Топология звезда плюсы и минусы: схема, достоинства и недостатки компьютерной сети

Лекция 02. Топология локальных сетей. Состав и конфигурация сетевой аппаратуры в зависимости от топологии сети.

Лекция 02. Топология локальных сетей. Состав и конфигурация сетевой аппаратуры в зависимости от топологии сети.

Топология локальных сетей.

Состав и конфигурация сетевой аппаратуры в зависимости от топологии сети.

1. Понятие топологии сети

Общая схема соединения компьютеров в локальные сети называется топологией сети

Топология — это физическая конфигурация сети в совокупности с ее логическими характеристиками. Топология — это стандартный термин, который используется при описании основной компоновки сети. Если понять, как используются различные топологии, то можно будет определить, какими возможностями обладают различные типы сетей.

Существует два основных типа топологий:

• физическая
• логическая

Логическая топология описывает правила взаимодействия сетевых станций при передаче данных.

Физическая топология определяет способ соединения носителей данных.

Термин «топология сети» характеризует физическое расположение компьютеров, кабелей и других компонентов сети. Топология физических связей может принимать разные «геометрические» формы, при этом существенным является не геометрическое расположение кабеля, а лишь наличие связи между узлами (замкнутость/незамкнутость, наличие центра и т.д.).

Топология сети обуславливает ее характеристики.

Выбор той или иной топологии влияет на:

• состав необходимого сетевого оборудования
• характеристики сетевого оборудования
• возможности расширения сети
• способ управления сетью

Конфигурация сети может быть или децентрализованной (когда кабель «обегает» каждую станцию в сети), или централизованной (когда каждая станция физически подключается к некоторому центральному устройству, распределяющему фреймы и пакеты между станциями). Примером централизованной конфигурации является звезда с рабочими станциями, располагающимися на концах ее лучей.

Децентрализованная конфигурация похожа на цепочку альпинистов, где каждый имеет свое положение в связке, а все вместе соединены одной веревкой. Логические характеристики топологии сети определяют маршрут, проходимый пакетом при передаче по сети.

При выборке топологии нужно учитывать, чтобы она обеспечивала надежную и эффективную работу сети, удобное управление потоками сетевых данных. Желательно также, чтобы сеть по стоимости создания и сопровождения получилась недорогой, но в то же время оставались возможности для ее дальнейшего расширения и, желательно, для перехода к более высокоскоростным технологиям связи. Это непростая задача! Чтобы ее решить, необходимо знать, какие бывают сетевые топологии.

По топологии связей различают:

• сети с топологией «общая шина (шина) «;
• сети с топологией «звезда»;
• сети с топологией «кольцо»»;
• сети с древовидной топологией;
• сети со смешанной топологией

2. Базовые топологии сети

Существует три базовые топологии, на основе которых строится большинство сетей.

• шина (bus)
• звезда (star)
• кольцо (ring)

«Шиной» называется топология, в которой компьютеры подключены вдоль одного кабеля.

«Звездой» называется топология, в которой компьютеры подключены к сегментам кабеля, исходящим из одной точки, или концентратора.

«Кольцом» называется топология, если кабель, к которому подключены компьютеры, замкнут в кольцо.

Хотя сами по себе базовые топологии несложны, в реальности часто встречаются довольно сложные комбинации, объединяющие свойства нескольких топологий.

2.1 Топология сети типа «шина» (bus)

В этой топологии все компьютеры соединяются друг с другом одним кабелем. Каждый компьютер присоединяется к общему кабелю, на концах которого устанавливаются терминаторы. Сигнал проходит по сети через все компьютеры, отражаясь от конечных терминаторов.

 

 

Схема топологии сети тип «шина»

Топология «шина» порождается линейной структурой связей между узлами. Аппаратно такая топология может быть реализована, например, путём установки на центральные компьютеры двух сетевых адаптеров. В целях предотвращения отражения сигнала на концах кабеля должны быть установлены терминаторы, поглощающие сигнал.

В сети с топологией «шина» компьютеры адресуют данные конкретному компьютеру, передавая их по кабелю в виде электрических сигналов — аппаратных MAC-адресов. Чтобы понять процесс взаимодействия компьютеров по шине, нужно уяснить следующие понятия:

• передача сигнала
• отражение сигнала
• терминатор

1. Передача сигнала

Данные в виде электрических сигналов, передаются всем компьютерам сети; однако информацию принимает только тот, адрес которого соответствует адресу получателя, зашифрованному в этих сигналах. Причем в каждый момент времени только один компьютер может вести передачу. Так как данные в сеть передаются лишь одним компьютером, ее производительность зависит от количества компьютеров, подключенных к шине. Чем их больше, т.е. чем больше компьютеров, ожидающих передачи данных, тем медленнее сеть. Однако вывести прямую зависимость между пропускной способностью сети и количеством компьютеров в ней нельзя. Ибо, кроме числа компьютеров, на быстродействие сети влияет множество факторов, в том числе:

• характеристики аппаратного обеспечения компьютеров в сети
• частота, с которой компьютеры передают данные
• тип работающих сетевых приложений
• тип сетевого кабеля
• расстояние между компьютерами в сети

Шина — пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе остальных. В активных топологиях компьютеры регенерируют сигналы и передают их по сети.

