Transcript Topologie sieci - Programowanie i nie tylko

Systemy operacyjne i sieci
komputerowe
Topologie sieci
Topologia sieci
• Topologia sieci określa sposób jej wykonania, czyli
połączenia urządzeń komputerowych za pomocą medium
transmisyjnego.
• Topologie sieci LAN mogą być opisane zarówno na
płaszczyźnie fizycznej, jak i logicznej.
• Topologia fizyczna określa geometryczną organizację sieci
lokalnej, graficznie przedstawiając jej kształt i strukturę.
• Topologia logiczna opisuje reguły komunikacji, z których
korzystają urządzenia komunikujące się w sieci. Za jej
pomocą można opisać, które urządzenia mogą się ze sobą
komunikować lub mają wzajemne, bezpośrednie
połączenie fizyczne.
Podstawowe topologie fizyczne
Podstawowymi topologiami fizycznymi, stosowanymi w
budowie sieci przewodowych są:
• magistrala (bus),
• pierścień (ring),
• gwiazda (star).
W rzeczywistych rozwiązaniach sieć komputerowa
może być bardziej skomplikowana i tworzyć topologię:
• rozgałęzionej (rozszerzonej) gwiazdy,
• siatki pełnej lub niepełnej.
Topologia magistrali
• W topologii magistrali wszystkie węzły sieci (np.
komputery, drukarki sieciowe) są połączone ze sobą
za pomocą pojedynczego kabla koncentrycznego,
który obsługuje tylko jeden kanał i nosi nazwę
magistrali.
• Węzły są dołączane do wspólnej magistrali za
pomocą „trójników", w sposób charakterystyczny dla
sieci równorzędnej. Oba końce magistrali muszą być
zakończone elementami ograniczającymi, zwanymi
terminatorami, które chronią przed odbiciami
sygnału.
Topologia magistrali
Topologia magistrali
• Dostęp do medium transmisyjnego realizowany jest przez
protokół CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple Access /
Collision Detection). Protokół ten wykrywa, czy łącze jest
dostępne, a także reaguje na występujące kolizje.
• W sieci z protokołem CSMA/CD urządzenia przed nadawaniem
sprawdzają, czy medium sieciowe nie jest zajęte. Jeśli węzeł
wykryje, że sieć jest zajęta, będzie oczekiwał przez losowo
wybrany czas, zanim ponowi próbę.
• Jeśli węzeł wykryje, że medium nie jest zajęte, rozpocznie
nadawanie i nasłuchiwanie. Celem nasłuchiwania jest
upewnienie się, że żadna inna stacja nie nadaje w tym samym
czasie. Po zakończeniu transmisji danych urządzenie powróci do
trybu nasłuchiwania.
Topologia magistrali
• Jeśli dwa urządzenia rozpoczęły nadawanie w
tym samym czasie, występuje kolizja wykrywana
przez urządzenia nadawcze.
• Transmisja danych zostaje wówczas przerwana.
Węzły zatrzymują nadawanie na losowo wybrany
czas, po którym podejmowana jest kolejna próba
uzyskania dostępu do medium.
Topologia magistrali
Zamiar nadawania
NIE
Wolna
linia
TAK
Rozpoczęcie
nadawania
Wystąpiła
kolizja
NIE
Zakończenie transmisji
TAK
Wyślij sygnał
zagłuszający
Odczekaj losowy czas
Topologia magistrali
• Magistrala nie jest obsługiwana przez żadne
urządzenia zewnętrzne, a więc wszystkie
urządzenia przyłączone do sieci słuchają
transmisji przesyłanych magistralą i odbierają
pakiety do nich zaadresowane.
• Topologia ta była stosowana w małych sieciach.
Zalety i wady topologii magistrali
Zalety:
• krótkie odcinki kabla użyte do budowy sieci,
• brak konieczności stosowania dodatkowych urządzeń
(koncentratorów, przełączników) i łatwość
przyłączenia nowego urządzenia.
Wady:
• trudna lokalizacja uszkodzenia kabla,
• możliwa jest tylko jedna transmisja w danym
momencie,
• awaria kabla powoduje unieruchomienie całej sieci.
Topologia pierścienia
• W topologii pierścienia każda przyłączona do sieci stacja
robocza ma dwa połączenia – po jednym do każdego ze
swoich najbliższych sąsiadów.
• Połączenie takie tworzy fizyczną pętlę, czyli pierścień. Dane
są przesyłane wokół pierścienia w jednym kierunku.
