В чем заключается различие между физическими и логическими связями

Разница между физической и логической топологией

Содержание

Теперь давайте разберемся, что такое топология сети, прежде чем разбираться в ее типах. Топология сети описывает, как можно подключать различные электронные устройства. Выбранная топология может сильно повлиять на работу сети.

Сравнительная таблица

Определение физической топологии

Физическую топологию можно рассматривать как схему сетевого носителя, которая показывает взаимосвязи устройств в сети. Он определяет, какую геометрическую форму соединенные устройства образуют друг с другом. Физическая топология не дает исчерпывающих подробностей о типах устройств, механизме, используемом для взаимодействия с другими устройствами в сети, и о том, как данные передаются с одного устройства на другое.

Таким образом, он дает важные детали сети и сетевых устройств в целом, игнорируя детали более высокого уровня, такие как тип устройства, схемы адресации, возможности подключения и т. Д.

Факторы, которые влияют на обмен данными между устройствами в сети в зависимости от выбранной физической топологии:

Типы физической топологии

Определение логической топологии

В отличие от физической топологии, логическая топология делает упор на способ передачи данных между сетевыми узлами, а не на физическую схему пути, по которому данные следует. Важным фактом, касающимся этих топологий, является то, что и физическая, и логическая топологии не зависят от сети, независимо от того, имеет ли она какую-либо форму и размер.

Типы логической топологии

Вывод

Источник

Физические и логические связи.

Дата добавления: 2013-12-24 ; просмотров: 1885 ; Нарушение авторских прав

Топология физических связей

Проблемы объединения нескольких компьютеров

До сих пор мы рассматривали вырожденную сеть, состоящую всего из двух машин. При объединении в сеть большего числа компьютеров возникает целый комплекс новых проблем.

Необходимо отметить, что конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями компьютеров между собой и может отличаться от конфигурации логических связей между узлами сети. Логические связи представляют собой маршруты передачи данных между узлами сети и образуются путем соответствующей настройки коммуникационного оборудования.

Выбор топологии электрических связей существенно влияет на многие характеристики сети. Например, наличие резервных связей повышает надежность сети и делает возможным балансирование загрузки отдельных каналов. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономические соображения часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.

Рассмотрим некоторые, наиболее часто встречающиеся топологии.

Полносвязная топология (рис. 15, а) соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту (достоинство), этот вариант оказывается громоздким и неэффективным (недостаток). Действительно, каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных компьютеров сети. Для каждой пары компьютеров должна быть выделена отдельная электрическая линия связи. Полносвязные топологии применяются редко, так как не удовлетворяют ни одному из приведенных выше требований. Чаще этот вид топологии используется в многомашинных комплексах или глобальных сетях при небольшом количестве компьютеров.

Все другие варианты основаны на неполносвязных топологиях, когда для обмена данными между двумя компьютерами может потребоваться промежуточная передача данных через другие узлы сети.

Ячеистая топология (mesh) получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей (рис. 15, б). В сети с ячеистой топологией непосредственно связываются только те компьютеры, между которыми происходит интенсивный обмен данными, а для обмена данными между компьютерами, не соединенными прямыми связями, используются транзитные передачи через промежуточные узлы. Ячеистая топология допускает соединение большого количества компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей.

Общая шина (рис. 15, в) является очень распространенной (а до недавнего времени самой распространенной) топологией для локальных сетей. В этом случае компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю. Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Таким образом, основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. К сожалению, дефект коаксиального разъема редкостью не является. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети.

К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда (рис. 15, д). В настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях.

Рис. 15. Типовые топологии сетей

Рис. 16. Смешанная топология

Источник

Строим сеть: линии связи

Выбор компьютерной сети

Рассмотрев наиболее часто используемые сегодня сетевые топологии и методы доступа, обсудим и другие факторы, определяющие выбор нужного типа сети. При этом следует учитывать:

§ уже имеющуюся кабельную систему и оборудование – есть ли в вашем доме, офисе сеть, которую нужно просто расширить, или у вас имеются только отдельные компьютеры;

§ физическое месторасположение – важно учитывать, как расположены компьютеры и где вы собираетесь разместить сетевое оборудование. Объединить компьютеры в одной комнате довольно просто, однако если ваши компьютеры располагаются на разных этажах здания или даже в нескольких зданиях, наилучшую конфигурацию сети и ее топологию следует тщательно продумать;

§ размеры планируемой сети – если у вас имеется лишь несколько компьютеров, структура сети будет довольно простой; если же компьютеров сотни или тысячи, то, скорее всего, придется остановить свой выбор на сложной гибридной топологии;

§ объем и тип информации для совместного использования – эти параметры должны обязательно учитываться при выборе типа сети: если между компьютерами передаются большие файлы – музыкальные, видео- или графические, то вам потребуется высокоскоростная сеть, позволяющая быстро и без задержек передавать такие объемы информации.

