Topologie sieciowe

Wstęp

Celem tworzenia sieci jest połączenie za pomocą medium elementów sprzętowych i programowych w funkcjonującą i użyteczną całość. Podstawowymi składnikami typowych sieci lokalnych są różne urządzenia pochodzące od wielu producentów - dąży się więc do tego, żeby mogły one porozumiewać się ze sobą bez przeszkód

Terminologia

Istnieje kilka standardów, w tym kilka utworzonych przez samych producentów komputerów.Jednak z takiego standardu może korzystać tylko firma, która go opracowała, to nie są standardy w prawdziwym rozumieniu tego słowa. Wyroby innych producentów mogą porozumiewać się za pomocą innych, własnych standardów - i z tego właśnie powodu rodzi się najwięcej problemów. Na skutek stosowania różnych protokołów i standardów sprzęt produkowany przez jedną firmę może nie być zdolny do komunikowania się ze sprzętem innej firmy. Protokoły ustalają coś co nazywa się formatem danych, czyli sposób, w jaki dane są przekazywane między warstwami. Znane organizacje tworzące standardy opracowały ich wiele. Celem jest umożliwienie wzajemnego kontaktu między zróżnicowanymi składnikami.
Archtektura łączy istniejące standardy i protokoły potrzebne do utworzenia działającej sieci. Charakterystyki różnych istniejących rodzajów architektury sieci odpowiadają ogólnym celom przyświecającym przemysłowi komputerowemu. Należą do nich:

• Łatwość tworzenia połączeń - umożliwia łączenie różnych produktów sprzętowych i programowych w celu uformowania jednolitego systemu sieci.
• Modułowość - dzięki niej można składać wiele różnych urządzeń sieciowych korzystając ze stosunkowo niewielkiego zestwu masowo produkowanych bloków ogólnego zastosowania.
• Łatwość implementacji - dostosowanie do powszechnie uznawanych standardów sieciowych ułatwia implementację i pozwala tworzyć rozmaite konfiguracje odpowiadające potrzebom wszystkich użytkowników.
• Łatwośc używania - pozwala użytkownikom wykorzystywać środki komunikacji bez konieczności poznawania struktury lub implementacji sieci.
• Niezawodność - zapewnia odpowiednie środki umożliwiające detekcję i korekcje błędów.
• Łatwość modyfikacji - umożliwia rozwój i łatwą modyfikację sieci wraz ze zmianą potrzeb i oczekiwań użytkowników oraz pojawienia się nowych technologii.

Topologie sieci

Stacje robocze i serwery sieci muszą być połączone ze sobą za pomocą jakiegoś medium. Fizyczny układ sieci nazywa się jej topologią. Topologia sieci lokalnej opisuje jej konstrukcję. Instnieją trzy podstawowe topologie, występujące w różnych odmianach, są to: gwiazda, pierścień i magistrala liniowa.

Topologia gwiazdy

Topologia gwiazdy to architektura sieci LAN, w której punkty końcowe w sieci są połączone ze wspólnym centralnym koncentratorem lub przełącznikiem za pomocą dedykowanych łącz. Topologia gwiazdy ma centralny węzeł połączony z pozostałymi węzłami w sposób promienisty bez innych połączeń. Podstawową zaletą tej topologii jest to, że umożliwia podstawowoą komunikację międezy węzłami. Najważniejszą wadą tej topologii jest to, że jeśli centralny węzeł ulegnie uszkodzeniu, cała sieć jest rozłączona. Zależnie od typu urządzenia sieciowego użytego w centrum gwiazdy, kolizje mogą stwarzać problem. Cały przepływ informacji przechodzi przez jedno urządzenie. Może to być pożądane ze względów bezpieczeństwa lub ograniaczenia dostępu, ale jest wrażliwe na problemy w centralnym węźle gwiazdy.

Topologia gwiazdy

Topologia rozszeżonej gwiazdy

Topologia rozszeżonej gwiazdy pochodzi z topologii gwiazdy, gdzie każdy z końcowych zęzłów topologii działa jako centrum dla własnej topologii gwiazdy. Zaletą tej topologii jest to, że przewody w niej są krótsze i ogranicza on liczbę urządzeń, które muszą być połączone z każdym centralnym węzłem. Topologia rozszeżonej gwiazdy jest hierarchiczna i może być konfigurowana (za pomocą odpowidzniego sprzętu) w taki sposób, aby ruch pozosawał lokalny.