2. Отражение сигнала

Данные, или электрические сигналы, распространяются по всей сети — от одного конца кабеля к другому. Если не предпринимать никаких специальных действий, сигнал, достигая конца кабеля, будет отражаться и не позволит другим компьютерам осуществлять передачу. Поэтому, после того как данные достигнут адресата, электрические сигналы необходимо погасить.

3. Терминатор

Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливают заглушки (терминаторы, terminators), поглощающие эти сигналы. Все концы сетевого кабеля должны быть к чему-нибудь подключены, например к компьютеру или к баррел-коннектору — для увеличения длины кабеля. К любому свободному (неподключенному ни к чему) концу кабеля должен быть подсоединен терминатор, чтобы предотвратить отражение электрических сигналов.

 

Установка терминатора

Нарушение целостности сети может произойти, если разрыв сетевого кабеля происходит при его физическом разрыве или отсоединении одного из его концов. Возможна также ситуация, когда на одном или нескольких концах кабеля отсутствуют терминаторы, что приводит к отражению электрических сигналов в кабеле и прекращению функционирования сети.

Сеть «падает». Сами по себе компьютеры в сети остаются полностью работоспособными, но до тех пор, пока сегмент разорван, они не могут взаимодействовать друг с другом.

У такой топологии сети есть достоинства и недостатки.

Достоинств топологии «шина»:

• небольшое время установки сети
• дешевизна (требуется меньше кабеля и сетевых устройств)
• простота настройки
• выход из строя рабочей станции не отражается на работе сети

Недостатки топологии «шина»:

• такие сети трудно расширять (увеличивать число компьютеров в сети и количество сегментов — отдельных отрезков кабеля, их соединяющих).
• поскольку шина используется совместно, в каждый момент времени передачу может вести только один из компьютеров.
• «шина» является пассивной топологией — компьютеры только «слушают» кабель и не могут восстанавливать затухающие при передаче по сети сигналы.
• надежность сети с топологией «шина» невысока. Когда электрический сигнал достигает конца кабеля, он (если не приняты специальные меры) отражается, нарушая работу всего сегмента сети.

Проблемы, характерные для топологии «шина», привели к тому, что эти сети сейчас уже практически не используются.

Топология сети типа «шина» известна как логическая топология Ethernet 10 Мбит/с.

2.2 Базовая топология сети типа «звезда» (star)

При топологии «звезда» все компьютеры подключаются к центральному компоненту, именуемому концентратором (hub). Каждый компьютер подсоединяется к сети при помощи отдельного соединительного кабеля. Сигналы от передающего компьютера поступают через концентратор ко всем остальным.

В «звезде» всегда есть центр, через который проходит любой сигнал в сети. Функции центрального звена выполняют специальные сетевые устройства, причём передача сигнала в них может идти по-разному: в одних случаях устройство направляет данные всем узлам, кроме узла-отправителя, в других устройство анализирует, какому узлу предназначаются данные и направляет их только ему.

Эта топология возникла на заре вычислительной техники, когда компьютеры были подключены к центральному, главному, компьютеру.

 

 

Схема топологии сети типа «звезда»

Достоинства типологии «звезда»:

• выход из строя одной рабочей станции не отражается на работе всей сети в целом
• хорошая масштабируемость сети
• лёгкий поиск неисправностей и обрывов в сети
• высокая производительность сети (при условии правильного проектирования)
• гибкие возможности администрирования

Недостатки типологии «звезда»:

• выход из строя центрального концентратора обернётся неработоспособностью сети (или сегмента сети) в целом
• для прокладки сети зачастую требуется больше кабеля, чем для большинства других топологий
• конечное число рабочих станций в сети (или сегменте сети) ограничено количеством портов в центральном концентраторе.

Одна из наиболее распространённых топологий, поскольку проста в обслуживании. В основном используется в сетях, где носителем выступает кабель витая пара. UTP категория 3 или 5. (Категории кабеля «витая пара», которые нумеруются от 1 до 7 и определяют эффективный пропускаемый частотный диапазон. Кабель более высокой категории обычно содержит больше пар проводов и каждая пара имеет больше витков на единицу длины).

Топология типа «звезда» нашла свое отражение в технологии Fast Ethernet6.

2.3 Базовая топология сети типа «кольцо» (ring)

При топологии «кольцо» компьютеры подключаются к кабелю, замкнутому в кольцо. Поэтому у кабеля просто не может быть свободного конца, к которому надо подключать терминатор. Сигналы передаются по кольцу в одном направлении и проходят через каждый компьютер. В отличие от пассивной топологии «шина», здесь каждый компьютер выступает в роли репитера (повторителя), усиливая сигналы и передавая их следующему компьютеру. Поэтому, если выйдет из строя один компьютер, прекращает функционировать вся сеть.

