Термин топология сети означает способ соединения компьютеров в сеть. Вы также можете услышать другие названия – структура сети или конфигурация сети (это одно и то же). Кроме того, понятие топологии включает множество правил, которые определяют места размещения компьютеров, способы прокладки кабеля, способы размещения связующего оборудования и многое другое. На сегодняшний день сформировались и устоялись несколько основных топологий. Из них можно отметить “шину ”, “кольцо ” и “звезду ”.

Топология “шина”

Топология шина (или, как ее еще часто называют общая шина или магистраль ) предполагает использование одного кабеля, к которому подсоединены все рабочие станции. Общий кабель используется всеми станциями по очереди. Все сообщения, посылаемые отдельными рабочими станциями, принимаются и прослушиваются всеми остальными компьютерами, подключенными к сети. Из этого потока каждая рабочая станция отбирает адресованные только ей сообщения.

Достоинства топологии “шина”:

• простота настройки;
• относительная простота монтажа и дешевизна, если все рабочие станции расположены рядом;
• выход из строя одной или нескольких рабочих станций никак не отражается на работе всей сети.

Недостатки топологии “шина”:

• неполадки шины в любом месте (обрыв кабеля, выход из строя сетевого коннектора) приводят к неработоспособности сети;
• сложность поиска неисправностей;
• низкая производительность – в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть, с увеличением числа рабочих станций производительность сети падает;
• плохая масштабируемость – для добавления новых рабочих станций необходимо заменять участки существующей шины.

Именно по топологии “шина” строились локальные сети на коаксиальном кабеле . В этом случае в качестве шины выступали отрезки коаксиального кабеля, соединенные Т-коннекторами. Шина прокладывалась через все помещения и подходила к каждому компьютеру. Боковой вывод Т-коннектора вставлялся в разъем на сетевой карте. Вот как это выглядело:Сейчас такие сети безнадежно устарели и повсюду заменены “звездой” на витой паре, однако оборудование под коаксиальный кабель еще можно увидеть на некоторых предприятиях.

Топология “кольцо”

Кольцо – это топология локальной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутое кольцо. Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кругу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК, т.е. данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера – он передает их дальше по кольцу, в ином случае они дальше не передаются.

Достоинства кольцевой топологии:

• простота установки;
• практически полное отсутствие дополнительного оборудования;
• возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети.

Однако “кольцо” имеет и существенные недостатки:

• каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации; в случае выхода из строя хотя бы одной из них или обрыва кабеля – работа всей сети останавливается;
• подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, поскольку во время установки нового ПК кольцо должно быть разомкнуто;
• сложность конфигурирования и настройки;
• сложность поиска неисправностей.

Кольцевая топология сети используется довольно редко. Основное применение она нашла в оптоволоконных сетях стандарта Token Ring.

Топология “звезда”

Звезда – это топология локальной сети, где каждая рабочая станция присоединена к центральному устройству (коммутатору или маршрутизатору). Центральное устройство управляет движением пакетов в сети. Каждый компьютер через сетевую карту подключается к коммутатору отдельным кабелем. При необходимости можно объединить вместе несколько сетей с топологией “звезда” – в результате вы получите конфигурацию сети с древовидной топологией. Древовидная топология распространена в крупных компаниях. Мы не будем ее подробно рассматривать в данной статье.

Топология “звезда” на сегодняшний день стала основной при построении локальных сетей. Это произошло благодаря ее многочисленным достоинствам:

• выход из строя одной рабочей станции или повреждение ее кабеля не отражается на работе всей сети в целом;
• отличная масштабируемость: для подключения новой рабочей станции достаточно проложить от коммутатора отдельный кабель;
• легкий поиск и устранение неисправностей и обрывов в сети;
• высокая производительность;
• простота настройки и администрирования;
• в сеть легко встраивается дополнительное оборудование.

Однако, как и любая топология, “звезда” не лишена недостатков:

• выход из строя центрального коммутатора обернется неработоспособностью всей сети;
• дополнительные затраты на сетевое оборудование – устройство, к которому будут подключены все компьютеры сети (коммутатор);
• число рабочих станций ограничено количеством портов в центральном коммутаторе.