• Każda stacja robocza działa podobnie jak wzmacniak,
pobierając i odpowiadając na pakiety do niej
zaadresowane, a także przesyłając pozostałe pakiety do
następnej stacji roboczej.
• Im więcej urządzeń jest przyłączonych do pierścienia, tym
czas odpowiedzi jest dłuższy. Czas ten można jednak
określić, co nie jest możliwe w przypadku innych topologii.
Topologia pierścienia
Zalety i wady topologii pierścienia
Zalety:
• niska cena wynikająca z małego zużycia kabli i braku
aktywnych urządzeń pośredniczących w komunikacji między
komputerami,
• do budowy sieci w tej topologii można użyć różnych mediów
transmisyjnych (kabel koncentryczny, skrętkę, kable
światłowodowe).
Wady:
• ograniczenia i utrudnienia związane z rozbudową i
konserwacją sieci,
• Uszkodzenie jednego z urządzeń lub łączy oznacza przerwę w
pracy całej sieci.
Topologia podwójnego pierścienia
• Topologia podwójnego pierścienia polega na tych
samych zasadach, co topologia pierścienia, z tą
różnicą, że urządzenia połączone są podwójnymi
łączami, co pozwala na zachowanie transmisji w
obszarach ograniczonych punktami awarii. W
przypadku jednego punktu uszkodzenia sieć
zachowuje możliwość działania w pełnym zakresie.
• Tego typu topologie stosowane są w budowie sieci
szkieletowych lub w sieciach kampusowych i
metropolitalnych.
Topologia podwójnego pierścienia
Topologia gwiazdy
• W topologii gwiazdy połączenia sieci rozchodzą się
z centralnego punktu, którym może być
koncentrator lub przełącznik pełniące rolę
regeneratora sygnału. Każde urządzenie
przyłączone do sieci może uzyskiwać dostęp do
współdzielonego nośnika.
Topologia gwiazdy
Zalety i wady topologii gwiazdy
Zalety:
• łączenie urządzeń może odbywać się przy pomocy różnych
mediów transmisyjnych,
• duża przepustowość i łatwa lokalizacja uszkodzeń,
• przejrzystość konstrukcji i odporność całej sieci na awarię
zarówno urządzeń jak i łączy,
• w przypadku awarii łącza lub komputera pozostała część sieci
pracuje bez zakłóceń,
• Sieci wykonane w tej topologii są elastyczne, skalowalne i
stosunkowo tanie.
Wady:
• wysoki koszt okablowania oraz dodatkowy koszt związany z
obecnością koncentratora.
Topologia gwiazdy
• Topologia gwiazdy stała się podstawową o ile
nie jedyną topologią lokalnych sieci
komputerowych.
• Jej zalety okazały się silniejsze od wad, a
rosnąca popularność spowodowała obniżenie
kosztów związanych z instalacją.
Topologia rozgałęzionej (rozszerzonej)
gwiazdy
• Topologia rozgałęzionej gwiazdy oparta jest na topologii
gwiazdy. Pojedyncze gwiazdy są połączone za pomocą
koncentratorów lub przełączników.
• Topologia ta jest stosowana w przypadku dużych sieci, gdy
obszar, który ma być pokryty siecią jest większy niż
pozwala na to topologia gwiazdy.
• Zaletą topologii rozgałęzionej gwiazdy jest ograniczenie
liczby urządzeń, które muszą być połączone z centralnym
węzłem oraz możliwość ograniczenia ruchu lokalnego do
pojedynczej gwiazdy.
Topologia rozgałęzionej (rozszerzonej)
gwiazdy
Topologia siatki
• Topologia siatki jest używana wtedy, gdy każdy węzeł ma
własne połączenia z wszystkimi pozostałymi.
• Zaletą jest niezawodność, uzyskana przez możliwość
przesyłania danych wieloma różnymi ścieżkami.
• Wadą jest wysoki koszt i skomplikowana budowa. W
sieciach rozległych, np. w Internecie, jest stosowana
topologia siatki częściowej. Między routerami
odgrywającymi rolę węzłów, za pomocą których
przyłączane są sieci lokalne, istnieje wiele ścieżek do
dowolnego miejsca, lecz nie ma połączeń miedzy
wszystkimi węzłami.
Topologia siatki
Topologia hierarchiczna
• Topologia hierarchiczna jest łudząco podobna
do topologii rozszerzonej gwiazdy jednak różni
się co do sposobu działania.
• W topologii hierarchicznej urządzenia aktywne
oprócz regeneracji sygnału pełnią rolę
urządzeń sterujących dostępem do sieci.
Topologia hierarchiczna