 

 

Схема сети типа «кольцо»

Функционирование замкнутой топологии «кольцо» основано на передаче маркера.

Маркер – пакет данных, разрешающий компьютеру передавать данные в сеть.

 

Маркер последовательно, от одного компьютера к другому, передается до тех пор, пока его не получит тот, который «хочет» передать данные. Компьютер, желающий начать передачу, «захватывает» маркер, изменяет его, помещает адрес получателя в данные и посылает их по кольцу получателю.

Данные проходят через каждый компьютер, пока не окажутся у того, чей адрес совпадает с адресом получателя, указанным в данных. После этого принимающий компьютер посылает передающему сообщение, где подтверждает факт приёма данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создаёт новый маркер и возвращает его в сеть.

На первый взгляд, кажется, что передача маркера отнимает много времени, однако на самом деле маркер передвигается практически со скоростью света. В кольце диаметром 200 метров маркер может циркулировать с частотой 10 000 оборотов в секунду.

Достоинства топологии «кольцо»:

• простота установки
• практически полное отсутствие дополнительного оборудования
• возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.

Недостатки топологии «кольцо»:

• выход из строя одной рабочей станции, и другие неполадки (обрыв кабеля), отражаются на работоспособности всей сети
• сложность конфигурирования и настройки
• сложность поиска неисправностей

Наиболее широкое применение получила в оптоволоконных сетях. Используется в стандартах FDDI8, Token ring9.

3. Другие возможные сетевые топологии

Реальные компьютерные сети постоянно расширяются и модернизируются. Поэтому почти всегда такая сеть является гибридной, т.е. ее топология представляет собой комбинацию нескольких базовых топологий. Легко представить себе гибридные топологии, являющиеся комбинацией «звезды» и «шины», либо «кольца» и «звезды».

3.1 Топология сети типа «дерево» (tree)

Топологию «дерево» (tree), можно рассматривать как объединение нескольких «звезд». Именно эта топология сегодня является наиболее популярной при построении локальных сетей.

 

 

Схема топологии сети типа «дерево»

В древовидной топологии есть корень дерева, от которого произрастают ветви и листья.

Дерево может быть активным или истинным и пассивным. При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном — концентраторы (хабы).

 

 

Рисунок 6 — Схема топологии сети типа «активное дерево»

 

 

Рисунок 7 — Схема топологии сети типа «пассивное дерево»

3.2 Комбинированные топологии сети

Довольно часто применяются комбинированные топологии, среди них наиболее распространены звездно-шинная и звездно-кольцевая.

В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды.

 

Схема комбинированной топологии сети типа «star-bus»

К концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты. На самом деле реализуется физическая топология шина, включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. В результате получается звездно-шинное дерево. Таким образом, пользователь может гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий, а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети. С точки зрения распространения информации данная топология равноценна классической шине.

В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы, к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи.

 

 

Схема комбинированной топологии сети типа «star-ring»

В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов линии связи образуют замкнутый контур (как показано на рисунке 9). Данная топология дает возможность комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий. Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети. Если говорить о распространении информации, данная топология равноценна классическому кольцу.

 

3.3 «Сеточная» топология сети

Наконец, следует упомянуть о сетчатой, или сеточной (mesh) топологии, в которой все либо многие компьютеры и другие устройства соединены друг с другом напрямую (рисунок 10).

 

 

Рисунок 10 — Схема сеточной топологии сети

Такая топология исключительно надежна — при обрыве любого канала передача данных не прекращается, поскольку возможно несколько маршрутов доставки информации. Сеточные топологии (чаще всего не полные, а частичные) используются там, где требуется обеспечить максимальную отказоустойчивость сети, например, при объединении нескольких участков сети крупного предприятия или при подключении к Интернету, хотя за это, конечно, приходится платить: существенно увеличивается расход кабеля, усложняется сетевое оборудование и его настройка.

В настоящее время, подавляющее большинство современных сетей используют топологию «звезда» или гибридную топологию, представляющую собой объединение нескольких «звезд» (например, топологию типа «дерево»), и метод доступа к среде передачи CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением столкновений).

Фрагмент вычислительной сети

 

Фрагмент вычислительной сети включает основные типы коммуникационного оборудования, применяемого сегодня для образования локальных сетей и соединения их через глобальные связи друг с другом. Для построения локальных связей между компьютерами используются различные виды кабельных систем, сетевые адаптеры, концентраторы-повторители, мосты, коммутаторы и маршрутизаторы. Для подключения локальных сетей к глобальным связям используются специальные выходы (WAN порты) мостов и маршрутизаторов, а также аппаратура передачи данных по длинным линиям – модемы (при работе по аналоговым линиям) или же устройства подключения к цифровым каналам (TA – терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства обслуживания цифровых выделенных каналов типа CSU/DSU и т. п.).