Звезда – самая распространенная топология для проводных и беспроводных сетей. Примером звездообразной топологии является сеть с кабелем типа витая пара, и коммутатором в качестве центрального устройства. Именно такие сети встречаются в большинстве организаций.

Каждая рабочая станция сети соединена кабелем с другой рабочей станцией и одним или несколькими серверами. Слово топология означает схему физического расположения кабелей, соединяющих компьютеры в единую сеть. В целом существует три типа топологии компьютерной сети.

Шинная . Все компьютеры сети последовательно подключаются друг к другу. Сетевое соединение начинается с сервера и заканчивается последней системой в сети.

Звездообразная . Каждый компьютер в сети подключается к центральной точке доступа.

Кольцевая . Каждый компьютер в сети подключается к другим по кольцевой или контурной схеме.

В одной сети может быть скомбинировано несколько топологических схем. Такие сети называются гибридными . Например, концентраторы нескольких сетей с звездообразной топологией могут быть соединены посредством шинной схемы, тем самым формируя звездообразно-шинную сеть. Точно таким же образом можно объединять и сети с кольцевой топологией.

Шинная топология

Иногда между двумя наиболее удаленными друг от друга рабочими станциями прокладывается один-единственный кабель, обходящий все остальные станции и серверы. Этот способ соединения называется шинной топологией (рис. 9). Однако такой способ соединения имеет существенный недостаток: если рабочая станция или кабель и соединения по каким-либо причинам выйдут из строя, все остальные объекты, расположенные дальше по линии, потеряют связь с сетью. Такая топология используется при создании локальной сети с помощью кабелей толстого и тонкого Ethernet. Тем не менее появление дешевых и более компактных неэкранированных кабелей типа витой пары, которые также подходят для быстрой передачи данных, делает предыдущий недостаток шинной топологии менее очевидным. При возникновении неполадок с определенным компьютером или кабельным соединением все станции, расположенные за этой системой, могут быть отключены от сети. Проблемы с тонкими Ethernet-сетями (10BASE-5) часто возникают из-за ослабления крепления устройства AUI к коаксиальному кабелю. Кроме того, Т-адаптеры и нагрузочные резисторы тонкой Ethernet-сети 10BASE-2 могут также разболтаться или же их отключит пользователь, тем самым нанеся серьезный вред функционированию всей сети или ее отдельных компонентов.

Еще один недостаток 10BASE-T проявляется при подключении новой системы в сеть между уже установленными системами. В результате может потребоваться разделение сетевого кабеля между компьютерами на более короткие сегменты, что необходимо для подключения сетевой платы и Т-адаптера нового компьютера.

Ðèñ. 9. В последовательной шинной топологии все сетевые устройства подсоединяются к одному кабелю

Кольцевая топология

В дискуссиях о сетях часто упоминается кольцевая топология, в которой каждая рабочая станция подключается к следующей, а последняя подключается к первой (похоже на шинную топологию с соединенными концами). Существует два основных типа сетей, использующих кольцевую топологию:

FDDI , в которой используется физическая кольцевая топология;

Token-Ring , использующая логическую кольцевую топологию.

На самом деле физически не обязательно, чтобы кабели соединялись кольцом. Фактически кольцо существует лишь внутри концентратора для Token Ring (так называемый модуль многопользовательского доступа (MultiStation Access Unit  MSAU)). Схема кольцевой топологии Token-Ring показана на рис. 10. Сигнал, посланный одним компьютером, попадает в концентратор, а из концентратора посылается следующему компьютеру, после чего снова попадает в концентратор. Таким образом, данные попадают в каждый компьютер, пока снова не доходят до посылавшего их компьютера, который извлекает их из кольца. Таким образом, хотя физическая топология проводов имеет вид звезды, данные в такой сети передаются по так называемому логическому кольцу .

Логическое кольцо удобнее физической кольцевой топологии, поскольку такая система имеет более высокую отказоустойчивость. В шинной сети повреждение кабеля приводит к остановке всей сети. В Token Ring модуль многопользовательского доступа может просто отключить компьютер, в котором происходят сбои, от логического кольца, что позволит остальной сети продолжить работу.