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).

Вопросы и задания

1.В чем заключается различие между физическими и логическими связями?

2.Какие топологии лежат в основе любой компоновки сети?

3.Каковы преимущества и недостатки конфигурации «звезда»? В каких локальных сетях она применяется?

4.Каковы преимущества и недостатки топологии «кольцо»? В каких локальных сетях она применяется?

5.Каковы преимущества и недостатки конфигурации «шина»? В каких локальных сетях она применяется?

6.Какие гибридные топологии вам известны?

7.Какие факторы необходимо учитывать при планировании сети?

Чтобы компьютеры могли взаимодействовать, необходима какая-либо среда, обеспечивающая возможность передачи сигналов на физическом уровне. Эта среда передачи может представлять собой кабельную инфраструктуру, т. е. набор проводов различных типов, соединительных разъемов (коннекторов) и устройств связи. Но она может быть и просто атмосферой или даже безвоздушным пространством, – лишь бы имелась возможность каким-то образом передать сигнал от одного компьютера к другому.

Нам важно ваше мнение! Был ли полезен опубликованный материал? Да | Нет

Источник

Курс по основам компьютерных сетей на базе оборудования Cisco. Этот курс поможет вам подготовиться к экзаменам CCENT/CCNA, так как за его основу взят курс Cisco ICND1.

1.11 Физическая и логическая топологии компьютерной сети (звезда, кольцо, full и partial mesh) и их сравнение. Учимся читать диаграммы Cisco

Привет, посетитель сайта ZametkiNaPolyah.ru! Продолжаем изучать основы работы компьютерных сетей, напомню, что эти записи основаны на программе Cisco ICND1 и помогут вам подготовиться к экзаменам CCENT/CCNA. В прошлой теме мы перечислили основные и самые важные характеристики компьютерной сети, среди них была и топология компьютерной сети. Как раз про топологию и будет данная запись. Мы узнаем, что топология компьютерной сети влияет на другие ее характеристики, а также поймем, что для понимания принципа работы незнакомой сети нам потребуются два вида схем: физические схемы и логические.

Но рассказам о схемах компьютерной сети и общей информации о существующих топологиях мы не ограничимся, еще мы поговорим про обозначения интерфейсов оборудования Cisco на схемах и диаграммах, это может оказаться полезным не только для чтения схем, но и при работе с оборудованием Cisco при помощи интерфейса командной строки, ведь интерфейсы оборудования в командной строке обозначаются точно так же, как и на схема. Вторая часть этой публикации будет посвящена типовым топологиям компьютерной сети: звезда, общая шина, кольцо, mesh topology.

Перед началом я хотел бы вам напомнить, что ознакомиться с опубликованными материалами первой части нашего курса можно по ссылке: «Основы взаимодействия в компьютерных сетях».

1.11.1 Введение

Здесь мы разберемся зачем вообще нам нужны схемы компьютерной сети и как они нам помогут в повседневной жизни. Также придет понимание того, чем логическая схема или логическая топология компьютерной сети отличается от физической схемы. Не стоит еще и забывать о том, что, например, физические схемы бывают разными: ситуационный план или схема прокладки линий связи по помещениям показывают, как и где был уложен кабель, схема распределения оптических волокон показывает, как была разварена оптика, есть еще схемы кроссировок и еще куча других схем. По-хорошему, все эти схемы нужно уметь читать.

Еще одним немаловажным пунктом этого разговора являются диаграммы, которые вы можете встретить у Cisco, сдавая экзамен ICND1. С этими диаграммами мы разберемся и поймем принцип нумерации физических портов на оборудование Cisco. В рамках данного курса нам будут интересны в большей степени логические схемы сети, так как именно они позволяют увидеть, как работает наша сеть, физические схемы мы перечислим, но уделять большого внимания им не будем.

Также отметим, что для построения компьютерной сети мы можем выбирать одну из нескольких топологий, более того, топологии на разных участках сети можно использовать разные, но если говорить предметно, то в природе существуют следующие топологии: звезда, кольцо, общая шина, full mesh и его частный случай partial mesh. О них мы поговорим во второй части этой темы и разберемся с их недостатками и преимуществами.

Если вы помните, то в прошлой теме мы говорили про характеристики компьютерной сети, тогда мы для себя отмечали, что топология компьютерной сети — это одна из ее важнейших характеристик, сейчас же мы увидим, что топология сети это не только ее характеристика, но и очень сильный фактор, который влияет на другие важные характеристики, например, на стоимость и надежность или отказоустойчивость сети.