Сетевые топологии: преимущества и недостатки

Что собой представляют сетевые топологии? Зачем они необходимы? Где их используют и с какой целью? Какие их типы и виды существуют? Можно ли каким-то образом нивелировать негативные стороны сетевых топологий и усилить позитивные? Вот краткий перечень вопросов, на которые будет дан ответ в рамках данной статьи.

Общая информация

Много кто знает про сетевые устройства. Топологии же для большинства – это темный лес. Итак, давайте представим небольшую модель. У нас есть компьютеры, что функционируют в рамках одной локальной сети. Они соединены посредством линий связи. В зависимости от того, как построено их взаимодействие, различают следующие виды сети:

1. Кольцевую.
2. Звездную.
3. Шинную.
4. Иерархическую.
5. Произвольную.

Всё вышеперечисленное относится к физической топологии. Но существуют ещё и логические. Они являются независимыми одна от второй. Так, под первой подразумевают геометрию построения сети. Логическая топология занимается тем, что направляет потоки данных между разными узлам сети и выбирает способ передачи данных. Каждый из рассмотренных ниже типов построения взаимосвязи имеет свои особенности, преимущества и недостатки. А сейчас давайте рассмотрим основные сетевые топологии.

Шинная типология

Её применяют в тех случаях, когда для передачи данных используется линеечный моноканал. На его концах устанавливают терминаторы. Затем каждый компьютер подключают к линейному моноканалу благодаря Т-разъему. Данные передаются по обе стороны и отражаются от оконечных терминаторов. Как можно из этого понять, информация в данном случае поступает на все имеющиеся узлы. Но вот принята она может быть только тем, для которого и предназначена. Среда передачи данных в этом случае используется всеми персональными компьютерами, которые подключены к сети. А сигнал, что идёт от одного ПК, распространяется по всем устройствам. Популярность данная технология сыскала при использовании архитектуры Ethernet. Какие же преимущества нам предоставляет данное сетевое оборудование (топология сетей)? Для начала необходимо отметить лёгкость в настройке и конфигурации сети. Также, если из строя выйдет один узел, то она сможет продолжать свою работу в целом. Благодаря этому можно сказать, что сети, построенные по шинной типологии, обладают значительной устойчивость к неисправностям. Но есть и недостатки. В первую очередь необходимо отметить ограничения относительно длины кабеля, а также количества рабочих станций. К тому же разрыв линейного моноканала негативно сказывается на работоспособности всей сети. Вследствие этого часто бывает трудно определить место дефекта, особенно если оно сокрыто изоляцией.

Сетевая топология «Звезда»

В этом случае витой парой каждая рабочая станция подсоединена к хабу или концентратору. Благодаря им обеспечивается параллельное соединение всех персональных компьютером. Посредством хаба или концентратора ПК и общаются между собой. Отсылаемые данные поступают на все рабочие станции. Но принять их может только та, для которой они и предназначались. Относительно преимуществ стоит отметить, что к сети легко подключить новый персональный компьютер. Также она устойчива к неисправностям отдельных узлов и разрывам соединения. И дополняет всё это возможность осуществления централизованного управления. Правда, есть и определённые минусы. Так, отмечается значительный расход кабеля. Кроме этого, отказ хаба или концентратора негативно повлияет на работу всей сети.

Использование центрального концентратора

Эта сетевая типология базируется на предыдущем виде создания сети. Главную роль в этом случае играет центральный концентратор. Он является интеллектуальным устройством, что обеспечивает последовательное соединение разных станций по принципу «выход-вход», то есть благодаря ему каждая ЭВМ соединена с ещё двумя рабочими станциями. Для стабильности функционирования здесь имеются основные и резервные кольца. Благодаря этому можно поддерживать работоспособность сети даже при наличии существенных повреждений. Проблемная точка просто отключается. Для передачи данных используется специальный маркер. В нём содержится адрес отправителя и получателя информации. Следует отметить, что, кроме высокой надёжности, данная типология также обеспечивает и равный доступ к сети всем рабочим станциям. Но за всё приходится платить. В данном случае это относится к большому расходу кабеля и дорогостоящей разводке линий связи.

Дерево

Данная сетевая типология рассматривается как комбинация нескольких звезд. Дерево может быть в следующих состояниях:

1. Активном.
2. Пассивном.
3. Истинном.

Зависимо от необходимо состояния ответственный персонал выбирает, что необходимо использовать: центральные компьютеры или хабы (концентраторы). Каждый выбор имеет свои преимущества и недостатки. В первом случае можно говорить о построении более централизованной системы с лучшей управляемостью и тому подобное. Но использование хабов или концентраторов, как правило, значительно более выгодно с ресурсо-финансовом плане.

