23626

Типовые топологии сетей

Лекция

Информатика, кибернетика и программирование

При создании сети в первую очередь следует выбрать топологию физических связей. Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого аппаратура сети, а ребрам — физические связи между ними. Оборудование - узлы сети.

Русский

2014-10-12

219.5 KB

7 чел.

Лекция 6.

Типовые топологии сетей

При создании сети в первую очередь следует выбрать топологию физических связей. Под топологией сети понимается конфигурация графа, вершинам которого аппаратура сети, а ребрам — физические связи между ними. Оборудование - узлы сети.

Следует отметить, что конфигурация физических связей определяется электрическими соединениями оборудования между собой и может отличаться от логических связей. Логические 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 (Рисунок 26.) топология соответствует сети, в которой каждый компьютер сети связан со всеми остальными. Несмотря на логическую простоту, этот вариант оказывается громоздким и неэффективным.

Рисунок 26 Полносвязная топология

Все другие топологии являются неполносвязными, то есть передача данных может производиться через несколько узлов сети.

Ячеистая топология (mesh) получается из полносвязной путем удаления некоторых возможных связей (Рисунок 27). Ячеистая топология допускает соединение большого числа компьютеров и характерна, как правило, для глобальных сетей.

Рисунок 27. Ячеистая топология

Общая шина (Рисунок 28.)является очень распространенной  топологией локальных сетей.Она снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность почти мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Основными преимуществами этой топологии являются дешевизна и простота разводки кабеля  по помещениям. К недостаткам общей шины относятся ее низкая надежность и низкая производительность. Пропускная способность канала связи делится здесь между всеми узлами сети.

Рисунок 28. Топология “общая шина”

Топология звезда (Рисунок 28.) использует подключение к центральному концентратору каждого компьютера отдельным кабелем. Главное преимущество этой топологии — существенно большая надежность. Концентратор может также выполнять роль интеллектуального фильтра информации, поступающей из узлов в сеть, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.

Рисунок 28. Топология “звезда”

В сетях с кольцевой конфигурацией (Рисунок 29.) данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. В такой сети необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае отключения узла не прерывался канал связи между другими компьютерами. Кольцо также представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи — данные, сделав полный оборот, возвращаются к узлу-источнику, что позволяет контролировать процесс доставки данных адресату.

Рисунок 29. Топология “кольцо”

В то время как небольшие сети имеют типовую топологию, для крупных сетей характерно наличие произвольных связей между ПК. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты, имеющие типовую топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией(Рисунок 30.).

Рисунок 30. Смешанная топология

Стандарты кабелей

Кабель — это изделие, состоящее из проводников, слоев экрана и изоляции. В некоторых случаях в состав кабеля входят разъемы, с помощью которых кабели присоединяются к оборудованию. Кроме этого, для обеспечения быстрой перекоммутации кабелей и оборудования используются различные электромеханические устройства, называемые кроссовыми секциями или шкафами.

Кабели на основе неэкранированной витой пары.

Медный неэкранированный кабель UTP (Unshielded Twisted Pair) в зависимости от электрических и механических характеристик разделяется на 5 категорий:

Кабели категории 1 применяются там, где требования к скорости передачи данных минимальны. Обычно это кабель для цифровой или аналоговой передачи голоса и низкоскоростной (до 20 Кбит/с) передачи данных. До 1983 года это был основной тип кабеля для телефонной разводки.

Кабели категории 2 были впервые применены фирмой IBM при построении собственной кабельной системы. Главное требование к кабелям этой категории — способность передавать сигналы со спектром до 1 МГц.

Кабели категории 3 были стандартизованы в 1991 году, когда был разработан стандарт EIA-568, определивший характеристики кабелей в диапазоне до 16 МГц. Он предназначен как для передачи данных, так и для передачи голоса. Шаг скрутки проводов равен примерно 3 витка на фут.

Кабели категории 4 обязаны выдерживать тесты на частоте передачи сигнала 20 МГц и обеспечивать повышенную помехоустойчивость и низкие потери сигнала. На практике используются редко.

Кабели категории 5 были специально разработаны для поддержки высокоскоростных протоколов. Поэтому их характеристики определяются в диапазоне до 100 МГц. (Волновое сопротивление кабеля равно 100 Ом). Сегодня все новые кабельные системы строятся на этом типе кабеля, используя высокоскоростные протоколы: FDDI (с физическим стандартом TP-PMD), Fast Ethernet, 100VG-AnyLAN, а также более скоростные протоколы — АТМ на скорости 155 Мбит/с, и Gigabit Ethernet на скорости 1000 Мбит/с.

Все кабели UTP независимо от их категории выпускаются в 4-парном исполнении. Каждая из четырех пар кабеля имеет определенный цвет и шаг скрутки. Обычно две пары предназначены для передачи данных, а две — для передачи голоса. Для соединения кабелей с оборудованием используются вилки и розетки RJ-45, представляющие собой 8-контактные разъемы.

