Что понимают под топологией
Что такое топология локальной сети и что под ней понимается?
Содержание:
Часто встречается такой вопрос: «Что понимается под топологией локальной сети?». На самом деле, в этом нет ничего сложного, потому что топология локальных сетей — это физическое расположение компьютеров, соединенных в одну локальную сеть.
Нужно отметить, что топология ЛВС (локально-вычислительная сеть) относится именно к локальным, а не к глобальным сетям. В глобальных сетях практически невозможно проследить топологию сети, тем более что каждый отдельный сеанс может происходить по разному пути, а в локальной сети топологию физически можно отследить.
Что понимается под топологией локальной сети
Построение локальных компьютерных сетей требует точного подхода, так как от этого зависит физическое расположение компьютеров в помещении, а также способы прокладки кабеля для соединения всех устройств в единую сеть.
В качестве устройств, участвующих в топологии ЛВС, могут выступать не только компьютеры, но и другое оборудование, например:
Это все нужно правильно разместить и правильно соединить. Для контролирования этого процесса разработали несколько видов топологии ЛВС, которые отличаются расположением устройств и методом их соединения.
Топология локальных сетей: виды
Основные виды топологии ЛВС
Вид топологии ЛВС «шина»
Под такой топологией локальной сети понимается следующее расположение устройств:
При таком расположении абсолютно все устройства могут принимать и отправлять информацию друг другу. Такое расположение наиболее распространено из-за дешевизны конструкции, а также потому, что устройства можно располагать очень близко друг к другу. При этом если какое-либо устройство в сети ломается, то это никак не влияет на работоспособность другого оборудования. Проблемы начинаются, если есть повреждения в самой сети, а конкретнее, в кабелях, которые соединяют устройства в единую ЛВС.
Вид топологии ЛВС «кольцо»
Под такой топологией локальной сети понимается следующее расположение устройств:
При такой топологии ЛВС все устройства подключены по кругу и передают нужную информацию друг другу по очереди. Данная топология в первую очередь подразумевает равнозначность всех устройств. Когда какая-то передаваемая информация не принадлежит устройству, в этом случае устройство просто передает ее дальше по кругу.
Сама по себе конструкция такой топологии ЛВС считается очень простой и легко масштабируемой, при этом для передачи данных устройствам не требуется дополнительное оборудование, так как это делают сами устройства, подключенные к общей сети.
Но есть и недостатки, например:
Вид топологии ЛВС «звезда»
Это является самой популярной топологией, когда в сеть нужно подключить сервер или контроллер, который будет задавать работу всем остальным устройствам. Именно это «центральное» оборудование является главным в сети, и все устройства подключены к нему. Коммуникация между устройствами также происходит непосредственно через «центральное оборудование». Когда нужно добавить новое устройство в сеть, то его подключают к «контролирующему», и все.
Помимо своей простоты в эксплуатации, данная топология ЛВС стала популярной за счет:
Из недостатков можно отметить только «слабое» центральное звено. То есть в случае каких-либо проблем с ним, возникают проблемы у всей сети.
Но в целом такая топология ЛВС очень распространена на производственных предприятиях, когда все завязано на центральном компьютере системного администратора.
Дополнительные виды топологии
Вид топологии ЛВС «сеточная»
Под такой топологией локальной сети понимается следующее расположение устройств:
То есть при такой топологии все устройства в сети соединены между собой. Такой подход реализации топологии считается одним из самых надежных за счет того, что между устройствами образуется несколько каналов для коммуникации, при этом «общение» происходит по кратчайшему и незагруженному пути. Однако использовать такой подход к реализации локальной сети актуально, если в сети будет небольшое количество устройств и не планируется сильно масштабировать сеть, потому что с ростом количества оборудования будет очень сильно расти число соединительных каналов и метраж кабеля.
Вид топологии ЛВС «ячеистая»
Данная топология по своей конструкции очень сильно напоминает «сеточную» топологию. С той лишь разницей, что «ячеистая» подразумевает создание внутри сети «ячеек», соединенных по «сеточному» принципу, однако среди этих ячеек выделяются «главные» устройства, через которые идет соединение с такими же «главными» устройствами других ячеек.
Фактически это приводит к тому, что все ячейки в сети будут связаны между собой и будут образовывать целую сетку из ячеек. При этом каждый «простой» компьютер из одной ячейки может «общаться» с любым компьютером из другой ячейки, но делать они это будут через «главные» компьютеры.