Кольцевая топология

В данном случае предусматривается соединение каналов связи в одну неразрывную цепь. При этом она не обязательно должна напоминать окружность. В этом случае предусматривается, что для передачи данных будет использоваться выход одного персонального компьютера, который соединён с входом иной ЭВМ. Поэтому, когда информация будет начинать движение из какой-то одной определённой точки, в конечном итоге она будет там же, пройдя один круг. Данные в таких кольцах всегда перемещаются в одном направлении. Распознать и обработать полученное сообщение может только та рабочая станция, которой оно было адресовано. При работе топологии применяется маркерный доступ. Он предусматривает предоставление права использования кольца в установленном порядке. Во время передачи данных используется логическое кольцо. Создать и настроить данную сеть весьма легко. Но из-за того, что повреждение в одном месте может вывести её из строя, в чистом виде она почти не применяется из-за своей ненадежности. Для работы на практике могут использоваться различные модификации данной типологии.

Комбинации

Они используются для того, чтобы уменьшить или ликвидировать негативные стороны при создании взаимосвязи между разными компьютерами. Наиболее распространённые комбинированные типы сетевой топологии строятся на звездной, шинной и кольцевой технологиях. Для понимания ситуации можно привести несколько примеров. Возьмём для первого звездно-шинную топологию. Главным в ней является концентратор. Но к нему могут подключаться не только отдельные компьютеры, но и целые шинные сегменты сети. Конечно, применяться может не один концентратор, а много. Также может использоваться архитектура построения с опорной (магистральной) шиной. Преимущество данной комбинации заключается в том, что системный администратор может получить преимущества обоих типологий и легко влиять на количество ЭВМ, что подключены к сети. Давайте рассмотрим ещё один пример. Рассматриваться будет звездно-кольцевая топология. По ней объединяют не компьютеры, а концентраторы, к которым непосредственно и подключены ЭВМ. Таким образом, создаётся замкнутый контур, в котором скомбинированы преимущества этих обеих топологий, а также появляется ещё ряд удобств. В качестве примера таковых можно привести то, что все концентраторы можно собрать в одном месте. А это значит, что точки подключения кабелей будут находиться вместе, и работа с ними будет существенно упрощена.

Заключение

Вот нами и были рассмотрены основные виды сетевой топологии. Представленные в рамках статьи возможности построения взаимосвязи между разными компьютерами являются самыми популярными благодаря своей практичности. Но в отдельных случаях могут понадобиться более специализированные сетевые топологии. Их разработка или использование уже созданных технологий осуществляется с учетом всех необходимых для корректной работы особенностей, нюансов и аспектов. Обычно нечто подобное используется только для научных и военных объектов, тогда как для гражданской жизни с лихвой хватает и наиболее распространённых подходов. Ведь рассмотренные сетевые топологии — это наработки десятилетий!

Топология сети

Star | Уникальные особенности использования топологии сети Star

Топология сети Star играет ключевую роль в подключении различных устройств для обмена информацией в режиме реального времени и выполнения транзакций в режиме онлайн. Выбор топологии зависит от физической среды организации, требований конечных пользователей и уровня инвестиций в ИТ. Излишне говорить, что перед установкой необходимо будет выбрать правильную топологию сети, а менять ее позже будет слишком дорого.

Любые компьютерные сети можно разделить на 3 основные категории, а именно:

• Кольцевая топология
• Топология «звезда»
• Топология шины

Из этих трех топологий сеть Star широко используется в большинстве отраслей, учреждений и домашних приложений.

В этой статье давайте проанализируем уникальные особенности, плюсы и минусы звездной топологии.

Что такое звездообразная топология?

В этой топологии набор компьютерных устройств по отдельности подключается к центральному сетевому оборудованию, которое называется концентратором или коммутатором. Эти концентраторы/коммутаторы, в свою очередь, подключены к ЦОД и другим сетям поставщиков услуг либо напрямую, либо через другие коммутаторы/маршрутизаторы. Эта физическая форма сети не похожа на звезду, но все узлы подключены к концентратору/коммутатору и управляются централизованно, отсюда и название.

Это одна из самых традиционных топологий, используемая в основном в локальных сетях, и она была разработана на основе телекоммуникационных технологий, где вызовы направляются через коммутационные станции централизованно, а коммутатор управляет вызовами.

Как это работает?

Если компьютер в офисе хочет отправить сообщение другому компьютеру в удаленном офисе, он отправляет данные вместе с адресом получателя на концентратор/коммутатор, к которому он подключен. Концентратор/коммутатор передает данные в конечный пункт назначения через маршрутизаторы и другие сетевые ресурсы, а программное обеспечение для управления сетью отслеживает доставку данных.

Ниже поясняется роль коммутаторов и концентратора в передаче данных.