1.11.2 Как читать схемы сетей, построенных на оборудование Cisco

Начнем мы с диаграмм, которые могут встречаться в различных курсах Cisco, а также в вопросах на экзаменах, как на ICND1, так и на более сложных треках. Правильно читать сетевые диаграммы вы научитесь со временем, а сейчас же мы поговорим про обозначения физических портов на схемах и диаграммах Cisco, рисунок ниже это демонстрирует. Кстати, стоит сказать, что на физическом уровне модели OSI также есть адресация, которая заключается в номерах портов различных физических устройств.

Рисунок 1.11.1 Диаграмма компьютерной сети, сделанная в Cisco Packet Tracer

Обратите внимание на нумерацию и названия портов на схеме, эту схему я сделал в Cisco Packet Tracer (здесь вы можете найти информацию о том, как установить Cisco Packet Tracer на Windows, вот тут о том, как поставить Packet Tracer на Ubuntu, а если вы еще не умеете им пользоваться, то вам поможет публикация, где мы знакомимся с интерфейсом Cisco Packet Tracer). Особенность нумерации портов оборудования Cisco заключается в том, что это оборудование модульное, впрочем, как и любое другое оборудования вендеров, производящих промышленные устройства связи. Давайте посмотрим на такой простой пример: fa0/1 – это порт устройства Cisco, этот порт имеет пропускную способность 100 Мбит/с и работает по стандарту Fast Ethernet, об этом говорят два символа fa. Вторая часть 0/1 говорит нам о том, что это первый порт модуля под номером ноль. Например, коммутатор Cisco 2960 по своей сути имеет один нулевой модуль и 24 порта стандарта Fast Ethernet (соответственно, их нумерация начинается с fa0/1 по fa0/24), также в этом модуле находится два порта стандарта Gigabit Ethernet с пропускной способностью 1 Гбит/c (для их обозначения можно использовать записи Gi0/1 и Gig0/2), но на самом деле портов может быть и больше.

Все вышесказанное относилось к портам, работающим по стандарту Ethernet, скорее всего, вы будете работать только с этим стандартом. Еще существуют и последовательные интерфейсы или serial-link, такие интерфейсы у Cisco обычно обозначаются так: S4/0 – эта запись говорит о том, что кабель включен в нулевой порт 4-го модуля; Se0/0 – это второй способ обозначения, кроме первых букв ничего не изменяется.

На схемах и диаграммах Cisco еще можно встретить обозначения типа Eth3/2 – это говорит о том, что порт работает по стандарту Ethernet с пропускной способностью 10 Мбит/c, возможно, вы встретите Te или TenGigabit (полоса пропускания такого интерфейса составляет 10 Гбит/c), про скорости выше пока говорить не будем.

Иногда вы можете встреть что-то типа такого: Gi1/2/3, такое обозначение бывает в двух случаях: либо вы работаете с коммутаторами, которые объединены в стек, тогда: 1 – это номер коммутатора в стеке, 2 – номер модуля в этом коммутаторе, 3 – номер порта в модуле; либо это модуль внутри модуля. С модулями Cisco придется работать часто, особенно, это касается каких-то умных устройств, например, маршрутизаторов (портовую емкость которого можно расширять при помощи модулей) или L3 коммутаторов.

Также иногда вы можете встретить порты с непонятной на первый взгляд нумерацией, но это не означает, что логики нумерации у устройства нет, она на самом деле есть, просто нужно обратиться к официальной документации Cisco. Если делать этого не хочется, то можно просто смириться и работать как с обычными портами.

И напоследок поговорим про виртуальные интерфейсы, которых физически нет, но в «мозгах» устройства эти интерфейсы есть, и мы их можем создавать. Во-первых, есть Loopback-интерфейсы, эти интерфейсы чисто виртуальные и они не закреплены ни за какой физической сущностью коммутатора, работают они по принципу IP-адреса 127.0.0.1, то есть они всегда есть, по ним всегда можно получить доступ к устройству, устройство может обращаться к самому себе при помощи этого интерфейса. Обозначаются они так: Loopback1, Loopback2 или Lo1, Lo2.

Также нам могут встретиться суб-интерфейсы, например, fa1/1.123. Такие интерфейсы закрепляются за физическим портом устройства Cisco, номер такого интерфейса указывается после точки, в данном случае – это 123 суб-интерфейс. Для тех, кто знает вланы: номер суб-интерфейса может не совпадать с номером влана, но для удобства обычно делают так, чтобы совпадал.
Сразу стоит отметить: это не все интерфейсы, с которыми вы можете встретиться, их гораздо больше, возможно, в дальнейшем мы познакомимся с ними, если будет такая потребность, на данный момент полученной информации нам должно хватить.