Вид топологии ЛВС «дерево»
Под такой топологией локальной сети понимается следующее расположение устройств:
По сути, эта топология объединяет в себе несколько «звезд». Другими словами, есть несколько «главных» устройств, которые коммуницируют между собой. К этим «главным» устройствам подсоединяют «второстепенные», и таким образом образуется локальная сеть.
Такая топология уместна, когда нужно разделить локальную сеть на несколько подразделений и назначить на каждое подразделение свой контролирующий компьютер. Например, в компании есть несколько отделов:
Компьютер старшего менеджера каждого из отделов — это «главное устройство». А компьютеры работников отделов — это второстепенные устройства.
Значение слова «топология»
[От греч. τόπος — место и λόγος — учение]
Источник (печатная версия): Словарь русского языка: В 4-х т. / РАН, Ин-т лингвистич. исследований; Под ред. А. П. Евгеньевой. — 4-е изд., стер. — М.: Рус. яз.; Полиграфресурсы, 1999; (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
В самом общем виде — явление непрерывности;
В частности — свойства пространств, которые остаются неизменными при непрерывных деформациях. Например, связность, ориентируемость.
В отличие от геометрии, в топологии не рассматриваются метрические свойства объектов (например, расстояние между парой точек). Например, с точки зрения топологии, кружка и бублик (полноторий) — неотличимы.
Весьма важными для топологии являются понятия гомеоморфизма и гомотопии (грубо говоря, это типы деформации, происходящие без разрывов и склеиваний).
ТОПОЛО’ГИЯ, и, мн. нет, ж. [от греч. topos — место и logos — учение] (мат.). Часть геометрии, исследующая качественные свойства фигур (т. е. не зависящие от таких понятий, как длина, величина углов, прямолинейность и т. п.).
Источник: «Толковый словарь русского языка» под редакцией Д. Н. Ушакова (1935-1940); (электронная версия): Фундаментальная электронная библиотека
тополо́гия
1. матем. раздел математики, изучающий качественные свойства (связность, ориентируемость и т. п.) геометрических фигур, поверхностей и т. п., не зависящие от их длины, величины углов, прямолинейности и т. п.
2. разг. набор, совокупность геометрических свойств фигуры, поверхности
Делаем Карту слов лучше вместе
Привет! Меня зовут Лампобот, я компьютерная программа, которая помогает делать Карту слов. Я отлично умею считать, но пока плохо понимаю, как устроен ваш мир. Помоги мне разобраться!
Спасибо! Я обязательно научусь отличать широко распространённые слова от узкоспециальных.
Насколько понятно значение слова ом (существительное):
Разбираемся с основными топологиями компьютерных (локальных) сетей
В математике топология это область геометрии для изучения фигур, которые непрерывно изменяясь сохраняют основное свойство. Раньше её называли «Теорией точечных множеств» или «Анализом положения». Компьютерщики заимствовали название и охарактеризовали им размещение компьютеров и периферийных устройств, и системы взаимодействия между ними.
Что понимается под топологией локальной сети
Программирование и построение компьютерных сетей выросли из математики и поэтому унаследовали математические расчеты и схематику построения устройств и связей. А самим термином топология сети охарактеризовали расположение и схему связей между устройствами. Устройствами выступают компьютеры, концентраторы, роутеры, серверы, принтеры и прочая вспомогательная электроника. Кроме расположения устройств, топология обуславливает компоновку кабелей, варианты размещения коммутирующего оборудования, систему обмена сигналами и прочие запросы потребителей компьютерных технологий.
Соединение в сети вызвано необходимостью объединения ресурсов компьютеров, экономией на периферийных устройствах, и как следствие решением комплексных задач. Исходя из конкретных предполагаемых задач и выстраивается топология компьютерной сети. Существуют семь основных видов соединений.
Виды и примеры топологий компьютерных сетей
Первоначально использовали три базовых вида топологий это шина, кольцо и звезда. С развитием технологий прибавились ещё четыре – полносвязная, ячеистая, дерево и смешанная.
Топология шина
Пожалуй наиболее простая и старая топология локальных сетей. Простота обусловлена наличием всего одной магистрали (кабеля) к которой соединены все устройства. Сигналы передаваемые одним, могут получать все. При этом отдельный компьютер отфильтровывает и принимает необходимую только ему информацию.
Достоинства такой схемы:
Именно из-за этих недостатков такие сети морально устарели, не обеспечивают современных требований обмена данными и фактически не применяются. По такой топологии создавались первые локальные сети. Роль шины в таких схемах выполнял коаксиальный кабель. Его прокладывали ко всем компьютерам и возле каждого соединяли т-образным штекером (тройником).