1. Концентратор

Всякий раз, когда концентратор получает пакет данных для передачи на узел, он просто отправляет пакет всем узлам, подключенным к концентратору, а узел-получатель только потребляет данные. Эта широковещательная модель увеличивает нагрузку на сеть, так как данные передаются на все узлы, что приводит к коллизии.

Пропускная способность ограничена в узлах, обслуживаемых концентратором. В Hub нет модулей управления и других интеллектуальных функций, а сетевой трафик большой из-за принятой модели вещания.

2. Коммутаторы

Коммутаторы получают запрос от своего узла на передачу данных другому узлу в сети. Этот запрос содержит кадр данных вместе с адресом получателя. Данные передаются через маршрутизаторы/другие сетевые ресурсы на тот коммутатор, к которому подключен узел-получатель.

Каждый коммутатор поддерживает таблицу Content Addressable Memory (CAM), содержащую MAC-адреса подключенных к нему узлов и номера портов. Всякий раз, когда кадр данных достигает коммутатора, адрес получателя сопоставляется с адресами Mac в таблице CAM, и если совпадение найдено, данные передаются на этот узел с использованием номера порта. В противном случае данные передаются один раз всем своим узлам, и узел-получатель потребляет данные, а его MAC-адрес обновляется в таблице для дальнейшего использования.

Пропускная способность на его узле не ограничена и может достигать уровня 1 Гбит/с. Поскольку данные отправляются только на предполагаемый узел, нагрузка в сети низкая по сравнению с хабом, и вероятность коллизии отсутствует.

3. Среда

Коаксиальные кабели, витая пара и оптическое волокно являются распространенными средами в этой сети. В звездообразной сети используется медный кабель с экранированной или неэкранированной витой парой. Один конец этого кабеля подключен к сетевой карте устройств, а другой конец подключен к порту в концентраторе/коммутаторе.

4. Протоколы

Ethernet — это протокол, используемый в сети Star. Он использует методы доступа с множителем несущей (CSMA) и обнаружения несущей (CD). Во избежание коллизии трафик в линии проверяется перед отправкой любого пакета данных, и в случае, если канал занят, узел будет ждать и повторно отправить пакет данных.

Протокол физического уровня (L1) модели взаимодействия открытых систем (OSI) используется в концентраторах для локальной связи, а протоколы уровня канала передачи данных (L2) и сетевого уровня (L3) используются в коммутаторах для связи по LAN и WAN.

Почему мы используем звездообразную топологию?

Топологии типа «звезда» предпочтительнее других благодаря следующим уникальным характеристикам.

1. Централизация

Концентратор/коммутаторы действуют как центральное агентство по мониторингу производительности отдельных узлов, поэтому сбои в производительности можно легко отследить и устранить. Если коммутатор/концентратор является узким местом, пропускная способность концентратора/коммутатора может быть увеличена.

2. Масштабируемость

В сеть можно легко добавлять новые узлы, не влияя на производительность сети. Централизованное управление сетью помогает легко управлять и быстро масштабировать звездообразную сеть.

3. Техническое обслуживание

Каждый узел подключен отдельным каналом к ​​центральному концентратору в этой сети, и в случае каких-либо проблем на любом из узлов в сети проблемный узел может быть изолирован, а остальная часть сети может функционировать. незатронутый. Эта топология проста для понимания и устранения неполадок, поэтому время простоя этих сетей значительно ниже.

4. Уровень высокой производительности

Эта топология позволяет избежать нежелательного трафика в сети, отправляя карманы данных непосредственно на целевой узел, и, следовательно, производительность этой сети превосходит любые другие топологии. Пакеты данных доставляются получателю в кратчайшие сроки, в отличие от других сетей.

Недостатки топологии «звезда»

Ниже перечислены недостатки:

1. Более высокая стоимость. , 2. Hub/Switch — очень дорогое сетевое оборудование.

2. Центральный концентратор/коммутатор — это все

Вся сеть вращается вокруг функционирования центрального оборудования, и любой сбой в нем приведет к остановке сети, и это единственная точка отказа. Производительность сети зависит исключительно от способности центрального концентратора эффективно управлять существующей коммуникационной нагрузкой и приспосабливаться к добавлению новых узлов.

Заключение

Топология «звезда» широко используется в локальных сетях, а также используется в сочетании с топологией «шина» в качестве гибридной сети.

Рекомендуемые статьи

Это руководство по топологии звездообразной сети. Здесь мы обсуждаем введение, почему мы используем звездообразную топологию? вместе с недостатками. Вы также можете ознакомиться с другими нашими статьями по теме, чтобы узнать больше –

1. Использование Интернета
2. Табличный фильтр действий
3. Сетевые устройства
4. Дерево решений в интеллектуальном анализе данных

Что такое топология «звезда»: преимущества и недостатки

Топология «звезда» — это сетевая топология, в которой устройства подключаются к центральному устройству, известному как концентратор. Это образует звездообразный узор, поэтому эта топология называется звездообразной топологией, ее также называют звездообразной сетью. В этом руководстве мы обсудим звездообразную топологию, ее применение, типы, преимущества и недостатки.