1.11.3 Физическая топология сети и ее схемы

Здесь и далее мы будем считать, что в природе существует два вида топологий: физическая топология сети и логическая топология сети. Первая топология или физическая схема сети показывает, как эта сеть выглядит в реальном мире: где, как и какие кабели уложены, где, как и какое оборудование установлено, как оно запитано, какая длина у какого кабельного пролета, какой кабель в какой порт включен, как разварена оптика, как расшита кросс-панель и так далее. Давайте перечислим несколько разных физических схем (а про физический уровень модели OSI 7 можно почитать тут). Демонстрировать примеры я не буду, но, если вам будет интересно, то при помощи Гугла вы без труда найдете примеры таких схем.

Начнем с простой схемы прокладки медных линий по помещениям, на такой схеме должна быть вся необходимая информация для монтажника, при помощи которой он сможет определить: как и где прокладывать линию по помещениям, а также какие материалы ему потребуются для осуществления монтажа, включая стяжки и маркировочные бирки.

Следующая схема – это схема расшивки витой пары на кроссе, при помощи такой схемы можно определить, как коммутироваться или другими словами соединять оборудование: какой порт кросса или патч-панели куда ведет, будет совсем здорово, если каждая линия и каждый порт кросса будет промаркирован бирками.

Еще один пример физической схемы – это ситуационный план, на котором показана схема прокладки ВОЛС (оптических линий связи), обычно такие схемы рисуют инженеры проектировщики провайдеров, они нужны для согласования условий с собственниками территорий, по которым будет проложен кабель, для оценки затрат на подключение того или иного объекта к сети провайдера, а также для легализации линий связи в контролирующих организациях, естественно, все физические схемы должны быть отрисованы в соответствие со стандартами и правилами, которых в РФ очень много, более того: проектируемые линии и оборудование связи должно быть в дальнейшем смонтирована так, чтобы не нарушать этих правил (санпины, снипы, госты). Мы, конечно же, с этим всем добром разбираться не будем.

Стоит добавить, что после прокладки оптической линии связи к схемам прилагаются еще и рефлектограммы – это график, по которому можно определить уровень сигнала, на всем протяжении линии, а также длину оптической линии связи, делается этот график при помощи прибора, который называется рефлектометр.

Еще вы можете встретиться со схемами разварки оптического кабеля или схемами распределения оптических волокон: оптический кабель мало проложить, его еще нужно правильно разварить, чтобы затем по этим волокнам кабеля сигнал попадал в нужную точку, а не абы куда, для этого и нужны схемы распределения оптических волокон.

Последняя физическая схема компьютерной сети, о которой мы упомянем, называется схема организации связи или структурная схема, при помощи такой схемы монтажник или полевой инженер сможет включить проектируемое оборудование, а сетевой инженер настроить нужный порт на этом оборудование. То есть, если первые схемы интересовали в большей степени полевых сотрудников, то схема организации связи нужна в равной мере как удаленным, так и полевым инженерам.

Да, чуть было не забыл, часть сетевого оборудования является активным, а это означает, что для его работы необходимо электричество, поэтому в различных проектах и документациях вы можете обнаружить схему подачи питания на оборудование связи.

1.11.4 Логическая топология сети и ее схемы

При помощи логической топологии или логической схемы сети сетевой инженер может понять принцип работы компьютерной сети, определить куда пойдет тот или иной запрос и кто, с кем и как общается. Если схемы физической топологии нужно было рисовать вручную, использую какой-нибудь AutoCAD или Visio, то для схем логической топологии сети можно применять два подхода: рисовать руками, используя AutoCAD, Visio или более специализированный софт или автоматизировать этот процесс при помощи различных скриптов и систем мониторинга, которые будут опрашивать ваши устройства и на основе этого опроса составлять карту вашей сети.

У каждого из этих подходов есть свои плюсы и минусы. Очевидный минус первого подхода: долго и нудно. Очевидный минус второго подхода: возможно, не так точно, как при первом, а также на схемах, составленных автоматически, может быть много лишней и ненужной для вас информации, которая будет просто засорять рабочее пространство или же наоборот – этой информации может быть недостаточно, чтобы сходу оценить обстановку. При использовании автоматизированных средств также стоит учитывать, что ваша компьютерная сеть может быть составлена из оборудования различных производителей, а приложение, которое вы используете для автоматической отрисовки, может «не уметь» работать с оборудованием того или иного производителя из коробки, поэтому придется его учить, делая тонкую настройку или создавая собственные скрипты.

Давайте посмотрим несколько примеров схем логической топологии сети. Начнем мы просто со схемы топологии компьютерной сети, которая показана на рисунке ниже, на этой схеме нет никакой лишней информации. Она просто отображает топологию устройств, отвечающих за передачу данных (коммутаторов, маршрутизаторов и, возможно, серверов, обеспечивающих работу сети, таких как: DNS и DHCP), по ней можно понять, как и какими портами соединены сетевые устройства: коммутаторы и маршрутизаторы, такую схему обычно можно увидеть в системе мониторинга провайдера или крупного предприятия. Глядя на эту схему также можно сделать вывод о некоторых технологиях, используемых для построения такой сети, например, если коммутаторы соединены кольцом, то в сети работает протокол STP или его более поздние версии. На этой схеме вы не увидите конечных абонентов (клиентов), так как для нее это лишняя информация, здесь важно видеть, что происходит с сетевым оборудование, отвечающим за передачу трафика, а конечный абонент, если у него что-то случилось, вам обязательно пожалуется, тут можно не переживать.