Topologia rozszeżonej gwiazdy

Topologia pierścienia

Topologię pierścienia tworzy jeden zamknięty pierścień składający się z węzłów i łącz, gdzie każdy węzeł jest podłączony tylko z dwoma sąsiadującymi węzłami. W topologii tej wszystkie urządzenia sieciowe są połączone bezpośrednio ze sobą w tak zwanym systemie łańcuchowym. Aby informacje mogły przepływać, każda stacja musi przekazywać je sąsiedniej stacji. Każda ramka jest widziana przez każdą ze stacji, ale sekwencyjnie po jednej w danej chwili.

Topologia pierścienia

Topologia podwójnego pierścienia

Topologia podwójnego pierścienia składa sie z dwóch pierścieni o wspólnym środku (dwa pierścienie nie są połączone ze sobą). Topologia podwójnego pierścienia jest tym samym co topologia pierścienia, z tym wyjątkiem, że drugi zapasowy pierścień łączy te same urządzenia. Innymi słowy w celu zapewnienia niezawodności i elastyczności w sieci, każde urządzenie sieciowe jest częścią dwóch niezależnych topologii pierścienia. Dzięki funkcji tolerancji na uszkodzenia i odtwarzania, pierścienie można przekonfigurować tak, żeby tworzyły jeden większy pierścień, a sieć mogła funkcjonować w przypadku uszkodzenia medium.

Topologia podwójnego pierścienia

Topologia liniowa (szyny)

W topologii szyny wszystkie węzły sa połączone bezpośrednio do jednego łącza, a między węzłami nie ma żadnych połączeń. Każdy host jest połączony ze wspólnym przewodem. Jedną z zalet tej topologii jest to, że wszystkie hosty są połączone ze sobą, dzięki czemu mogą komunikoważ się bezpośrednio. Jedną z wad tej topologii jest to, że przerwanie kabla rozłącza hosty. Topologia magistrali pozwala urządzeniom sieciowym widzieć wszystkie sygnały z wszystkich urządzeń. Może to być zaleta jeśli informację mają trafić do każdego urządzenia jednocześcnie, z drugiej strony łatwo można podglądać informacje, które nie są przeznaczone dla nas.

Topologia liniowa (szyny)

Topologia drzewa

Topologia drzewa przypomina topologię rozszerzonej gwiazdy. Główną różnicą jest to, że jest utworzona z wielu magistral połączonych łańcuchowo. Używany jest tu węzeł podstawowy z którego rozchodzą się kolejne węzły. Istnieją dwa rodzaje tej topologii: drzewo binarne (każdy węzeł ma dwa połączenia) oraz drzezwo szkieletowe (węzły rozchodzą się od pnia szkieletu). Pień to przewód składający sie z kilku warstw rozgałęzień. Przepływ informacji jest hierarchicny.

Topologia drzewa

Topologia (siatkowa)sieci

W pełnej, czyli siatkowej topologii, każdy węzeł jest połączony pezpośrednio z każdym innym węzłem. Takie okablowanie ma bardzo wyraźne wady i zalety. Jedną z zalet jest to, że każdy węzeł jest fizycznie połączony z każdym innym węzłem co zapewnia zapasowe połączenia). W przypadku awarii łącza, informacje mogą przepływać innymi łączami i osiągnąć cel. Inną zaletą tej topologii jest to, że umożliwia ona przepływ informacji wieloma ścieżkami sieciowymi. Podstawową fizyczną wadą jest to, że jeśli używanych jest wiele węzłów, ilość mediów oraz ilość połączeń staje się ogromna. W przypadku sieci WAN, topologia pełnej siatki jest bardzo kosztowna, ponieważ koszt jest proporcjonalny do liczby łącz.

Topologia siatki

Topologia komórkowa

Topologia komórkowa składa się z kulistych lub szesciennych obszarów, z których każdy ma jeden węzeł będący centrum. Topologia komórkowa to geograficzny obszar podzielony na regiony (komórki) dla celów technologi bezprzewodowej. W topologii komórkowej nie ma fizycznych łącz, tylko fale elktromagnetyczne. Czasami węzły odbiorcze przemieszczaja się, a czasami przemieszczają się węzły nadawcze (na przykład komunikacyjne łącze satelitarne). Oczywistą zaletą topologii komórkowej (bezprzewodowej) jest to, że nie ma tu fizycznego medium: jest atmosfera lub próżnia kosmiczna. Wadami może być to, że sygnały są obecne w całej komórce, a tym samym mogą być podatne na zakłócenia oraz naruszenia bezpieczeństwa.

Topologia komórkowa (bezprzewodowa)

Topologia nieregularna

W topologii nieregularnej nie ma przejrzystego wzoru łącz i węzłów. Okablowanie nie jest regularne; węzły mają różną liczbę przewodów rozchodzących się od nich. W ten sposób okablowane są sieci we wczesnym stadium konstrukcji lub bradzo źle zaplanowane sieci.