Что такое звездообразная топология?

Компьютерная сеть, в которой каждое устройство подключено к центральному устройству, известна как звездообразная сеть или звездообразная топология.

Давайте обсудим несколько деталей топологии «звезда»:

Клиент: Устройства, подключенные к концентратору, называются клиентами или периферийными устройствами.

Сервер: Центральное устройство (концентратор) действует как сервер. Два устройства не могут обмениваться данными напрямую, устройство-отправитель должно сначала отправить данные на концентратор, а затем концентратор перенаправляет данные на устройство-получатель.

Используемый кабель: RJ-45 (регистровый разъем – 45) Сетевой кабель и 9 шт.Коаксиальный кабель 0117 является популярным выбором для звездообразной топологии.

Ограничение: Количество устройств, которые можно подключить в топологии «звезда», не ограничено, однако чем больше устройств подключено, тем ниже скорость сети. Это связано с тем, что концентратор будет занят обслуживанием запросов других устройств, пока есть устройства, ожидающие завершения текущего запроса.

Сброс хаба: Если ни одно из устройств в звездообразной сети не имеет доступа к сетевым ресурсам, то нажимается переключатель сброса, который перезагружает хаб. Когда этот сброс необходимо выполнять часто, аппаратное обеспечение считается неисправным и либо заменяется, либо выполняется техническое обслуживание на основе действий по устранению неполадок.

Прочтите обо всех топологиях: Топология компьютерной сети

Применение топологии «звезда»

Ниже приведены некоторые из реальных приложений топологии «звезда»:

• Банк: Банк имеет сервер, а все остальные подключен к одному серверу. Все запросы и общение происходит через сервер.
• Учебное заведение: Компьютерные сети в учебных заведениях, как правило, соединяются по звездообразной топологии. Это связано с тем, что обычно используется один сервер, и все периферийные устройства обмениваются данными через этот сервер.
• Организации: Крупные организации также используют эту топологию, их сеть состоит из нескольких звездообразных сетей, где группа устройств подключена к концентратору. Есть второй хаб для другой группы устройств и так далее. Однако это пример гибридной топологии.

Характеристики топологии «звезда»

Сеть в топологии «звезда» имеет следующие характеристики:

• Топология «звезда» является масштабируемой, поскольку новому устройству просто нужно подключение к концентратору, что можно легко реализовать, не затрагивая другие устройства в сети. .
• Сбой периферийного устройства (клиента) не влияет на всю сеть.
• Для подключения n устройств к звездообразной сети требуется n ссылок.
• Больше подходит для локальной сети (LAN).
• Скорость передачи данных высока, и вероятность конфликта данных исключена, так как каждое устройство подключается к концентратору один к одному, что означает отсутствие проблем с пропускной способностью.
• Подходит для небольших сетей. Это связано с тем, что концентратор может справиться с определенной нагрузкой, и большее количество устройств замедлит работу всей сети.

Требования к оборудованию для топологии «звезда»

Требования к оборудованию полностью зависят от типа создаваемой сети. Например, тип требуемого кабеля зависит от сетевой карты, используемой в устройствах, подключенных к звездообразной сети. Также кабель выбирается исходя из длины, необходимой для подключения всех устройств.

Скорость сети зависит от типа используемого кабеля и количества устройств в сети.

Типы звездообразной топологии

Как мы узнали в начале, устройства в звездообразной сети не взаимодействуют напрямую, а общаются через концентратор. Существует три типа топологии «звезда» в зависимости от используемого в сети концентратора:

1. Топология пассивной звезды
2. Топология активной звезды
3. Топология звезды на основе коммутатора

1.

Топология пассивной звезды

В топологии пассивной звезды концентратор часто называемый Пассивный концентратор . Когда устройство хочет отправить данные на другое устройство в сети, оно отправляет данные на пассивный концентратор.

Пассивный концентратор рассылает сообщение (данные) всем устройствам, подключенным к сети. Затем устройства выполняют проверку адреса назначения для данных.

Если адрес назначения совпадает с адресом устройства, устройство сохраняет данные, а другие устройства отбрасывают данные.

Плюсы:

• Преимущество этой стратегии в том, что данные могут быть переданы адресату без вмешательства концентратора.
• Минимальная задержка при передаче данных.

Минусы:

• Не подходит для длинных кабелей из-за слабого сигнала.
• Пассивный концентратор не регенерирует и не обрабатывает сигнал, поэтому мощность сигнала слабая.

Подходит для: Этот тип топологии «звезда» подходит для небольших сетей, где данные не являются конфиденциальными.

2. Топология «активная звезда»

В отличие от топологии «пассивная звезда», в топологии «активная звезда» активный концентратор выполняет различные операции с полученным сигналом (данными).

Он может повторно обрабатывать полученный сигнал и может регенерировать сигнал для увеличения силы сигнала.