Рисунок 1.11.2 Топология сети передачи данных

Обычно системы мониторинга подсвечивают зеленым нормально функционирующие устройства, желтым цветом подсвечиваются устройства, с которыми начинает происходить что-то нехорошее, а красным цветом подсвечиваются вышедшее из строя устройства, хотя в зависимости от приложения, которое используется для мониторинга, цвета могут меняться. Есть и более подробные схемы логической топологии сети, давайте попробуем нарисовать одну такую схему в Cisco Packet Tracer и посмотрим, что из этой схемы можно для себя вынести.

Рисунок 1.11.3 Логическая топология компьютерной сети

Но, к сожалению, трасса сильно увеличивается, если нам нужно послать данные из узла ПК1 на узел ПК3, так как они находятся в разных подсетях, в этом случае для доступа к узлу ПК3 нам потребуются услуги маршрутизатора и IP-адреса, ведь коммутатор совершенно ничего не знает про IP-адреса и как с ними работать. Путь, по которому будут идти IP-пакеты между узлами ПК1 и ПК3 на рисунке обозначен зеленым цветом: сначала данные попадают на «Коммутатор 1», затем он их передает на «Коммутатор 2», далее данные попадают на «Роутер 1», затем они возвращаются на «Коммутатор 2», он их пересылает на «Коммутатор 1», а тот в свою очередь отправляет их на ПК3, когда мы поговорим про принципы работы роутеров, вы поймете почему и как это происходит.

Трасса между ПК1 и ПК6 выделена оранжевой линией, думаю, ее уже можно не пояснять. Но стоит сказать, что путь, который будут проделывать сообщения из точки А в точку Б в большей степени зависят от логики, то есть от того, как настроены ваши устройства. Вы можете настроить свою сеть таким образом, что узлы 192.168.1.2 и 192.168.1.3 будут иметь доступ в Интернет, но не будут иметь возможности «достучаться» до других узлов сети, находящейся в вашем управлении, ну это как пример.

Еще нужно отметить, что ни одна схема не сможет точно передать принцип работы компьютерной сети полностью, для полной картины вам все равно придется заходить на коммутаторы и маршрутизаторы и смотреть, как они настроены, либо снабжать свои схемы объемными и подробными комментариями, в которых будут содержаться, особенности и правила настройки того или иного оборудования в той или иной ситуации. Вообще, процесс создания L3 схем довольно кропотливое, но полезное занятии. О том, как рисовать логические схемы компьютерной сети хорошо рассказано вот здесь, просто перейдите по ссылке, повторять эту публикацию у себя я не вижу смысла.

1.11.5 Топология включения узлов сети: общая шина, звезда, full mesh (каждый на каждого) или полносвязная топология и partial mesh

Завершая разговор о физической и логической топологии компьютерных сетей стоит поговорить о типовых схемах включения устройств сети, итак у нас есть четыре топологии сети, которые в равной мере можно отнести как к физической, так и к логической:

Давайте теперь перейдем к более детальному рассмотрению вопроса.

Топология общая шина

Давайте посмотрим, как на схемах будут выглядеть описанные топологии, начнем мы с топологии общая шина, она показана на Рисунке 1.11.4.

Рисунок 1.11.4 Данная компьютерная сеть имеет топологию общая шина

Тут все очевидно: логика работы сети, скорее всего, будет совпадать с физикой, когда мы поговорим про эту топологию более детально, вы поймете почему это так. Особенность общей шины заключается в том, что есть один общий кабель, по которому общаются все устройства сети, эта особенность несет с собой очень большие проблемы, с которыми очень трудно бороться, поэтому вы уже не встретите сети с топологией общая шина. Также стоит добавить, что ни одна из описанных топологий, не несет в себе ограничений на виды сетевого взаимодействия, за исключением топологии с общей шиной.

Дело все в том, что топология с общей шиной не поддерживает режим работы full duplex или полнодуплексный режим, здесь нам будет доступен только half duplex или полудуплексный режим работы, а этого недостаточно для передачи трафика типа H2H, то есть в сети с топологией общая шина не будут работать приложения аудио или видео связи, поскольку для их работы нужно, чтобы обе стороны могли одновременно и получать и отправлять данные, но в режиме half duplex этого сделать невозможно, здесь только одна сторона может отправлять, а другая сторона в этот момент времени должна слушать.