Ðèñ. 10. Передача данных в сети Token-Ring

Возможности МВВ позволяют организовывать кольцевые самозалечивающиеся сети .

Существуют два варианта их построения: однонаправленное и двунаправленное кольцо.

При первом варианте каждый входной поток направляется вокруг кольца в обоих направлениях, а на приемной стороне, как и в случае схемы 1+1, осуществляется выбор лучшего сигнала. Для построения кольца используются два волокна. Передача по всем основным путям происходит в одном направлении (например, по часовой стрелке), а по всем резервным - в противоположном (деление на основной и резервный пути здесь является условным, так как они оба равноправны). Поэтому такое кольцо называется однонаправленным, с переключением трактов или с закрепленным резервом.

Схема прохождения сигналов обоих направлений передачи для одного соединения по основному и резервному путям в таком кольце изображена на рис. 5.2.

Рис. 5.2. Однонаправленное кольцо

В случае двунаправленного кольца с двумя волокнами удвоение сигнала не производится. При нормальной работе каждый входной поток направляется вдоль кольца по кратчайшему пути в любом направлении (отсюда и название "двунаправленное"). При возникновении отказа посредством МВВ на обоих концах отказавшего участка осуществляется переключение всего потока информации, поступавшего на этот участок, в обратном направлении. О таком кольце также говорят, что в нем осуществляется переключение секций или защита с совместно используемым резервом.

Пример двунаправленного кольца приведен на рис. 5.3 и рис. 5.4. На них показаны схемы прохождения сигналов обоих направлений передачи для одного соединения при нормальном режиме работы (рис. 5.3) и в аварийном режиме при отказе одного из участков кольца, перечеркнутого крестом (рис. 5.4).

Рис. 5.3. Двунаправленное кольцо в нормальном режиме

Рис. 5.4. Двунаправленное кольцо в аварийном режиме

Возможно также двунаправленное кольцо с четырьмя волокнами. Оно обеспечивает более высокий уровень отказоустойчивости, чем кольца с двумя волокнами, однако затраты на его построение существенно больше, поэтому такой вариант применяется реже.

Двунаправленное кольцо в большинстве случаях оказывается более экономичным, требуя меньшую пропускную способность. Это объясняется тем, что сигналы, передаваемые на различных непересекающихся участках такого кольца, могут использовать одни и те же емкости (как в основном, так и в аварийном режимах работы). В то же время однонаправленное кольцо проще в реализации. Анализ типичных ситуаций показывает, что каждый из двух видов кольцевой архитектуры имеет свою область предпочтительного применения.

Однонаправленные кольца больше подходят для случаев центростремительного трафика. Это типично для сетей доступа, предназначенных для подключения пользователей к ближайшему узлу. Двунаправленные кольца более выгодны при достаточно равномерном распределении трафика, при котором становится заметным их преимущество в пропускной способности. Поэтому их применение целесообразно для соединительных сетей.

При обоих вариантах возможно сохранение полной работоспособности сети при любом одиночном отказе.

Кольцевая сеть — это сеть которая состоит из двух или более сетевых устройств, которые соединены друг с другом физически или логически, так что они образуют цепочку устройств, причем последнее устройство в цепи подключается к первому устройству. Кольцевая сеть типично спроектирована как топологии одиночного-кольца или двойного-кольца. В разработке также находятся технологии с несколькими кольцами, включающими два или более параллельных кольца.
Сети обычно характеризуются двумя способами: физически и логически. Термин “физическая топология” описывает способ устройства быть физически подключенными вместе, поэтому физическая топология сети кольцо и физические устройства соединены вместе, чтобы сформировать кольцо. Логическое представление топологии связано с потоками информации. В логической перспективе, кольцевая топология сети может иметь устройства физически подключенными вместе, как топология сети звезда, сеть для передачи данных или древовидная сеть, но информация течет от устройства к устройству, как если бы они были связаны в физическом кольце. Например, сеть может быть физически организована как сеть звезда, но информация может передаваться от устройства к устройству, как если бы это была кольцевая сеть.