После регенерации сигнала он работает так же, как пассивная звездообразная топология, и передает сообщение всем устройствам в сети.

Плюсы:

• Может работать с большими сетями, соединенными длинными кабелями.
• Уровень сигнала хороший.

Минусы:

• Небольшая задержка между отправкой и получением сигнала как дополнительные меры, принимаемые активным хабом.

3. Топология «звезда» на основе коммутатора

В топологии «звезда» на основе коммутатора концентратор центрального устройства заменяется интеллектуальным устройством, называемым коммутатором . Этот переключатель может считывать адрес назначения в полученных данных. Как только он обнаруживает адрес назначения, он создает таблицу сопоставления, чтобы входящие кадры данных могли быть переданы на нужное устройство.

В отличие от пассивной и активной топологии «звезда», коммутатор не транслирует сигнал . Он отправляет сигнал только на предполагаемое принимающее устройство.

Он также выполняет следующие функции над данными:

• Маршрутизация: Он обнаруживает назначенное устройство и направляет данные на нужное устройство.
• Обработка сигнала: Это делается для проверки адреса назначения, чтобы данные можно было направить на нужное устройство.
• Управление сетью путем переключения нескольких портов: Коммутатор может одновременно переключать трафик между несколькими портами, чтобы несколько устройств могли обмениваться данными одновременно.

Преимущества топологии «звезда»

1.

Масштабируемость

Топология «звезда» является масштабируемой, поскольку новое устройство требует подключения к центральному блоку (концентратору или коммутатору). Другие устройства в сети не затрагиваются, пока новое устройство добавляется в сеть.

2. Простое устранение неполадок

В звездообразной топологии легче устранять неполадки, поскольку каждое устройство имеет прямое соединение с концентратором. Неисправное устройство можно обнаружить и изолировать, не затрагивая другие узлы.

3. Высокая скорость

Скорость передачи высокая, так как кабель, соединяющий устройство и концентратор, представляет собой специальный кабель и передает данные только для подключенного устройства.

4. Меньше шансов на конфликт данных

Конфликт данных происходит, когда несколько устройств одновременно отправляют данные по общему каналу. Вероятность этого в звездообразной топологии меньше, поскольку каждое устройство в сети имеет выделенный канал связи с концентратором или коммутатором.

Недостатки топологии «звезда»

1. Отказ концентратора может вывести из строя всю сеть

Центральное устройство является основой сети «звезда». Отказ концентратора может вывести из строя всю сеть и повлиять на связь всех устройств.

2. Высокая стоимость

Стоимость внедрения топологии «звезда» высока, так как каждому устройству требуется выделенный кабель для подключения к концентратору, есть клиенты, которые не часто обмениваются данными, но им необходимо выделенное соединение. Для n устройств в сети требуется n кабелей. Это может увеличить стоимость установки.

3. Нагрузка на центральный блок

Невозможно справиться с нагрузкой на центральный блок. Если количество подключенных устройств велико, это может немного перегрузить концентратор. Это может снизить производительность сети.

4. Требуется большое количество кабелей

В звездообразной топологии требуется больше кабелей по сравнению с другими топологиями компьютерных сетей.

Расширенная топология «звезда»

Расширенная топология «звезда» представляет собой комбинацию нескольких топологий «звезда». В расширенной топологии «звезда» несколько коммутаторов подключены к коммутатору для соединения нескольких сетей «звезда».

Используется в крупных организациях и университетах. В Extended Star периферийное устройство отправляет сообщение на центральный концентратор или коммутатор, а затем этот коммутатор отправляет данные на главный коммутатор.

Например, на приведенной выше диаграмме, если верхнее левое устройство хочет связаться с крайним нижним правым устройством, тогда:

• Отправитель отправляет данные на коммутатор 2, коммутатор обрабатывает данные и затем отправляет их на главный коммутатор (коммутатор 5). .
• Switch5 считывает адрес назначения и определяет, что данные необходимо отправить на Switch5, поскольку целевое устройство напрямую подключено к Switch5.
• Когда Switch5 получает данные, он обрабатывает данные, а затем транслирует их на все подключенные к нему устройства.
• Устройство-приемник принимает данные, а другие устройства игнорируют их.

Часто задаваемые вопросы

Какое устройство используется для создания топологии физической звезды

Коммутатор. Коммутатор используется для присоединения нескольких устройств к сети для создания топологии физической звезды.

Какое утверждение описывает топологию расширенной звезды

Расширенная топология «звезда» создается путем объединения нескольких сетей с топологией «звезда». Коммутатор этих звездообразных сетей подключен к главному коммутатору, который поддерживает соединение между этими множественными звездообразными сетями.

Самая распространенная сетевая топология, используемая сегодня

Топология «звезда» — наиболее распространенная сетевая топология, используемая в наши дни. Он прост в реализации, экономичен и прост в устранении неполадок.