концентратором (хабом)

Концентратор (хаб) – простейшее оборудование для организации центральной точки подключения оборудования ЛВС. В устройстве реализован следующий алгоритм:

Хаб принимает пакет от одного из узлов.
Отправляет его на все порты.
Адресат (компьютер или другое оборудование) обрабатывает пакет.
Остальные устройства его игнорируют.

Звездообразная схема в такой реализации имеет следующие характерные особенности:

Трафик в сети – широковещательный.
Физическая топология – звезда, логическая – общая шина (за счет одновременной трансляции входящего пакета на все порты хаба, его получают все участники сети, одновременное обслуживание запросов нескольких узлов невозможно).
Пропускная способность хаба распределяется между подключенными в порты хостами. При этом время ожидания обработки запроса оказывается случайной величиной и определяется длиной очереди, Средняя пропускная способность для периферийных узлов зависит от числа задействованных портов концентратора – обратно пропорциональна их количеству.

Хабы используют для построения по топологии звезда небольших домашних или офисных локальных сетей, число участников которых не превышает 8-12. При увеличении количества подключенных рабочих станций производительность существенно снижается.

Еще один существенный недостаток такой организации – низкий уровень безопасности. При широковещательном трафике могут быть перехвачены и проанализированы все пакеты, что упрощает вероятность их расшифровки и получения посторонними конфиденциальной информации.

Среди достоинств схем с концентраторами – простота построения ЛВС (не требуется предварительной настройки оборудования) и низкая цена центрального устройства.

Аналогично хабу (с мультиплексированием) работают точки доступа Wi-Fi при одновременном использовании несколькими мобильными терминалами одного из доступных каналов.

Звезда с коммутатором

Для сетевой топологии звезда с большим числом рабочих станций и возможностью масштабирования чаще используют коммутаторы. В отличие от хаба, свитч:

В процессе обмена составляет и заносит в ассоциативную память карту портов (MAC-адресов хостов, подключенных к каждому).
Принимает пакет от отправителя.
Анализирует его в соответствии с алгоритмом коммутации.
Отправляет по адресу получателя.

При такой организации:

Трафик приобретает свойства селективного (от отправителя непосредственно получателю). Исключение составляют пакеты, адресованные хостам, MAC-адреса которых не занесены в таблицу коммутатора (например, на начальном этапе обучения, когда она не сформирована полностью). В этом случае сохраняется широковещательный характер.
Возможна обработка запросов нескольких узлов ЛВС одновременно.
Логическая топология преобразуется от общей шины к гибридной (звезда+шина).
Увеличивается пропускная способность каждого из каналов, снижается латентость (время задержки).
Появляется возможность ассиметричной коммутации, с увеличением ширины полосы пропускания для отдельных портов интерфейса.
Повышается скорость обмена (за счет исключения передачи информации участникам, которым она не предназначена) и безопасность (уменьшение объемов широковещательного трафика сокращает вероятность перехвата и дешифровки пакетов).

На время задержки и надежность информационного обмена влияют используемые алгоритмы коммутации:

Cut-trough (со сквозной передачей). При анализе пакета коммутатор распаковывает только адрес получателя и транслирует информацию без дальнейшей обработки. Обладает максимальной производительностью, но не позволяет выявить ошибки пересылаемых данных.
Store&Forward (хранение и пересылка). Производится промежуточное сохранение данных, распаковка пакета с проверкой его целостности, при отсутствии ошибок – отправка адресату. Обеспечивается максимальная надежность (достоверность данных) но с увеличением общей задержки.
Fragment-Free (без фрагментирования). Позволяет устранить коллизии за счет проверки длины кадра на минимальную длину (64 бита). Читаются только первые 64 бита, все кадры длиннее пересылаются получателю, короче – игнорируются. В результате достигается компромисс между скоростью и надежностью обмена.

Таким образом, коммутатор как центральный узел топологии звезда обеспечивает улучшение производительности и скорости обмена, повышение надежности обмена и его безопасности по сравнению с концентраторами. Это позволяет увеличивать число портов в одном устройстве, стекировать их при значительном числе рабочих станций в ЛВС, без проблем реализовывать как одноранговые, так и иерархические сети, для которых требуется увеличенная пропускная способность для серверных лучей звезды.

Активная

Топология активная или истинная звезда предполагает использование в качестве центрального узла оборудования, осуществляющего не просто трансляцию пакетов, но и принимающего участие в обмене (точнее, осуществляет полное управление последним). Принципиальное отличие активного оборудования – использование более высокого (как минимум, третьего) уровня модели OSI, по сравнению с первым или вторым, с которым работают, соответственно, концентраторы и коммутаторы.

Как центральное оборудование для развертывания активной звездообразной топологии выступают:

выделенные серверы на базе мощных компьютеров;
интеллектуальные полностью управляемые коммутаторы, использующие II и III уровень модели OSI;
маршрутизаторы.

Они получают функции:

Полной маршрутизации внутреннего трафика (используется достаточно редко при высоких требованиях к надежности и безопасности информационного обмена).
Управления внутренним адресным пространством – раздачи адресов абонентам ЛВС (DHCP-сервера).
Создания виртуальных сетей и туннелирования.
Балансировки трафика (например, с использованием протокола QoS) и придания ему асимметрии.
Ограничения скорости на портах вплоть до полной блокировки.
Отслеживания штормов и петель.
Разграничения прав доступа к отдельным хостам или группам адресов для абонентов.