Топология звезда

Следующей в нашем списке идет топология сети звезда, пример этой топологии показан на Рисунке 1.11.5.

Рисунок 1.11.5 Данная компьютерная сеть имеет топологию звезда

Мы уже говорили, что топология звезда стала возможна благодаря появлению коммутаторов, вообще, с появлением коммутаторов сетевые инженеры избавились от многих проблем, которые были присущи сетям, построенным на хабах с топологией общая шина. Пожалуй, минусом такой топологии является ее слабая защищенность от обрывов линий и отключения электропитания.

Тут стоит сказать, что на рисунке можно выделить не одну, а целых три звезды: в основание первой лежит «Коммутатор 1», вторая звезда вырастает из «Коммутатора 2», а третья звезда образуется из «Коммутатора 6», таких звезд можно нагородить очень много, но тогда у вас будет уже скорее «паровозик».

Теперь представьте, что будет, если в нашей сети порвется физическая линия между первым и вторым коммутатором, правильно, шестой коммутатор тоже не будет работать. А если вы провайдер и у вас такая схема, при этом «Коммутатор 2» стоит в одном бизнес-центре, а «Коммутатор 6» в другом, и тут неожиданно происходит авария по электропитанию в здании, где расположен «Коммутатор 2». Клиенты, которые находятся в том же здании, естественно, вам не будут жаловаться, у них ведь тоже нет света, а вот клиенты, которые включены от «Коммутатора 6» вас не поймут, ведь у них свет есть, а услуги нет. Наверное, вам придется в срочном порядке отправляться на «Коммутатор 2» и запитывать его от дизельного генератора или же устанавливать ИБП на узле, где расположен «Коммутатор 2». Думаю, с недостатками такой схемы все понятно.

Топология кольцо и плоское кольцо

От физических обрывов линий и от отключений электропитания вас спасет топология кольцо. Сначала давайте поговорим о классической топологии кольцо (есть еще плоское кольцо). Обратите внимание на Рисунок 1.11.6, здесь показана схема прокладки кабеля, представим, что мы небольшой провайдер и подключаем жилые дома, для этого мы по чердакам протягиваем оптику, физическая схема прокладки кабеля в этом случае может выглядеть примерно так, как показано на рисунке.

Рисунок 1.11.6 Примерно так может выглядеть с точки зрения физики сеть, построенная по топологии кольцо

Будем считать, что точками с подписями на карте показаны места установки провайдерских узлов доступа на технических этажах и чердаках зданий, а соединительные линии показывают, как проложена оптика. Обратите внимание: сверху есть подпись «к нулевому узлу» – это показано, как идет оптика к узлу агрегации, позже в этой части мы поговорим про трехуровневую архитектуру компьютерной сети и тогда вы узнаете, что есть уровень доступа, от которого включаются конечные пользователи, а есть уровень агрегации и ядро сети, на каждом из уровней может быть реализована своя собственная топология, понятно, что сейчас мы смотрим на уровень доступа. Давайте посмотрим, как такая сеть будет выглядеть с точки зрения логики, это показано на Рисунке 1.11.7.

Рисунок 1.11.7 Так выглядит с логической точки зрения топология кольцо

Теперь давайте представим: что будет, если порвется линия между первым и вторым узлом, да, собственно, ничего страшного, наше кольцо распадется на две ветки, правда одна ветка будет состоять только из первого узла, а другая ветка будет включать в себя узлы с первого по шестой, но зато все будет работать, будет лишь незначительный перерыв, связанный с перестроением протокола STP или его более молодых аналогов.

Вообще, из-за того, что в Ethernet не должно быть петель, пришлось разработать протокол STP, который блокирует один из линков в кольце и таким образом, даже если нет никаких обрывов, с точки зрения логики никакого кольца нет, есть две ветки. На Рисунке 1.11.7 STP настроен плохо, так как произошло деление на неравные ветки, одна включает в себя только Узел 6, а другая все остальные узлы, заблокированный порт отмечен оранжевым кружочком, то есть данные между узлом 6 и 5 не передаются, кадры с пятого узла идут на четвертый и так до узла агрегации, давайте посмотрим, как перестроится наше кольцо, если порвать линк между 2 и 3 узлом.

Рисунок 1.11.8 Что происходит, когда в кольце рвется кабель

Через какое-то время наше кольцо перестроится и оранжевый линк станет зеленым, но у нас по-прежнему будет две ветки, а наши абоненты будут получать услугу. Давайте теперь посмотрим, что произойдет, если на четвертом узле отключат питание, тут стоит отметить, что многие вендоры выпускают коммутаторы без тумблеров питания, поэтому как только вы включите коммутатор в сеть, он сразу включится, Cisco в этом плане не исключение, поэтому я просто удалю из схемы четвертый узел.