Одним из основных недостатков одиночной кольцевой сети является то, что разрыв в любом месте кольца может привести к полному сбою потока информации. Для того чтобы помочь предотвратить нарушения этой природы, создают второе параллельное counter-rotating кольцо которое можно добавить и которое посылает информацию в противоположном направлении. Этот тип избыточной сети называется двойной кольцевой сетью. Если одно из колец в двойной кольцевой сети страдает от повреждением, информация всё ещё может достигнуть всех устройств с помощью неповрежденного альтернативного пути.

Второй недостаток кольцевых сетей заключается в том, что информация перемещается медленнее, потому что данные должны проходить через каждое устройство, когда она пробивается через сеть. Несмотря на это ограничение, кольцевая топология всё ещё существует в волоконно-оптических сетях, таких как волоконно распределенном интерфейсе данных (сети fddi) сетей, синхронных оптических сетях (сонет) и сетях синхронной цифровой иерархии (СЦИ). Когда эти высокоскоростные сети включают физическую двойную кольцевую топологию, они тем самым извлекают выгоду от резервирования, обеспеченного этим типом топологии.

Ring networks впервые стала популярной в 1980-х годах, когда топологии логической кольцевой сети были использованы в технологии token ring. Ограничения, присущие кольцевой сети, наряду с проблемами совместимости между маркерным кольцом и другими протоколами, в значительной степени были заменены новыми транспортными методами передачи данных, такими как локальные сети. Несмотря на то, что Ethernet всё чаще продолжает вытеснять протоколы, используемые в волоконно-оптических кольцевых сетях, использование кольцевой сети и разработка для высокоскоростной передачи данных продолжаются.

В кольцевой сети каждый компьютер связан со следующим, а последний - с первым (см. рис.). Кольцевая топология применяется в сетях, требующих резервирования определенной части полосы пропускания для критичных по времени средств (например, для передачи видео и аудио), в высокопроизводительных сетях, а также при большом числе обращающихся к сети клиентов (что требует ее высокой пропускной способности).

Принцип работы сетей с кольцевой топологией

В сети с кольцевой топологией каждый компьютер соединяется со следующим компьютером, ретранслирующим ту информацию, которую он получает от первой машины. Благодаря такой ретрансляции сеть является активной, и в ней не возникают проблемы потери сигнала, как в сетях с шинной топологией. Кроме того, поскольку "конца" в кольцевой сети нет, никаких оконечных нагрузок не нужно.

Некоторые сети с кольцевой топологией используют метод эстафетной передачи. Специальное короткое сообщение-маркер циркулирует по кольцу, пока компьютер не пожелает передать информацию другому узлу. Он модифицирует маркер, добавляет электронный адрес и данные, а затем отправляет его по кольцу. Каждый из компьютеров последовательно получает данный маркер с добавленной информацией и передает его соседней машине, пока электронный адрес не совпадет с адресом компьютера-получателя, или маркер не вернется к отправителю. Получивший сообщение компьютер возвращает отправителю ответ, подтверждающий, что послание принято. Тогда отправитель создает еще один маркер и отправляет его в сеть, что позволяет другой станции перехватить маркер и начать передачу. Маркер циркулирует по кольцу, пока какая-либо из станций не будет готова к передаче и не захватит его.

Все эти события происходят очень часто: маркер может пройти кольцо с диаметром в 200 м примерно 10000 раз в секунду. В некоторых еще более быстрых сетях циркулирует сразу несколько маркеров. В других сетевых средах применяются два кольца с циркуляцией маркеров в противоположных направлениях. Такая структура способствует восстановлению сети в случае возникновения отказов.

Преимущества сети с кольцевой топологией

Сеть с кольцевой топологией обладает следующими преимуществами:

· Поскольку всем компьютерам предоставляется равный доступ к маркеру, никто из них не сможет монополизировать сеть.

· Справедливое совместное использование сети обеспечивает постепенное снижение ее производительности в случае увеличения числа пользователей и перегрузки (лучше, если сеть будет продолжать функционировать, хотя и медленно, чем сразу откажет при превышении пропускной способности).

Недостатки сети с кольцевой топологией

Сети с кольцевой топологией свойственны следующие недостатки:

· Отказ одного компьютера в сети может повлиять на работоспособность всей сети.

· Кольцевую сеть трудно диагностировать.

· Добавление или удаление компьютера вынуждает разрывать сеть.