Сеть, использующая топологию активная звезда, обладает большей устойчивостью, обеспечивает высокую производительность, надежность и безопасность. Серьезный недостаток такой схемы – цена решения, выше, чем при работе в структуре с пассивным оборудованием. Кроме того, активные устройства требуют настройки и квалифицированного администрирования.

Пассивная

Топология пассивная звезда использует как центральный хост хаб или коммутатор (управляемый или неуправляемый). Пассивное оборудование (собственно, и давшее название схеме) не участвует в управлении трафиком вовсе или реализует ограниченный набор функций его администрирования.

Решение выигрывает у активной по цене, но проигрывает по пропускной способности, надежности и безопасности.

На базе концентраторов строят домашние или небольшие офисные сети, свитчи применяют в ЛВС крупных предприятий для организации сегментов и подсетей.

Применение топологии

Топология звезда стала наиболее распространенной схемой построения локальных сетей различного масштаба. Ее используют при организации сетей:

Одноранговых домашних или для небольших офисов.
Беспроводных, как защищенных (частных), так и общедоступных. Центральным узлом в них выступает Wi-Fi роутер (точка доступа).
Структурированных (иерархических) для купных предприятий и организаций. Причем касается это не только компьютерных ЛВС управления бизнес-процессами, но и АСУ ТП, в состав которых входит технологическое оборудование.

Оборудование, задействованное в техпроцессах, работает как с распространенными стандартами связи (Wi-Fi, Ethernet), так и с промышленными, например RS-485, ProfiBUS, ModBUS и аналогичными. Хотя последние и принято относить к шинным коммуникациям (BUS в названии), однако участки, где требуется повышенная надежность, реализуют по звездообразной топологии с центральными контроллерами.

Сравнение с другими типами

Решение в пользу конкретной базовой топологии при реализации ЛВС определяют достоинства и недостатки каждого решения.

При сравнении учитывают такие факторы:

Организацию связи между хостами – возможность работы в различных средах передачи, необходимость прокладки индивидуальных кабелей, использование стандартов связи и протоколов, производительность, скорость обмена.
Масштабируемость сети – добавление новых рабочих станций, сегментов и подсетей.
Длина коммуникационных линий.
Наличие критических точек и связей.
Устойчивость и надежность на физическом уровне – способность ЛВС функционировать при выходе из строя абонентского оборудования или разрыве связей.
Устойчивость и надежность на логическом и информационном уровне – возможность устранения коллизий, отсеивания поврежденных пакетов, построения маршрутов в условиях отказа части оборудования и каналов, работы в критических условиях и пр.

Достоинства

Топология звезда выигрывает в сравнении с большинством других базовых.

По масштабируемости

Для звезды вопрос добавления сегмента или подсети решается простым соединением центральных точек.
В шине на физическом уровне требуется аналогичное действие – соединение двух точек, но на уровне передачи сигналов придется позаботиться о допустимой длине связей и пропускной способности общего канала.
Для кольца потребуется полная реорганизация связей, обработки маркеров и пакетов данных.
В ячеистой топологии задача еще сложнее – для добавляемой группы узлов необходимо обеспечить соединения и правила обмена, отвечающие условиям конкретной сети (например, количество альтернативных маршрутов).

По устойчивости и надежности при отказе клиентского оборудования или обрыве каналов

Сеть по топологии кольцо при отказе одного из узлов или обрыве связи гарантированно выходит из строя. В системах с общей шиной вероятность подобного исхода достаточно высока – незаглушенные терминаторами места обрыва или сбойные адаптеры на ПК становятся источниками коллизий, полностью парализующих обмен.

Звезда в этом случае сохраняет работоспособность – из обмена исключает только сбойный хост или узел, с которым нарушено физическое соединение.

По простоте администрирования

В общем случае и шинная, и кольцевая и ячеистая топологии рассматриваются как децентрализованные. Администрирование трафика требует настроек и мониторинга на каждом хосте или значительном числе узлов.

При использовании активной или истинной звезды эти задачи решаются на центральном узле. Однако пассивная звезда, особенно работающая через хаб, этого преимущества не имеет.

Недостатки

По некоторым показателям топология звезда уступает другим базовым, например:

По простоте организации сети, особенно кабельной, кольцо и шина существенно выигрывают, поскольку не требуют прокладки каналов от центрального хоста к каждому из периферийных. Уступает звезде в этом отношении только ячеистая структура, особенно, полносвязная.
По затратам. Дополнительные кабельные каналы, усилители сигналов, и, главное, центральное оборудование существенно повышают цену организации звездообразной сети, в сравнении с шинной и кольцевой. При прочих равных по этому показателю звезде проигрывает только mesh-система.
Наличие критической точки. Нарушение работоспособности центрального узла приведет к отказу всей сети.

Таким образом, топология звезда заслуженно стала основной для ЛВС любого масштаба – от домашних до промышленных. Ее используют в кабельных и беспроводных сетях, с пассивным и активным оборудованием центрального узла. В большинстве случаев плюсы и минусы решения позволяют достигнуть существенного улучшения показателей скорости обмена, устойчивости, надежности и безопасности.

Читайте также: