Разработка модели ЛВС звездообразной топологии и алгоритмов расчета основных параметров сети.

 

 

 

Выполнил: Анисимов Антон

Гип-102

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Введение.

  1. Основные определения.

  2. Цели и задачи.

Обзор Топологий ЛВС

 1.Топологии Физических Связей.

 2. Звездообразная топология, преимущества и недостатки.

 3.Физическая структуризация сети

 4.Модель ЛВС звездообразной топологии и расчет ее параметров

Заключение.

Библиографический список.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Основные определения.

Топология ЛВС, как способ организации физических связей в сети является первоочередным фактором который необходимо учитывать при построении сети. Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование, например концентраторы), а ребрам - физические связи между ними. Компьютеры, подключенные к сети, часто называют станциями или узлами сети. 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. Также выбор топологии имеет экономическое значение, то есть можно выбрать  такую топологию сети при которой, суммарная длина линии связи будет минимальной.

Цели и задачи.

Наиболее часто встречаемые топологии сети это шинная,  звездообразная и кольцевая. Также встречаются полносвязная и ячеистая топологии . Но полносвязная топология используется очень редко из-за того, что ЛВС получается громоздкой м неэффективной так как каждый компьютер в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов для связи с каждым из остальных компьютеров сети. Так же полносвязная топология не удовлетворяет экономическим требованиям к сети.

рис.1 схема сети с полносвязной топологией.

Сеть с ячеистой топологией получается из полносвязной путем удаления некоторых связей. Непосредственно связываются только те компьютеры между которыми происходит интенсивный обмен данными.

рис2. схема сети с ячеистой топологией.

Шинная топология 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, 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. А при использовании коаксиального кабеля такие повреждения не редки. 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.

рис.3 схема сети с шинной топологией.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

В сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи - данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату.

рис.5 схема сети с кольцевой топологией.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

                                                                                                                    

Топология Звезда преимущества и недостатки.

Топология звезда. В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находится в центре сети. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной - существенно большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.

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. В настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии связей как в локальных, так и глобальных сетях.

рис.7 схема сети со звездообразной топологией.

Современная сеть для рабочих групп базируется на кабеле UTP с рабочими станциями, расположенными в виде звезды, центром которой является концентратор.
Все концентраторы Ethernet имеют такие элементы:

• несколько разъемов RJ-45 для кабеля UTP;
• индикаторы диагностики и активности;
• источник питания.

Существует два основных типа концентраторов для Ethernet: управляемые и неуправляемые. В рабочих группах и домашних сетях используются неуправляемые концентраторы, а в корпоративных сетях чаще всего используются управляемые концентраторы, т.е. устройства с комплектом программного обеспечения для поддержки и настройки его функций.      Рабочая станция соединяется с концентратором с помощью кабеля UTP с разъемами RJ-45 на двух его концах.

Индикаторы на передней панели концентратора показывают, какие соединения используются компьютерами. Концентратор должен иметь как минимум по одному разъему RJ-45 для каждого компьютера, который вы собираетесь подключить к сети.

Порт UpLink используется для подключения этого концентратора к другому концентратору.

Эти пять портов предназначены для подключения компьютеров или принтеров к концетратору.

            Рис.8 Хаб.

           В сеть компьютер посылает концентратору запрос на сетевую информацию или запрос программам. Концентратор пересылает этот запрос всем компьютерам, подключенным к нему. Когда компьютер, которому адресовано сообщение, получает его, он посылает запрошенную информацию обратно концентратору, который снова пересылает ее всем компьютерам, несмотря на то что только один компьютер будет ее обрабатывать. Таким образом, концентратор работает как радиоретранслятор, который посылает сигнал всем приемникам, однако только соответственно настроенные приемопередатчики могут отсылать или передавать информацию.      

 

Физическая топология сети.

В сетях с небольшим (10-30) количеством компьютеров чаще всего используется одна из типовых топологий - общая шина, кольцо, звезда или полносвязная сеть. Все перечисленные топологии обладают свойством однородности, то есть все компьютеры в такой сети имеют одинаковые права в отношении доступа к другим компьютерам (за исключением центрального компьютера при соединении звезда). Такая однородность структуры делает простой процедуру наращивания числа компьютеров, облегчает обслуживание и эксплуатацию сети.

Однако при построении больших сетей однородная структура связей превращается из преимущества в недостаток. В таких сетях использование типовых структур порождает различные ограничения, важнейшими из которых являются:

• ограничения на длину связи между узлами;
• ограничения на количество узлов в сети;
• ограничения на интенсивность трафика, порождаемого узлами сети.

Например, технология Ethernet на тонком коаксиальном кабеле позволяет использовать кабель длиной не более 185 метров, к которому можно подключить не более 30 компьютеров. Однако, если компьютеры интенсивно обмениваются информацией между собой, иногда приходится снижать число подключенных к кабелю компьютеров до 20, а то и до 10, чтобы каждому компьютеру доставалась приемлемая доля общей пропускной способности сети.

Для снятия этих ограничений используются специальные методы структуризации сети и специальное структурообразующее оборудование - повторители, концентраторы, мосты, коммутаторы, маршрутизаторы. Оборудование такого рода также называют коммуникационным, имея в виду, что с помощью него отдельные сегменты сети взаимодействуют между собой.

Физическая структуризация сети

Простейшее из коммуникационных устройств - повторитель (repeater) - используется для физического соединения различных сегментов кабеля локальной сети с целью увеличения общей длины сети. Повторитель передает сигналы, приходящие из одного сегмента сети, в другие ее сегменты (рис. 1.14). Повторитель позволяет преодолеть ограничения на длину линий связи за счет улучшения качества передаваемого сигнала - восстановления его мощности и амплитуды, улучшения фронтов и т. п.

Рис. 9 Повторитель позволяет увеличить длину сети Ethernet

Концентраторы характерны практически для всех базовых технологий локальных сетей - Ethernet, ArcNet, Token Ring, FDDI, Fast Ethernet, Gigabit Ethernet, l00VG-AnyLAN.

Нужно подчеркнуть, что в работе концентраторов любых технологий много общего - они повторяют сигналы, пришедшие с одного из своих портов, на других своих портах. Разница состоит в том, на каких именно портах повторяются входные сигналы. Так, концентратор Ethernet повторяет входные сигналы на всех своих портах, кроме того, с которого сигналы поступают (рис. 1.15, а). А концентратор Token Ring (рис. 1.15, б) повторяет входные сигналы, поступающие с некоторого порта, только на одном порту - на том, к которому подключен следующий в кольце компьютер.

Рис. 10 Концентраторы различных технологий

Концентратор всегда изменяет физическую топологию сети, но при этом оставляет без изменения ее логическую топологию.

Напомним, что под физической топологией понимается конфигурация связей, образованных отдельными частями кабеля, а под логической - конфигурация информационных потоков между компьютерами сети. Во многих случаях физическая и логическая топологии сети совпадают. Например, сеть, представленная на рис. 1.16, а, имеет физическую топологию кольцо. Компьютеры этой сети получают доступ к кабелям кольца за счет передачи друг другу специального кадра - маркера, причем этот маркер также передается последовательно от компьютера к компьютеру в том же порядке, в котором компьютеры образуют физическое кольцо, то есть компьютер А передает маркер компьютеру В, компьютер В - компьютеру С и т. д.

Сеть, показанная на рис. 1.16, б, демонстрирует пример несовпадения физической и логической топологии. Физически компьютеры соединены по топологии общая шина. Доступ же к шине происходит не по алгоритму случайного доступа, применяемому в технологии Ethernet, а путем передачи маркера в кольцевом порядке: от компьютера А - компьютеру В, от компьютера В - компьютеру С и т. д. Здесь порядок передачи маркера уже не повторяет физические связи, а определяется логическим конфигурированием драйверов сетевых адаптеров. Ничто не мешает настроить сетевые адаптеры и их драйверы так, чтобы компьютеры образовали кольцо в другом порядке, например: В, А, С... При этом физическая структура сети никак не изменяется.

Рис. 11 Логическая и физическая топологии сети

Другим примером несовпадения физической и логической топологий сети является уже рассмотренная сеть на рис. 1.15, а. Концентратор Ethernet поддерживает в сети физическую топологию звезда. Однако логическая топология сети осталась без изменений - это общая шина. Так как концентратор повторяет данные, пришедшие с любого порта, на всех остальных портах, то они появляются одновременно на всех физических сегментах сети, как и в сети с физической общей шиной. Логика доступа к сети совершенно не меняется: все компоненты алгоритма случайного доступа - определение незанятости среды, захват среды, распознавание и отработка коллизий - остаются в силе.

Физическая структуризация сети с помощью концентраторов полезна не только для увеличения расстояния между узлами сети, но и для повышения ее надежности. Например, если какой-либо компьютер сети Ethernet с физической общей шиной из-за сбоя начинает непрерывно передавать данные по общему кабелю, то вся сеть выходит из строя, и для решения этой проблемы остается только один выход - вручную отсоединить сетевой адаптер этого компьютера от кабеля. В сети Ethernet, построенной с использованием концентратора, эта проблема может быть решена автоматически - концентратор отключает свой порт, если обнаруживает, что присоединенный к нему узел слишком долго монопольно занимает сеть. Концентратор может блокировать некорректно работающий узел и в других случаях, выполняя роль некоторого управляющего узла.

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

 

Литература:

В. Г. Олифер Н.А. Олифер «Компьютерные сети Принципы, Технологии, Протоколы»

А. С. Овсянников “Информационные системы в технике и технологиях”. Часть 3 Корпоративные информационные сети: Учеб. пособие