Витая пара

Вита́я па́ра - вид кабеля связи, представляет собой одну или несколько пар изолированных проводников, скрученных между собой (с небольшим числом витков на единицу длины), покрытых пластиковой оболочкой.

Свивание проводников производится с целью повышения степени связи между собой проводников одной пары (электромагнитные помехи одинаково влияют на оба провода пары) и последующего уменьшения электромагнитных помех от внешних источников, а также взаимных наводок при передаче дифференциальных сигналов. Для снижения связи отдельных пар кабеля (периодического сближения проводников различных пар) в кабелях UTP категории 5 и выше провода пары свиваются с различным шагом. Витая пара - один из компонентов современных структурированных кабельных систем. Используется в телекоммуникациях и в компьютерных сетях в качестве физической среды передачи сигнала во многих технологиях, таких как Ethernet, Arcnet и Token ring. В настоящее время, благодаря своей дешевизне и лёгкости в монтаже, является самым распространённым решением для построения проводных (кабельных) локальных сетей.

Кабель подключается к сетевым устройствам при помощи разъёма 8P8C (который ошибочно называют RJ45).

Билет 8:

Архитектура «Клиент-сервер»

Ответ: Клиент-сервер (англ. Client-server) - вычислительная или сетевая архитектура, в которой задания или сетевая нагрузка распределены между поставщиками услуг (сервисов), называемыми серверами, и заказчиками услуг, называемыми клиентами. Нередко клиенты и серверы взаимодействуют через компьютерную сеть и могут быть как различными физическими устройствами, так и программным обеспечением.

Преимущества

Отсутствие дублирования кода программы-сервера программами-клиентами.

Так как все вычисления выполняются на сервере, то требования к компьютерам, на которых установлен клиент, снижаются.

Все данные хранятся на сервере, который, как правило, защищён гораздо лучше большинства клиентов. На сервере проще обеспечить контроль полномочий, чтобы разрешать доступ к данным только клиентам с соответствующими правами доступа.

Позволяет объединить различные клиенты. Использовать ресурсы одного сервера часто могут клиенты с разными аппаратными платформами, операционными системами и т. п.

Позволяет разгрузить сети за счёт того, что между сервером и клиентом передаются небольшие порции данных.

Недостатки

Неработоспособность сервера может сделать неработоспособной всю вычислительную сеть. Неработоспособным сервером следует считать сервер, производительности которого не хватает на обслуживание всех клиентов, а также сервер, находящийся на ремонте, профилактике и т. п.

Поддержка работы данной системы требует отдельного специалиста - системного администратора.

Высокая стоимость оборудования.з

Многоуровневая архитектура клиент-сервер

Многоуровневая архитектура клиент-сервер - разновидность архитектуры клиент-сервер, в которой функция обработки данных вынесена на один или несколько отдельных серверов. Это позволяет разделить функции хранения, обработки и представления данных для более эффективного использования возможностей серверов и клиентов.

Частные случаи многоуровневой архитектуры:

Трёхуровневая архитектура

Беспроводные вычислительные сети: преимущества и недостатки

Ответ: ????????

Базовые технологии локальных сетей

Ответ: Архитектуры или технологии локальных сетей можно разделить на два поколения. К первому поколению относятся архитектуры, обеспечивающие низкую и среднюю скорость передачи информации: Ethernet 10 Мбит/с), Token Ring (16 Мбит/с) и ARC net (2,5 Мбит/с). Для передачи данных эти технологии используют кабели с медной жилой. Ко второму поколению технологий относятся современные высокоскоростные архитектуры: FDDI (100 Мбит/с), АТМ (155 Мбит/с) и модернизированные версии архитектур первого поколения (Ethernet): Fast Ethernet (100 Мбит/с) и Gigabit Ethernet (1000 Мбит/с). Усовершенствованные варианты архитектур первого поколения рассчитаны как на применение кабелей с медными жилами, так и на волоконно-оптические линии передачи данных.

Новые технологии (FDDI и ATM) ориентированы на применение волоконно-оптических линий передачи данных и могут использоваться для одновременной передачи информации различных типов (видеоизображения, голоса и данных).