С недавнего времени выпускают кабели категорий 6 и 7. Для кабеля категории 6 характеристики определяются до частоты 200 МГц, а для кабелей категории 7 — до 600 МГц. Кабели категории 7 обязательно экранируются, причем как каждая пара, так и весь кабель в целом. Кабель категории 6 может быть как экранированным, так и неэкранированным. Стоимость кабельной системы при этом получается соизмеримой по стоимости сети с использованием волоконно-оптического кабеля, характеристики которых выше.

Кабели на основе экранированной витой пары.

Основным стандартом для экранированной витой пары STP (Shielded Twisted Pair) является фирменный стандарт IBM, в котором все кабели делятся на типы: Type1…Type9.

Кабель типа Type1 состоит из 2-х пар скрученных проводов, экранированных проводящей оплеткой, которая заземляется. Его волновое сопротивление равно 150 Ом, поэтому трансиверы должны быть рассчитаны именно на это сопротивление. Поддерживается в сетях Token Ring, 100VG-AnyLAN, а также Fast Ethernet только для передачи данных.

Кабель типа Type2 представляет собой кабель типа Type1с добавленными 2 парами неэкранированного провода для передачи голоса.

Не все типы кабелей стандарта IBM относятся к экранированным кабелям — некоторые определяют характеристики неэкранированного телефонного кабеля (Type3) и оптоволоконного кабеля (Type5).

Коаксиальные кабели. Коаксиальные кабели с волновым сопротивлением 50 Ом описаны в стандарте EIA/TIA-568. Новый стандарт EIA/TIA-568А коаксиальные кабели не описывает, как морально устаревшие.

"Толстый" коаксиальный кабель RG-8 и RG-11 имеет волновое сопротивление 50 Ом и внешний диаметр 0,5 дюйма, внутренний проводник диаметром 2,17 мм обеспечивает хорошие механические и электрические характеристики. Предназначен для сетей Ethernet 10Base-5.

"Тонкий" коаксиальный кабель RG-58/U, RG-58 A/U и RG-58 C/U имеют внутренний проводник диаметром 0,89 мм, что увеличивает его гибкость и упрощает монтаж. Затухание в этом типе кабеля выше, чем в "толстом", поэтому приходится уменьшать длину кабеля для получения одинакового затухания в сегменте. Предназначен для сетей Ethernet 10Base-2.

Телевизионный кабель RG-59 с волновым сопротивлением 75 Ом широко применяется в кабельном телевидении.

Кабель RG-62 с волновым сопротивлением 93 Ома использовался в сетях ArcNet, оборудование для которых теперь не выпускается.

Волоконно-оптические кабели. Они состоят из центрального проводника света (сердцевины) — стеклянного волокна, окруженного другим слоем стекла — оболочкой, обладающей меньшим показателем преломления, чем сердцевина. Распространяясь по сердцевине, лучи света не выходят за ее пределы, отражаясь от покрывающей слой оболочки.

В зависимости от распределения показателя преломления и от величины диаметра сердечника различают (Рисунок 31.):

  •  Многомодовое волокно со ступенчатым изменением показателя преломления,
  •  Многомодовое волокно с плавным изменением показателя преломления,
  •  Одномодовое волокно.

У ступенчатых световодов показатель преломления в сердечнике постоянен, имеется резкий переход от п1 сердцевины к n2 оболочки и лучи зигзагообразно отражаются от границы “ сердечникоболочка”. Градиентные световоды имеют непрерывное плавное изменение показателя преломления в сердцевине по радиусу световода от центра к периферии, в них лучи распространяются по волнообразным траекториям. Показатель преломления сердцевины меняется вдоль радиуса по закону показательной функции.

Одномодовые и многомодовые световоды различаются диаметром сердцевины. У одномодовых диаметр сердцевины соизмерим с длиной волны и по нему передается один тип волны (мода). У многомодовых световодов диаметр сердцевины больше, чем длина волны, и по нему распространяется большее число волн.

В ступенчатых световодах пути следования лучей различны. Лучи приходят к концу линии со сдвигом во времени, что приводит к значительным искажениям передаваемого сигнала. В градиентных световодах лучи распространяются по волнообразным траекториям и искажаются меньше. В одномодовых световодах распространяется только один луч что обусловливает минимум искажений.

Понятие "мода" описывает режим распространения световых лучей во внутреннем сердечнике кабеля. В одномодовом кабеле (Single Mode Fiber, SMF) используется центральный проводник очень малого диаметра, соизмеримого с волной света — от 5 до 10 мкм. При этом практически все лучи света распространяются вдоль оптической оси световода, не отражаясь от внешнего проводника. Полоса пропускания такого кабеля до сотен гигагерц на километр. Технологический процесс его изготовления сложен, что делает его достаточно дорогим. Кроме того, в волокно такого маленького диаметра сложно направить пучок света без потерь энергии.

Рисунок 31. Многомодовый и одномодовый оптические кабели

В многомодовых кабелях (Multi Mode Fiber, MMF) используются более широкие внутренние сердечники, которые легче изготовить технологически. В стандартах определены два наиболее употребительных многомодовых кабеля: 62,5/125 мкм и 50/125 мкм, где 125 - диаметр внешнего проводника. В многомодовых кабелях во внутреннем проводнике одновременно существует несколько световых лучей, отражающихся от внешнего проводника под разными углами. Угол отражения называют модой луча. В многомодовых кабелях с плавным изменением коэффициента преломления режим распространения каждой моды имеет сложный характер.  Многомодовые кабели имеют более узкую полосу пропускания — от 500 до 800 МГц/км. Сужение полосы происходит из-за потерь световой энергии при отражениях, а также из-за интерференции лучей разных мод.

Для передачи информации применяется свет с длиной волны 1550 нм (1,55 мкм), 1300 нм и 850 нм. Именно для этих дискретных длин волн наблюдаются ярко выраженные максимумы передачи мощности сигнала, а для других волн затухание в волокнах существенно выше. Светодиоды могут излучать свет с длиной волны 850 нм и 1300 нм. Первые дешевле, но полоса пропускания кабеля для волн 850 нм уже, вместо 500 МГц/км, только 200. Лазерные излучатели работают на длинах волн 1300 нм и 1550 нм. Быстродействие современных лазеров позволяет модулировать световой поток с частотами 10 ГГц и выше. Лазерные излучатели создают когерентный поток света, за счет чего потери в оптических волокнах становятся меньше, чем при использовании некогерентного потока светодиодов.

Волоконно-оптические кабели присоединяются к оборудованию разъемами MIC, ST и SC. Сама стоимость волоконно-оптических кабелей ненамного выше, чем кабелей на витой паре, однако проведение монтажных работ с ними обходится значительно дороже из-за трудоемкости операций. Так, присоединение оптического волокна к разъему требует проведения высокоточной обрезки волокна в плоскости строго перпендикулярной оси волокна, а также выполнения соединения путем сложной операции склеивания, а не обжатия, как это делается для витой пары. Выполнение же некачественных соединений сразу резко сужает полосу пропускания волоконно-оптических кабелей и линий.


 

А также другие работы, которые могут Вас заинтересовать

69114. Рядки. Поняття рядка та оголошення змінних рядкового типу. Операції над рядками та рядкові вирази. Процедури та функції обробки рядків 79 KB
  Один з різновидів одновимірних масивів — масив символів, або рядок, — посідає особливе місце у багатьох мовах програмування. І це не випадково, адже алгоритми перетворення рядків застосовуються для вирішення вкрай широкого кола задач: редагування та перекладу текстів, алгебричних перетворень формул...
69115. Записи. Запис та його оголошення. Доступ до компонентів та операцій над записами. Масиви записів. Записи з варіантами 100 KB
  Визначальною характеристикою масиву є однорідність, тобто однотипність його елементів. Проте реальний світ насичений неоднорідними структурами даних. Прикладами таких структур можуть стати: календарна дата, що скла-дається з номера дня, номера року та назви місяця...
69116. Множини. Поняття множин та множинного типу даних. Оголошення змінних множинного типу. Операції над множинами 96.5 KB
  Математичне поняття множини широко використовується в задачах, для яких існує ефективне програмне розв’язання. Так, у багатьох комбінаторних задач серед усіх підмножин деякої множини необхідно знайти ті, які задовольняють певну умову. При розв’язанні задач на графах користуються поняттями...
69117. Фізичний і логічний файли. Технологія роботи з файлами. Тинпи файлів і оголошення файлових змінних. Установка відповідності між фізичним і логічним файлами. Системні операції з файлами 141 KB
  Дані, що використовувались у задачах із попередніх розділів, існували протягом одного сеансу роботи певної програми. Такі дані зберігаються в оперативній пам’яті комп’ютера. Проте бльшість програм оперує із даними, що залишаються доступними як після завершення роботи програми, так і після перевантаження...
69118. Буферізація даних. Натипізовані файли 56 KB
  При зчитувані даних із файла зна чення його чергового компонента копіюється в поточний елемент буфера. У відповідь на цей запит операційна система виділяє буфер із буферного пула і в нього зчитується певна кількість блоків даних із фізичного файла.
69119. Динамічні змінні та динамічна пам’ять. Розподіл оперативної пам’яті. Поняття покажчика та його оголошення. Стандартні функції для роботи з адресами 93.5 KB
  Змінні величини, що розглядались у попередніх розділах, були статичними. Статичні змінні характеризуються тим, що їх значення зберігаютъся в ділянках оперативної пам’яті, які визначаються на етапі компіляції программ і не змінюються під час її виконання.
69120. Спискові структури даних. Визначення лінійного списку та його різновидів. Робота зі стеком, з чергою та лінійним списком 111 KB
  Визначення лінійного списку та його різновидів. Визначення лінійного списку та його різновидів 3. Визначення лінійного списку та його різновидів Як приклад розглянемо таку задачу. Кожен компонент списку крім останнього містить покажчик на наступний або на наступний попередній компонент.
69121. Дерева. Основні поняття. Алгоритм роботи з бінарними деревами 80 KB
  Розглянуті у розділі 10.2 списки, стеки та черги палежать до лінійних динамічних структур даних. Визначальною характеристикою лінійних структур є те, що зв’язок між іншими компонентами описується в терминах «попередній-наступний», тобто для кожного компонента лінійної структури...