Компютерна мережа

• Топологія сітки - це мережева топологія, в якій існують щонайменше два вузли з двома або більше шляхами між ними.

• Кільцева топологія - це мережева топологія, в якій кожен вузол має точно два зв'язки з іншими вузлами.

• Топологія дерева - ця мережева топологія, яка описується графом без контурів (петель). У мережі з топологією дерева існує один виділений вузол, який є коренем дерева.

• Зіркова топологія -.мережева топологія, яка є частковим випадком топології дерева, а саме – дворівневим деревом. Центральний вузол відповідає кореню дерева.

• Лінійна (ланцюгова) топологія -.це топологія, у якій кожен вузол з'єднаний з попереднім та наступним відносно себе. Частковий випадок дерева. Виникає з кільцевої топології при видаленні однієї гілки.

• Змішана (гібридна) топологія - це поєднання двох або більшої кількості мережевих топологій. Можна навести приклади, коли дві об'єднані основні мережеві топології не змінюють характеру топології мережі і тому створюють гібридні мережі. Наприклад, сполучення мереж з топологією дерева дає мережу з такою ж топологією. Тому гібридна топологія мережі виникає тільки тоді, коли сполучені дві мережі з основними топологіями дають у результаті мережу, топологія якої не відповідає жодному з означень основних топологій. Наприклад, дві мережі із зірковою топологією при об'єднанні утворюють мережу з гібридною топологією. Гібридна топологія мережі виникає також при сполученні мереж із різними видами топологій.

Найбільш широко використовуються топології "зірка", "спільна шина" та "кільце" [2].

На рис. 1.1 показані комп'ютери з'єднані зіркою. У цьому випадку кожен комп'ютер через спеціальний мережевий адаптер під'єднується окремим кабелем до об'єднуючого пристрою. При необхідності можна об'єднати разом кілька мереж з топологією "зірка", при цьому ми одержуємо розгалужену конфігурацію мережі.

Рис. 1.1. Топологія “зірка”

Топологія "спільна шина" передбачає використання одного кабелю до якого підключаються всі комп'ютери мережі (рис. 1.2).

У випадку топології "спільна шина" кабель використовується спільно усіма станціями по черзі. Приймаються спеціальні заходи для того, щоб при роботі з спільним кабелем комп'ютери не заважали один одному передавати і приймати дані.

Рис 1.2 Топологія “спільна шина”

В топології "спільна шина" всі повідомлення, що посилались окремими комп'ютерами, приймаються усіма іншими комп'ютерами, що підключені до мережі. Надійність тут вища, так як вихід з ладу окремих комп'ютерів не порушить працездатності мережі в цілому.

Пошук несправності в кабелі ускладнений. Крім того, так як використовується один кабель, то в випадку обриву порушується робота всієї мережі.

Використовуються також топологія "кільце" (рис. 1.3). У цьому випадку дані передаються від одного комп'ютера до іншого ніби по естафеті. Якщо комп'ютер одержує дані призначені для другого комп'ютера, він передає їх далі по кільцю. Якщо дані одержав той, кому вони були адресовані, вони далі не передаються.

Рис. 1.3 Топологія “кільце”

Локальна мережа може використовувати одну із перерахованих топологій. Яку саме залежить від кількості об'єднаних комп'ютерів, їх місця розташування та інших умов. Можна також об'єднати кілька локальних мереж, які використовують різну топологію, в єдину локальну мережу. Тоді отримаємо деревоподібну топологію.

Характеристики топологій локальних мереж приведені в таблиці 1.

Таблиця 1

Характеристики топологій локальних мереж

Характеристики	Топологія
	Зірка	Кільце	Спільна шинна
Розміри системи	Необмежені	Необмежені	Обмежені
Захист від прослуховування	Добрий	Добрий	Задовільний
Вартість підключення	Низька	Низька	Висока
Поведінка системи при високих навантаженнях	Добра	Задовільна	Погана
Можливість роботи в реальному режимі часу	Дуже добра	Добра	Погана
Прокладання кабелю	Добра	Задовільна	Добра
Обслуговування	Дуже добре	Задовільне	Задовільне

 

2. Еволюція активного обладнання мереж

Карта мережевого інтерфейсу (Network Interface Card - NIC), яку також називають мережевим адаптером або мережевою картою - це пристрій, який здійснює фізичне під’єднання комп’ютера до мережі, тобто забезпечує фізичне сполучення між мережевим кабелем і внутрішньою шиною комп’ютера. У більшості випадків ця карта встановлюється безпосередньо в шину розширення комп’ютера. В окремих випадках карта може бути частиною окремого пристрою, до якого комп’ютер під’єднаний через паралельне або послідовне сполучення.

Карта мережевого інтерфейсу отримує дані від персонального комп’ютера, перетворює їх до відповідного формату і пересилає через кабельну систему до іншої мережевої карти; остання приймає дані, переводить їх у форму, зрозумілу для даного комп’ютера і висилає їх у цей комп’ютер.

Для вирішення проблеми міжмережевої взаємодії виробниками обладнання пропонуються різні інтерфейсні пристрої - повторювачі (repeater), мости (bridge), комутатори (switch), маршрутизатори (router) , мости- маршрутизатори (bridge/router, brouter) і шлюзи (gateway).

Основна різниця між цими пристроями полягає в тому, що у відповідності з прийнятою ISO (Міжнародною Організацією по Стандартизації) семирівневої моделі відкритих систем OSI повторювачі діють на першому (фізичному) рівні (Physical Layer), мости - на другому рівні (Data Link Layer), а маршрутизатори - це пристрої, які діють на третьому (мережевому) рівні (Network Layer).

На початку 80-х років мережі Ethernet організовувалися на базі шинної топології з використанням сегментів на основі коаксіального кабелю довжиною до 500 метрів. Збільшення розмірів мереж поставило завдання подолання 500-метрового бар'єра. Для рішення цієї проблеми використовувалися повторювачі або мости.

Повторювач - це пристрій, який отримує електричний або оптичний сигнал із кабеля через один інтерфейс, регенерує його і висилає в кабель через другий інтерфейс. Завданням повторювача є пересилання будь-якого вхідного сигналу до всіх інших портів без модифікації або непотрібної затримки. Це означає також пересилання сигналів колізій, фрагментів рамок, шумів. Повторювачі можуть мати два або більше портів. Прикладом багатопортового повторювача є хаб у мережі Ethernet. Порти повторювача не мусять бути ідентичними. Вони можуть передавати сигнали від входу для провідного кабеля до входу для оптоволоконного кабеля, але це можливе тільки в межах тієї самої топології. Наприклад, можна переслати сигнал від 10Base-T до 10Base-F, але не можна побудувати повторювач для мереж різних типів, наприклад, для Ethernet і TokenRing; пристрої, які можуть здійснювати такі сполучення, називають мостами. Всередині повторювача є два або більше трансиверів (відповідно до кількості портів) та логічні елементи, які з'єднують трансивери між собою. Оскільки повторювачі містять тільки трансивери, які не аналізують жодної інформації про регенеровані сигнали, тому їх відносять до пристроїв Рівня 1 (Фізичного рівня) моделі OSI.

Час поширення сигналу з одного кінця мережі до іншого скінчений. Стандарт Ethernet вимагає, щоб цей час не був більшим від певної частки сумарного часу, за який сигнал досягає віддаленого кінця мережі. Якщо діаметр мережі (максимальна відстань між двома станціями) занадто великий, то ця вимога не виконується і мережа не може правильно функціонувати. Проблему синхронізації не можна легковажити. Коли вимоги стандарту Ethernet не дотримані, то втрачаються рамки, характеристики мережі погіршуються, програми застосувань виконуються повільно і можуть містити помилки.

Порти повторювачів не мають власних фізичних або логічних адрес, тобто повторювачі у цьому відношенні діють подібно до загальної шини мережі Ethernet, дотримуючись протоколу CSMA/CD, і сегменти, під'єднані до портів повторювача, утворюють одну область колізій. Трафік, генерований одним сегментом, передається через повторювач до інших сегментів. Це спричиняє зростання сумарного трафіку, так що, коли мережеві сегменти дуже завантажені, то застосування повторювачів не рекомендується.

Однак, наприкінці 80-х років почалося широке поширення мереж на основі кабелю зі скрученими парами провідників (виті пари). Нова технологія 10Base-T стала дуже популярною і привела до трансформації топології мереж від шинної магістралі до організації з'єднань типу "зірка". Вимоги до повторювачів і мостів для таких мереж істотно змінилися в порівнянні з простими двопортовими пристроями для мереж із шинною топологією - сучасні мости і повторювачі являють собою складні багатопортові пристрої.