Рисунок 1.11.9 Что происходит, когда в кольце рвется кабель

И снова спустя небольшой промежуток времени оранжевый линк станет зеленым, и у нас будут две ветки, а все абоненты, кроме тех, что работают от четвертого узла, смогут пользоваться нашими услугами. При этом у провайдеров чаще всего узлы доступа бывают недоступны из-за отключения питания во всем здании или подъезде, реже выбивает автомат, который находится в провайдерском шкафу, и еще реже бывают ситуации, когда коммутатор по тем или иным причинам выходит из строя. Если случаются две последние аварии, то вы об этом узнаете, когда вам начнут поступать звонки от абонентов, включенных с четвертого узла.

Итак, самое страшное, что может случиться в топологии кольцо – это авария на узле агрегации, ведь если этот узел станет недоступен, то упадут и узлы доступа, которые мы пронумеровали. Но стоит отметить, что в качестве узлов агрегации выбираются более надежные и производительные модели коммутаторов. А если говорить про провайдеров, то они стараются защитить узлы агрегации по питанию, устанавливать узлы агрегации в помещениях, к которым можно получить доступ круглосуточно, чтобы в случае чего приехать на узел и запитать его от генератора.

Стоит отметить, что более-менее адекватные провайдеры коммутаторы доступа включают кольцом от коммутаторов агрегации, при этом в узел агрегации может быть включено несколько колец (показано на Рисунке 1.11.10), а узлы агрегации включаются от узла концентрации или ядра сети так, чтобы образовать топологию звезда, но если у провайдера есть свободные деньги и ресурсы, то узлы агрегации кольцуются между собой, хотя это не всегда возможно реализовать в условиях города, чаще всего проблемы административного, а не технического характера.

Рисунок 1.11.10 Несколько колец доступа, включенных от узла агрегации

Преимущества топологии кольцо по сравнению со звездой очевидны, а ее недостатком является стоимость, вам потребуется заплатить больше денег монтажникам за прокладку лишних сотен метров кабеля, а прокладывать оптический кабель не так уж и дешево. Опять же, если мы говорим про провайдеров, то здесь еще могут возникнуть дополнительные ежемесячные траты или операционные расходы, которые провайдеры выплачивают собственнику зданий и конструкций, по которым проложен кабель, просто за то, что этот кабель лежит и к нему, в случае чего, можно будет получить доступ.

Теперь давайте рассмотрим частный случай топологии кольцо, который называется плоское кольцо, может, у этой топологии есть и другие названия, но, к сожалению, я их не знаю. Особенность плоского кольца заключается в том, что физически проложенный кабель не образует никакого кольца, а вот с точки зрения логики кольцо получается. Такое кольцо можно реализовать при помощи оптического кабеля, главное правильно разварить волокна. Дело все в том, что внутри оптического кабеля несколько волокон, по которым можно передавать данные, а для организации кольца нам нужно задействовать два волокна (ведь у нас в кольце две ветки). Сейчас мы не будем лезть в схему разварки волокон, хотя если вам будет интересно, можете написать мне комментарии в блоге, и я постараюсь сделать дополнительную публикацию, в которой полностью опишу эту схему с демонстрацией примеров и всех необходимых схем. Сейчас давайте обратим внимание на Рисунок 1.11.11, на нем показано, как проложен физически кабель и где установлены узлы.

Рисунок 1.11.11 На нашем импровизированном ситуационном плане никакого кольца нет

Обратите внимание, на нашем импровизированном ситуационном плане кольца не видно, это просто цепочка из узлов, включенных друг за другом, но если бы у нас было время на разбирательства в схемах распределения волокон, стало бы понятно, что с точки зрения прохождения сигнала по волокнам кабеля, кольцо есть. Давайте сейчас посмотрим на топологию нашей сети.

Рисунок 1.11.12 С точки зрения логической топологии у нас есть полноценное кольцо

А вот с точки зрения логики подключения устройств кольцо есть. Поэтому-то я в самом начале и написал, что зачастую, чтобы понять принцип работы сети, вам потребуется несколько схем, особенно это актуально в тех случаях, когда вы работает с сетями, построенными на оптических линиях связи. Глядя на Рисунок 1.11.12 нельзя точно сказать: есть ли физически кольцо на самом деле или нет, это можно будет понять только когда порвется кабель, или если у вас есть под рукой нужные схемы.
А что будет, если в плоском кольце рвется кабель, давайте посмотрим, допустим, кабель порвался между третьим и четвертым узлом, тогда узлы с четвертого по шестой станут недоступны. Выглядеть это будет примерно так, как показано на Рисунке 1.11.13.