Топология кольцо
В «кольце» устройства подключены последовательно по кругу и по эстафете передают информацию. Четко выделенного центра нет и все приборы практически равнозначны. Если сигнал не предназначен компьютеру, он его транслирует следующему и так до конечного потребителя.
Достоинства соединения кольцом:
Но кольцевое соединение имеет и ряд недостатков:
Основное применение кольца получили при создании соединений для удаленных друг от друга компьютеров, установленных в противоположных концах и на разных этажах зданий. Работают такие сети по специально разработанному стандарту Token Ring (802.5). Для надёжности и повышения объёмов обмена информацией монтируют вторую линию. Она используется либо как аварийная, либо по ней передаются данные в противоположном направлении.
Топология звезда
Самая распространённая и технологичная система создания сетей. Командует всем сервер, контроллер или коммутатор. Все компьютеры как лучи подсоединены к нему. Общение между ними происходит только через центральное устройство. Топология сети в которой все компьютеры присоединены к центральному узлу стала основой для построения современных офисных локальных сетей.
В качестве узла используются активные или пассивные коммутаторы. Пассивный, это просто коробка соединения проводов не требующая питания. Активный коммутатор соединяет схему проводной или беспроводной технологией и требует подключения к питанию. Он может усиливать и распределять сигналы. Топология сети звезда обрела популярность благодаря множеству достоинств:
Как и большинство сетей, соединение звезда имеет ряд недостатков, все они связаны с необходимостью использования центрального коммутатора:
Несмотря на недостатки звезда широко используется при создании сетей на больших и маленьких предприятиях. А соединяя между собой коммутаторы получают комбинированные топологии.
Полносвязная или сеточная топология
В полносвязной системе все устройства соединены между собой отдельным кабелями, образующими сетку. Это очень надёжная схема коммуникации. Но целесообразна только при малом количестве соединяемых приборов, работающих с максимальной загрузкой. С ростом количества оборудования резко возрастает число прокладываемых коммуникаций. Поэтому широкого распространения не получила, в отличие от своей производной – частичной сетки.
Ячеистая топология
Частичная сетка или ячеистая топология напрямую связывает только обменивающиеся самыми большими объёмами данных и самые активные компьютеры. Остальные общаются посредством узловых коммутаторов. Сетка соединяющая ячейки, выбирает маршруты для доставки данных, обходя загруженные и разорванные участки.
Преимущества частичной сети:
Недостатки ячеистой технологии:
Из-за дороговизны и сложности построения применяется в основном для построения глобальных сетей.
Топология дерево
Эта топология является комбинацией нескольких звёзд. Архитектура построения предусматривает прямое соединение пассивных или активных коммутаторов.
Такой тип топологии чаще всего используют при монтаже локальных сетей с небольшим количеством приборов, в основном при создании корпоративных коммутаторов. Совмещает довольно низкую стоимость и очень хорошее быстродействие. Особенно при комбинировании различных линий передач — сочетании медных и волоконных кабельных систем, и применении управляемых коммутаторов.
Смешанная топология
Чистое применение какой-то одной топологии редкое явление. Очень часто с целью экономии на коммутационных линиях применяют смешанные схемы. Самыми распространенными из которых являются:
В первом случае компьютеры объединены в звёзды посредством коммутаторов, а они уже закольцованы. По сути все без исключения компьютеры заключены в круг. Такое соединение умножает достоинства обеих сетей, так как коммутаторы собирают в одну точку все подключенные устройства. Они могут просто передавать или усиливать сигнал. Если рассмотреть систему технологии распространения данных, то такая топология подобна обычному кольцу.
В звёздно — шинной сети комбинируется топология шин и звёзд. К центральному устройству соединяют единичные компьютеры и сегменты шин. При такой топологической схеме можно использовать несколько центральных устройств, из которых собирают магистральную шину. В конечном результате собирается звёздно — шинная схема. Пользователи могут одновременно использовать звёздную и шинную топологии, и легко дополнять компьютеры.
Смешанные соединяют в себе все плюсы и минусы составляющих их видов топологий локальных сетей.
Программы для создания топологий сети
Для создания и корректировки написано много программ. Среди самых распространённых и наиболее удобных выделяются следующие:
Некоторые бесплатные, а за многие придётся заплатить. Но даже у большинства платных есть пробный период, за который можно понять подойдёт она или нет.
