Основы сетевых технологий_Лекция 3

Лекция 3. Топология сетей
Физическая и логическая топологии
Методы доступа к среде передачи
Сетевые устройства в топологии

Топология сетей
Топология сети - способ описания конфигурации сети, схема расположения и соединения сетевых устройств.
Различают:
– описывает реальное расположение и связи между узлами сети;
– описывает способы взаимодействия узлов и характер распространения сигналов по сети рамках физической топологии.
Физическую топологию
Логическую топологию

Физические топологии
Существует три базовые топологии, на основе которых строится большинство сетей:
Топология сетей
«Шина» (Bus);
«Кольцо» (Ring);
«Звезда» (Star).

Топология «Шина»
Все узлы соединяются между собой одним кабелем.
+: простота реализации и дешевизна.
- : сложность расширения;
в каждый момент времени может передавать только один компьютер;
невысокая надежность.
Топология сетей

Топология «Кольцо»
Каждый из компьютеров соединяется с двумя другими так, чтобы от одного он получал информацию, а второму передавал ее.
Последний компьютер подключается к первому.
Топология сетей
Сервер
+: каждый компьютер выступает в роли повторителя сигнала;
отсутствие столкновений.
-: сигнал в кольце должен пройти последовательно через все компьютеры;
невысокая надежность.

Топология сетей
Топология «Звезда»
Каждый из компьютеров подключается к центральному соединительному устройству.
Преимущества:
Легкость обслуживания и устранения неисправностей;
Защищенность.
Недостатки:
Единая точка отказа

Топология сетей
Топология «Дерево» (Tree)
Объединение нескольких «звезд».
Наиболее распространенная топология при построении локальных сетей.

Топология сетей
Полносвязная топология
Каждый компьютер и другие устройства соединены друг с другом напрямую
Высокая надежность – имеется несколько маршрутов передачи информации.
Используется там, где требуется обеспечение максимальной отказоустойчивости сети: при объединении нескольких сегментов сети крупного предприятия или при подключении к Интернет.
Существенно увеличивается расход кабеля, усложняется сетевое оборудование и его настройка.

Топология частичной (неполной) связности
Получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей. Каждый компьютер сети соединяется с несколькими другими компьютерами этой же сети.
Характеризуется высокой отказоустойчивостью (каждый компьютер имеет множество возможных путей соединения с другими компьютерами), сложностью настройки и переизбыточным расходом кабеля.
Допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для крупных сетей.
Топология сетей

Выбор топологии сети
Устойчивость к неисправностям узлов, подключенных к сети и обрывам кабеля.
Обеспечение возможности для дальнейшего расширения сети и перехода к новым высокоскоростным технологиям.
Низкая стоимость создания и сопровождения сети.
Удобное управление потоками сетевых данных.
Также следует учитывать:
Имеющуюся кабельную систему и оборудование.
Физическое размещение устройств.
Размеры планируемой сети.
Объем и тип информации для совместного использования.
Топология сетей

В компьютерных сетях используют как индивидуальные линии связи между узлами, так и разделяемые (shared), когда одна линия связи попеременно используется несколькими устройствами.
При использовании разделяемых линий связи (их также называют «разделяемая среда передачи данных» (shared media)) возникает комплекс проблем, связанных с их совместным использованием.
Индивидуальные и разделяемые линии связи
Индивидуальные линии связи
Разделяемая среда

Сеть с разделяемой средой при большом количестве узлов будет работать всегда медленнее, чем аналогичная сеть с индивидуальными линиями связи, так как пропускная способность индивидуальной линии связи достается одному компьютеру, а при ее совместном использовании - делится на все компьютеры сети.
Индивидуальные и разделяемые линии связи

С сетевой топологией связано понятие метода доступа к среде передачи.
Для управления доступом и уменьшения конфликтов разработано много методов и технологий.
Множественный доступ с контролем несущей/обнаружением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection, CSMA/CD) – метод доступа к среде передачи, при котором все компьютеры в сети «прослушивают» кабель перед передачей данных и при обнаружении коллизии инициализируют повторную передачу пакета (через случайный промежуток времени).
Множественный доступ с контролем несущей и предотвращением коллизий (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance, CSMA/CA) – метод доступа к среде передачи, при котором используется либо доступ с квантованием времени, при котором каждый компьютер может передавать информацию только в строго определенные для него моменты времени, либо отправление запроса в сеть на получение доступа к среде.
Передача маркера (Token passing) – метод доступа к среде передачи, при котором право передавать данные может сетевое устройство владеющее маркером.
Доступ к среде передачи