Сетевая технология – это минимальный набор стандартных протоколов и реализующих их программно-аппаратных средств, достаточный для построения вычислительной сети. Сетевые технологии называют базовыми технологиями. В настоящее время насчитывается огромное количество сетей, имеющих различные уровни стандартизации, но широкое распространение получили такие известные технологии, как Ethernet, Token-Ring, Arcnet, FDDI.

Билет 9:

Технология ArcNet

Ответ: ARCNET поддерживает три среды передачи данных (витую пару, коаксиал и оптоволокно) и две топологии (шина и звезда). Передающие среды и топологии могут быть интегрированы в гибридной сети.

Для реализации звездообразной топологии в большинстве сетей ARCNET используется коаксиальный кабель RG - 62/U. В центре сети располагается концентратор (hub), который может быть либо пассивным (non-repeating), либо активным (repeating). Пассивный концентратор обеспечивает протяженность одного луча звезды до 100 футов (около 30 метров). Активный концентратор позволяет увеличить протяженность луча звезды до 2000 футов (около 600 метров). Активные концентраторы могут подключаться к другим концентраторам (активным или пассивным). Такого рода объединения могут быть выполнены с учетом единственного ограничения: время распространения сигнала между любыми двумя станциями не должно превышать 31 микросекунды.

Сети ARCNET с шинной топологией строятся с использованием коаксиального кабеля или неэкранированной витой пары (UTP). При использовании витой пары станции подключаются друг к другу шлейфом (daisy-chain). Подсеть ARCNET с топологией шина может быть подключена к концентратору в качестве одного из лучей звездообразной сети. Существует целый ряд преобразователей (конверторов), выполняющих преобразования коаксиал-оптоволокно, коаксиал-витая пара и позволяющих строить разнородную передающую среду.

Концентраторы, платы

Ответ: Практически во всех современных технологиях локальных сетей определено устройство, которое имеет несколько равноправных названий - концентратор (concentrator), хаб (hub), повторитель (repeator). В зависимости от области применения этого устройства в значительной степени изменяется состав его функций и конструктивное исполнение. Неизменной остается только основная функция - это повторение кадра либо на всех портах (как определено в стандарте Ethernet), либо только на некоторых портах, в соответствии с алгоритмом, определенным соответствующим стандартом. Концентратор обычно имеет несколько портов, к которым с помощью отдельных физических сегментов кабеля подключаются конечные узлы сети - компьютеры. Концентратор объединяет отдельные физические сегменты сети в единую разделяемую среду, доступ к которой осуществляется в соответствии с одним из рассмотренных протоколов локальных сетей - Ethernet, Token Ring и т. п. Так как логика доступа к разделяемой среде существенно зависит от технологии, то для каждого типа технологии выпускаются свои концентраторы - Ethernet; Token Ring; FDDI и lOOVG-AnyLAN. Для конкретного протокола иногда используется свое, узкоспециализированное название этого устройства, более точно отражающее его функции или же использующееся в силу традиций, например, для концентраторов Token Ring характерно название MSAU. Каждый концентратор выполняет некоторую основную функцию, определенную в соответствующем протоколе той технологии, которую он поддерживает. Хотя эта функция достаточно детально определена в стандарте технологии, при ее реализации концентраторы разных производителей могут отличаться такими деталями, как количество портов, поддержка нескольких типов кабелей и т. п. Кроме основной функции концентратор может выполнять некоторое количество дополнительных функций, которые либо в стандарте вообще не определены, либо являются факультативными.

Плата ??????

Схема удаленного доступа

Ответ: Интегрированная система удаленного доступа объединяет в себе виртуальную и реальную части. Виртуальная часть программного комплекса включает в себя Web-server и Model-server. Пользовательский интерфейс удаленного управления представляет собой Windows-приложение, которое пользователь может загрузить с сайта лаборатории по ссылке, полученной после согласования условий проведения сеанса удаленного управления с администрацией создаваемой на базе системы удаленного управления Интернет-лаборатории.

В согласованное время удаленный пользователь подключается через сеть Интернет к программному обеспечению Web-сервера лаборатории, осуществляющего авторизацию пользователя и последовательную трансляцию Model-серверу команд управления в составе сформированной пользователем миссии.