Топология является самым важным фактором быстродействия и надёжности коммуникаций. При этом всегда можно комбинировать основными схемами топологий для того, чтобы добиться наилучшего результата. Важно знать и помнить, как преимущества и недостатки каждого соединения влияют на проектируемую или эксплуатируемую топологическую сеть. Поэтому схему нужно заранее тщательно планировать.
Классификация локальных сетей по топологии
Для локальной вычислительной сети (ЛВС) топология считается одной из ее важнейших характеристик. Топология локальных сетей – это максимально формализованное представление структуры. Она существенно облегчает разработчикам и администраторам весь круг задач – от закупки и размещения оборудования, трассировки каналов связи, до обслуживания и поиска неисправностей.
Топологии локальных сетей: определение, значения
В информатике под термином «топология локальной сети» принято понимать схематическое (как правило, графическое) отображение ее узлов и их соединения/взаимодействия.
В практике используют несколько вариантов топологий. Как классифицируются схемы, определяется назначением и отображаемой информацией.
Физическая
Физическая топология описывает реальную конфигурацию связей между узлами локальной сети и, частично, их размещение. Последнее актуально, когда сетевое оборудование (рабочие станции и серверы, коммутационная аппаратура) расположены территориально обособлено, например, в разных зданиях.
В точках схемы (вершинах графа) изображают узлы сети:
Соединяющие вершины (узлы локальных вычислительных сетей) линии (ребра графа) отображают физические связи между устройствами. Наносятся все подключения – по оптоволоконным или «медным» линиям, радиоканалу.
Логическая
Этот вариант топологии описывает логику прохождения по каналам связи и обработки узлами локальной сети сигналов. Чаще всего не разрабатывается как самостоятельная схема, а накладывается на физическую. В зависимости от используемых протоколов, может составляться несколько схем, например, отдельные для UDP и TCP-IP.
Информационная
Топология отражает организацию информационного взаимодействия в локальной сети. Чаще в вершинах графа размещают не физические устройства, а сетевые приложения. Ребра графа отражают потоки информации между ними.
Возможно наложение схемы на физическую топологию, но такой вариант применяется крайне редко. Это обусловлено вероятными кардинальными различиями топологий. Примером служит домашняя беспроводная сеть:
В большинстве случаев, когда говорят о топологии ЛВС, имеют в виду именно ее физическую организацию. Логическую и информационную схемы разрабатывают, в основном, для сложных компьютерных сетей предприятий или провайдеров телекоммуникационных услуг.
Виды и примеры топологий компьютерных сетей
Локальные сети строят, используя различные виды топологии. Каждому присущи собственные достоинства и недостатки.
Поэтому выбор топологии должен производиться по результатам тщательного анализа основных факторов, среди которых:
К базовым топологиям относят 3 вида:
Топология шина
При использовании такой топологии в локальной сети организуется общий физический канал (шина) – один или несколько проводов, к которым параллельно подключаются сетевые адаптеры узлов. Распространенный в недалеком прошлом пример применения решения – сеть с коаксиальным кабелем и T-коннекторами для подключения.
В структуре отсутствует центральный узел, который обеспечивает обмен между абонентами. Каждое из подключенных устройств принимает предназначенные ему пакеты и передает данные в общий канал.
В связи с этим требуется организация полудуплексного обмена – двустороннего, но с соблюдением очередности между абонентами. Решает проблему и использование других алгоритмов мультиплексирования. В противном случае, когда два и более узла осуществляют одновременную передачу пакетов по шине, высока вероятность сбоев (т.н. коллизий). Это также ограничивает реальную скорость обмена, особенно при подключении значительного числа устройств.
Еще одна особенность такой реализации – необходимость заглушек (терминаторов) на свободных концах шины. Она обусловлена физическими свойствами проводников, которые образуют т.н. линию с распределенными параметрами. В таких линиях наблюдается эффект отражения сигнала на неподключенном конце. Его проявление в канале передачи данных спровоцирует коллизии. Требование распространяется на любые проводные линии.
Подключение нескольких Wi-Fi устройств к роутеру (точке доступа) по одному (из 11) каналов диапазона также можно рассматривать как шину с мультиплексированием.
К достоинствам шинной топологии относят:
Недостатков у общей шины (особенно, в проводном варианте) больше:
Топология кольцо
В такой топологии каждый из узлов локальной сети оказывается связан только с двумя соседними. Соединение выполняется парой приемник-передатчик. Передача информации осуществляется только в одном направлении. При этом любой абонент полностью транслирует полученные пакеты, если они предназначены другому узлу.