При построении любой компьютерной сети используется коммуникационное или сетевое оборудование.
Основной его задачей является объединение компьютеров в сеть, сегментов (подсетей) одной сети, подключение компьютерных сетей разных топологий и технологий друг к другу, увеличение расстояния передачи сигнала.
Активное оборудование – это электронные и электронно-оптические устройства, обрабатывающие, формирующие, преобразующие и коммутирующие электрические и/или оптические сигналы, передавая и получая эти сигналы с использованием дополнительных источников энергии.
Пассивное оборудование представляет собой сетевое оборудование, не потребляющее электричества и не вносящее изменений в сигнал на информационном уровне. Все это оборудование является частью структурированных кабельных систем.
Сетевые устройства в топологии
Активное:
сетевые адаптеры;
повторители;
концентраторы;
медиаконвертеры;
трансиверы;
мосты;
коммутаторы;
точки доступа
маршрутизаторы.
Пассивное:
кабели;
разъемы для кабелей;
патч-панели;
монтажные шкафы;
стойки.
Сетевое оборудование

Сетевой адаптер
Для подключения компьютера к сети используется сетевой адаптер (Network Interface Card, NIC). Он позволяет компьютеру подключаться к сети и взаимодействовать с другими устройствами.
Сетевой адаптер выполняет функции физического и канального уровней модели OSI. Он хранит уникальный физический адрес (МАС-адрес), который позволяет уникально идентифицировать каждый узел в данном сегменте сети.
Сетевые устройства в топологии
Точка доступа
Сетевой адаптер

Медиаконвертер
Медиаконвертер (Mediaconverter) — это устройство физического уровня модели OSI, преобразующее среду распространения сигнала из одного типа в другой.
Сетевые устройства в топологии
Коммутатор
Коммутатор
Медиаконвертер
Оптический кабель
Медный
кабель

Повторитель
Простейшим из сетевых устройств является повторитель (repeater) – это устройство физического уровня модели OSI, используемое для соединения сегментов среды передачи данных с целью увеличения общей длины сети.
Повторитель принимает сигналы из одного сегмента сети, усиливает их, восстанавливает синхронизацию и передает в другой сегмент сети.
Сетевые устройства в топологии
Повторитель

Концентратор
Повторитель, который имеет несколько портов и соединяет несколько физических сегментов сети, называется концентратором (concentrator) или хабом (hub).
Концентратор устройство физического уровня. Он принимает, усиливает и ретранслирует сигнал пришедший с одного из своих портов, на другие свои порты.
Концентратор всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменения ее логическую топологию.
Сетевые устройства в топологии

Мост
Мост (bridge) – это устройство канального уровня модели OSI, которое соединяет между собой два сегмента локальной сети.
Мост передает информацию из одного сегмента в другой только в том случае, если такая передача действительно необходима, то есть если МАС-адрес компьютера назначения принадлежит другому сегменту.
Мост изолирует трафик одного сегмента от трафика другого, повышая общую производительность передачи данных в сети.
1
2
3
4
Сетевые устройства в топологии

Коммутатор
Коммутатор (switch) – это устройство канального уровня модели OSI, которое предназначенное для соединения нескольких узлов компьютерной сети в пределах одного или нескольких сегментов сети.
Коммутатор – многопортовый мост.
Строит таблицу коммутации, устанавливающую связь между портами и МАС-адресами, подключенных к ним устройств.
Одновременно устанавливает несколько соединений между разными парами портов (микросегментация).
Сетевые устройства в топологии

Сетевые устройства в топологии
Коммутатор
Коммутатор передает кадры через все порты:
Если в таблице коммутации отсутствует запись соответствия МАС-адреса устройства и порта коммутатора;
если МАС-адрес назначения широковещательный, т.е. кадр предназначен всем узлам сети. В этом случае говорят, что коммутатор образует широковещательный домен (broadcast domain)
DA=FFFFFFFFFFFF
Широковещательный домен

Маршрутизатор
Маршрутизатор (router) – это устройство сетевого уровня модели OSI, пересылающее пакеты данных между различными сегментами сети (подсетями) и принимающее решения на основании информации о топологии сети и определённых правил, заданных администратором.
Маршрутизаторы часто применяются для связи локальных сетей разных типов и для подключения локальных сетей к глобальным.
Интернет
Маршрутизатор
IP: 192.168.100.1
IP: 192.168.125.1
IP: 125.1.10.1
1
2
3
4
IP: 192.168.130.1
192.168.100.0/24
IP: 192.168.125.0/24
IP: 192.168.130.0/24
Сетевые устройства в топологии
Подсеть

Сетевые устройства в топологии
Шлюз
Под шлюзом понимается любое устройство, соединяющие разные сетевые архитектуры.
Шлюз должен не только иметь разные физические порты, но и понимать «разные» протоколы.
Примером шлюза может служить беспроводной ADSL-маршрутизатор.
Беспроводной
4-х портовый ADSl-маршрутизатор
ADSL

Сетевые устройства в топологии
Соответствие функций коммуникационного оборудования модели OSI