Сьогоднішні модульні концентратори (повторювачі) часто дозволяють організувати кілька сегментів, кожний з який надає користувачам окрему поділювану смугу 10 Mbps. Деякі концентратори дозволяють програмним шляхом розділяти порти пристрою на незалежні сегменти. Така можливість називається переключенням портів. Концентратор, приміром, може містити три різних сегменти Ethernet, організовані внутрішніми засобами хаба. Переключення портів забезпечує адміністратору мережі високу гнучкість організації сегментів, дозволяючи переносити порти з одного сегмента в іншій програмними засобами. Ця можливість особливо корисна для розподілу навантаження між сегментами Ethernet і зниження витрат, пов'язаних з подібними операціями. Переключення портів, статичне зв'язування портів з різними сегментами Ethernet - сильно відрізняється від описаної нижче комутації Ethernet

Виробники мережевого обладнання впровадили пристрої, які забезпечують багато портів Ethernet. Ці пристрої відомі як хаби, які у своєму найпростішому варіанті є звичайними багатопортовими повторювачами. Всі порти хаба-повторювача виглядають як один сегмент Ethernet, тобто внутрішня шина хаба заміняє зовнішню шину, властиву фізичній топології мереж 10Base-5 або 10Base-2. Крім того, хаби можна об’єднувати або каскадувати (з використанням ієрархічної схеми), що збільшує кількість портів на сегмент.

Новітні хаби - це значно складніші пристрої, які мають ряд властивостей, подібних до комутаторів або мостів, що значно покращує їх можливості при адмініструванні мережею. Зокрема, наявність внутрішніх комутаторів у хабі дозволяє розділити порти хаба на декілька груп, кожна з який відноситься до окремої області колізій. Передавання рамок між цими групами портів може супроводжуватися їх буферизацією, фільтрацією, контролем правильності рамок та відкиданням пошкоджених пакетів тощо. Це суттєво покращує експлуатаційні характеристики мережі за рахунок зменшення трафіку в окремих сегментах, більш ефективного використання наявної ширини смуги. Хаб може мати адресований порт подібно до станції, що дозволяє застосовувати дистанційне управління хабом з використанням відповідного протоколу високого рівня (наприклад, SNMP).

Мости дозволяють сегментувати мережі на менші частини, у яких загальне середовище розділяється невеликим числом користувачів. Мости є попередниками комутаторів.

Функцією моста є об’єднання окремих локальних мереж на Канальному рівні (підрівень MAC). Мости можуть з’єднувати різні типи мереж (такі як Ethernet і Fast Ethernet) або мережі однакового типу. Оскільки мости працюють на Рівні 2, вони мають доступ до фізичних адрес станцій в сегментах мереж, під’єднаний до моста. Після встановлення фізичних адрес станції-джерела і станції-призначення, які беруть участь в обміні інформацією, мости можуть здійснювати доступ до сегментів на основі фізичних адрес. Це дозволяє пропускати через мости тільки необхідний трафік. Якщо рамка, прийнята мостом, адресована до станції в тому ж сегменті, то вона не передається до інших сегментів (фільтрується); якщо ж станція-джерело і станція-призначення розташовані в різних сегментах, то міст висилає рамку до належного сегменту. Крім того, мости запобігають передаванню всіх помилкових або погано вирівняних пакетів.

Мости здійснюють механізм сполучення двох або більшої кількості окремих сегментів локальної мережі на рівні даних. Сьогодні є різні підстави для застосування мостів.

В багатьох організаціях різні підрозділи всюди збільшують окремі локальні мережі без будь-якої думки про їх погодженість або сумісність. В багатьох випадках застосовуються різні типи локальних мереж. Для використання нових мережевих послуг виникають наміри з’єднати ці мережі між собою. Однак багато робочих станцій мережі були спроектовані в припущенні, що вони будуть взаємодіяти в одній локальній мережі з одним мережевим протоколом. Тому бажано допускати з’єднання локальних мереж без потреби безпосередньої взаємодії індивідуальних станцій. Пристрої, які забезпечують таку можливість - це мости.

Іншою головною підставою для використання мостів є полегшення використання ширини смуги між локальними мережами, коли вони надто великі, шляхом їх розділення на багато малих мереж. Це можна здійснити, застосовуючи мости.

Маршрутизатори є високоефективним засобом для з’єднання різних ЛКМ в мережеві структури довільної складності. На відміну від мостів маршрутизатори працюють з логічними ідентифікаторами кожного сегменту мережі. Це дозволяє об’єднувати множину логічно різних підмереж, кожна з яких є в принципі незалежним адміністративним доменом.

Сучасні маршрутизатори є багатопротокольними і, на відміну від мостів, містять програмний модуль, що забезпечує реалізацію відповідного протоколу і працює з більш повною інформацією, що зберігається в базі даних маршрутизатора - таблиці маршрутизації.

Принципова різниця між базами даних маршрутизатора і моста полягає в тому, що таблиця маршрутизації містить інформацію про шляхи (маршрути), пройдені кожним пакетом по мережі від відправника до отримувача.