В результате кольцевая топология позволяет добиться в локальной сети высокой производительности. Такую структуру легко реализовать, проста она и в настройке.
Серьезный недостаток кольца – его надежность. При выходе из строя одного узла или обрыве канала связи неработоспособной оказывается вся сеть. Для борьбы с ним применяют несколько методов, например, резервирование (т.н. «двойная кольцевая» топология).
Топология звезда
Особенность такой топологии – наличие в локальной сети центрального узла, К нему независимыми линиями связи подключены все абоненты. Обмен данными между любыми участниками ведется только через центральный узел. Пример реализации – Ethernet сеть с центральным коммутатором (хабом) и подключением клиентского оборудования витой парой.
Центральный узел локальной сети может быть:
Топология звезда для локальной сети имеет преимущества по:
Среди недостатков звездной конфигурации отмечают:
Ячеистая (древовидная)
Развитием топологии звезда стала древовидная. Такая локальная сеть выглядит как иерархическая комбинация сегментов, каждый из которых построен по звездной топологии. Центральные узлы таких сегментов соединяются между собой:
Если для сегмента нет родительского, его называют корневым. Такая структура, как разновидность «звездной», получила ее плюсы и минусы. Особенно чувствительна она к выходу из строя центральных элементов сегментов или обрыву связей между ними. В первом случае из сети выпадает и сам родительский сегмент, и его дочерняя структура, во втором – дочерний (со своими дочерними).
Более устойчивым вариантом топологии стала напоминающая «дерево», но превосходящая его по сложности, ячеистая (mesh).
В результате формируется структура, когда для каждого узла локальной сети одновременно существует несколько путей передачи информации адресату. Система получает максимальную устойчивость – выход из строя одного узла не сказывается на работоспособности сети в целом.
Организация такой структуры в проводных локальных сетях требует избыточного количества кабеля. Зато в беспроводных, после создания миниатюрных многофункциональных радиомодулей, она стала обычной. Ее используют, например, сети стандартов Z-Wave и ZigBee для технологии «умный дом».
Смешанная топология
Смешанной или гибридной называют топологию локальной сети, в которой для сегментов или подсетей и их объединения используют несколько базовых.
Такие комбинации, например звездно-шинная или звездно-кольцевая реализовывают оптимальную структуру для конкретных задач. Однако недостатки присущие им остаются в силе и для комбинированной.
Централизованная и децентрализованная система
Сегодня в компьютерных сетях приоритетом стала централизованная организация. В этом случае основные функции системы – маршрутизация, администрирование, выделение адресов реализованы на центральном устройстве (рабочей станции, сервере, маршрутизаторе, коммутаторе). Этим достигается эффективное управление ресурсами, надежность и отказоустойчивость.
Однако для централизованных систем проблема «звездной» топологии остается актуальной. При неполадках центрального узла нарушается функционирование всей ЛВС или ее локальных сегментов.
Один из путей ее устранения – переход к децентрализованной организации. В этом случае часть функций центрального делегируется другим узлам локальной сети. Большинство из них равноправны. При этом получают либо те же права и функционал, что и делегирующий, либо статус резервных с дублированием данных.
Это дает вместо одного варианта решения сетевой задачи (например, обмена между абонентами) несколько равнозначных. Надежность и отказоустойчивость системы кратно возрастает.
Пример децентрализованной организации –упомянутые mesh (ячеистые) локальные сети. Аналогия в глобальном пространстве интернет – блокчейн-сети, способные сохранить полный функционал даже при единственном рабочем криптовалютном кошельке.
Полносвязная или сеточная топология
Когда узел в локальной сети объединен прямыми связями не с одним, а с несколькими, говорят о сеточной топологии. Такой подход используется при построении ячеистых (mesh) сетей. Удобна она для организации децентрализованных систем.
Если связи проведены по принципу «каждый с каждым», сеточную топологию называют полносвязной.
При отсутствии в ней некоторых связей она становится неполносвязной.
Для обоих вариантов характерна избыточность, что ограничивает их применимость в «наземных» локальных сетях. В беспроводных этой проблемы не существует, поэтому все известные mesh-сети используют неполносвязную сеточную топологию.
Таким образом, топология – представление локальной сети, отображающее ее физическую, логическую или информационную модель. При построении ЛВС используют базовые топологии – шина, кольцо, звезда или их комбинации и модификации. При этом учитывают характерные свойства, преимущества и недостатки структур.