Рисунок 1.11.13 Что будет, если в плоском кольце порвется кабель

В схеме с полноценным кольцом обрыв кабеля в одном месте не грозил бы нашим абонентам полной потерей сервиса на длительное время, в плоском кольце обрыв кабеля – это уже более печальное событие, на которое придется реагировать гораздо быстрее. Зато плоское кольцо позволяет защититься от выхода из строя одного из узлов. Представим, что в нашем плоском кольце отключили питание на третьем узле, тогда у нас будет схема, которая показана на Рисунке 1.11.14.

Рисунок 1.11.14 Что будет, если один из узлов в плоском кольце отключится по питанию

Как видим, ничего страшного не случилось, наше плоское кольцо защитило абонентов с четвертого, шестого и пятого узлов от проблем с электроэнергией на третьем узле, все абоненты, кроме тех, которые включены с третьего узла, получают услугу.

Таким образом плоское кольцо совершенно не защитит наших пользователей от проблем с обрывом кабеля, зато оно спасает абонентов от проблем с электропитанием на одном из промежуточных узлов, а с точки зрения стоимости прокладки кабеля плоское кольцо обойдется дешевле.

Топология mesh (full mesh и partial mesh)

Перейдем к топологии mesh, как мы уже говорили, здесь у нас есть два вида включения: full mesh или каждый на каждого и partial mesh или частичный mesh. Эта топология нам сейчас не так интересна, так как на канальном уровне в Ethernet сетях вы ее скорее всего не встретите, а про BGP и в частности про внутренние BGP связи в рамках курса Cisco ICND1 разговора нет. Сейчас я лишь продемонстрирую эти топологии, а в дальнейшем, когда мы будем говорить о сетях, отличных от Ethernet, мы попробуем реализовать топологии full mesh и partial mesh.

Для начала давайте посмотрим на сеть с топологией full mesh, то есть каждый на каждого, схема показана на Рисунке 1.11.15.

Рисунок 1.11.15 Компьютерная сеть с топологией full mesh (полносвязная топология)

Здесь мы видим четыре устройства, к каждому устройству подведено по три линии, ведь именно столько соседей у каждого конкретного устройства в сети из четырех узлов, построенной по топологии full mesh, иногда вместо full mesh вы можете услышать полносвязная топология, а вместо partial mesh неполносвязная топология. Итак, заключаем, в топологии каждый на каждого или полносвязной топологии каждый узел должен быть обязательно соединен со всеми другими узлами физической линией (опять же, кроме внутренних BGP связей, где должна быть логическая связь, но необязательно физическая), если будет иначе, то это уже не full mesh, а partial mesh, топология partial mesh из пяти узлов показана на Рисунке 1.11.16.

Рисунок 1.11.16 Топология partial mesh или неполносвязная топология

Как видим, соединений достаточно много, но это не full mesh с точки зрения физики, если бы это был full mesh, то к каждому устройству в сети из пяти узлов, нам бы пришлось подводить по четыре физических линии. Основным плюсом топологии full mesh является ее надежность, но у этой топологии есть два серьезных недостатка (и я даже не могу сказать какой из них хуже). Первый недостаток сетей с полносвязной топологией заключается в высокой стоимости, при этом, если говорить о сетях Ethernet, может получиться так, что часть линий не используются большую часть времени и нужны они лишь на всякий пожарный случай, когда где-то что-то порвется. А еще компьютерные сети с топологией каждый на каждого очень проблематично эксплуатировать, это на нашей схеме было четыре узла по три линии к каждому из узлов, реальные сети гораздо-гораздо больше, и вы со временем просто запутаетесь в огромном множестве проводов.

1.11.6 Выводы

Какие выводы мы можем сделать? Во-первых, нужно учиться читать схемы и диаграммы компьютерных сетей, чтобы понимать, как и что работает. Во-вторых, для понимания того, как работает ваша сеть необходимо и достаточно иметь под рукой два вида схем: схемы физической топологии и схемы логической топологии сети. Естественно, в идеале эти схемы должны быть, особенно, если мы говорим про сети отличные от домашних или какого-то малого офиса. Ведь чем лучше будет ваша сеть задокументирована, тем быстрее вы будете решать различные задачи: будь то задачи по расширению и модернизации или задачи по устранению аварий на сети.
А еще мы с вами выделили четыре топологии, которые вы можете использовать при проектирование своих компьютерных сетей, и разобрались с их особенностями, достоинствами и недостатками, напомню, что это:

Итак, при построении компьютерной сети вы можете выбирать: какую топологию использовать, учитывая все плюсы и минусы, а также задачи, которые перед вами стоят. Например, для построения небольшой офисной сети идеально подойдет топология звезда: достаточно поставить коммутатор, от которого будут включаться пользователи, а вот провайдеру для подключения конечных абонентов лучше выбрать на уровне доступа топологию кольцо, так как эта топология может защитить абонентов от обрыва или отключения электропитания.

Источник