Под топологией сети понимается описание ее физического расположения, то есть то, как компьютеры соединены в сети друг с другом и с помощью каких устройств входят в физическую топологию.
Существует четыре основных топологии:
– Bus (шина);
– Ring (кольцо);
– Star (звезда);
– Mesh (ячейка).

Шина
Физическая топология шина, именуемая также линейной шиной, состоит из единственного кабеля, к которому присоединены все компьютеры сегмента (рис. 4.1).

Сообщения посылаются по линии всем подключенным станциям вне зависимости от того, кто является получателем. Каждый компьютер проверяет каждый пакет в проводе, чтобы определить получателя пакета. Если пакет предназначен для другой станции, то компьютер отвергает его. Если пакет предназначен данному компьютеру, то он получит и обработает его.

Рисунок 4.1 – Топология «шина»

Главный кабель шины, известный как магистраль, имеет на обоих концах заглушки (терминаторы) для предотвращения отражения сигнала. Обычно в сетях с шинной топологией используется два типа носителя: толстый и тонкий Ethernet.
Недостатки:
– трудно изолировать неполадки станции или другого сетевого компонента;
– неполадки в магистральном кабеле могут привести к выходу из строя всей сети.

Кольцо
Топология Ring (кольцо) используется в основном в сетях Token Ring и FDDI (волоконно-оптических).
В физической топологии «кольцо» линии передачи данных фактически образуют логическое кольцо, к которому подключены все компьютеры сети (рис. 4.2).

Рисунок 4.2 – Топология «кольцо»

Доступ к носителю в кольце осуществляется посредством маркеров (token), которые пускаются по кругу от станции к станции, давая им возможность переслать пакет, если это нужно. Компьютер может посылать данные только тогда, когда владеет маркером.
Так как каждый компьютер при этой топологии является частью кольца, он имеет возможность пересылать любые полученные им пакеты данных, адресованные другой станции.
Недостатки:
– неполадки на одной станции могут привести к отказу всей сети;
– при переконфигурации любой части сети необходимо временно отключать всю сеть.

Звезда
В топологии Star (звезда) все компьютеры в сети соединены друг с другом с помощью центрального концентратора (рис. 4.3).
Все данные, которые посылает станция, направляются прямо на концентратор, который пересылает пакет в направлении получателя.
В этой топологии только один компьютер может посылать данные в конкретный момент времени. При одновременной попытке двух и более компьютеров переслать данные, все они получат отказ и будут вынуждены ждать случайный интервал времени, чтобы повторить попытку.
Эти сети лучше масштабируются, чем другие сети. Неполадки на одной станции не выводят из строя всю сеть. Наличие центрального концентратора облегчает добавление нового компьютера.
Недостатки:
– требует больше кабеля, чем остальные топологии;
– выход из строя концентратора выведет из строя весь сегмент сети.

Рисунок 4.3 – Топология «звезда»

Ячейка
Топология Mesh (ячейка) соединяет все компьютеры попарно (рис. 4.4).

Рисунок 4.4 – Топология «ячейка»

Сети Mesh используют значительно большее количество кабеля, чем другие топологии. Эти сети значительно труднее устанавливать. Но эти сети устойчивы к сбоям (способны работать при наличии повреждений).

Смешанные топологии
На практике существует множество комбинаций главных сетевых топологий. Рассмотрим основные из них.

Star Bus
Смешанная топология Star Bus (звезда на шине) объединяет топологии Шина и Звезда (рис. 4.5).

Star Ring
Топология Star Ring (звезда на кольце) известна также под названием Star-wired Ring, поскольку сам концентратор выполнен как кольцо.
Эта сеть идентична топологии «звезда», но на самом деле концентратор соединен проводами как логическое кольцо.
Также как и в физическом кольце, в этой сети посылаются маркеры для определения порядка передачи данных компьютерами.

Рисунок 4.5 – Топология «звезда на шине»

Hybrid Mesh
Поскольку реализация настоящей топологии Mesh в крупных сетях может быть дорогой, сеть топологии Hybrid Mesh может предоставить некоторые из существенных преимуществ настоящей сети Mesh.
В основном применяется для соединения серверов, хранящих критически важные данные (рис. 4.6).

Рисунок 4.6 – Топология «гибридная ячейка»

4) Cреда передачи - физическая субстанция, по которой происходит передача электрических, электромеханических, оптических, радиосигналов, использующихся для переноса той или иной информации. Среда передачи может быть естественной или искусственной .

Естественные среды

§ Безвоздушное пространство - позволяет распространяться электромагнитному, световому, рентгеновскому и другим видам излученений.

§ Воздушное пространство - в основном используется для передачи радиоволн.

§ Водная поверхность - в ней по большей части распространяются звуковые волны.

§ Твёрдая поверхность - проводит звуковые и сейсмические волны.

Помимо этого звуковые и сейсмические волны хорошо проводятся другими твёрдыми материалами естественного происхождения - камень, дерево, что используется при создании электромеханических устройств приёма-передачи информации.

Топология компьютерных сетей

Одним из важнейших различий между разными типами сетей является их топология.

Под топологией обычно понимают взаимное расположение друг относительно друга узлов сети. К узлам сети в данном случае относятся компьютеры, концентраторы, свитчи, маршрутизаторы, точки доступа и т.п.

Топология – это конфигурация физических связей между узлами сети. Характеристики сети зависят от типа устанавливаемой топологии. В частности, выбор той или иной топологии влияет:

на состав необходимого сетевого оборудования;
на возможности сетевого оборудования;
на возможности расширения сети;
на способ управления сетью.

Различают следующие основные виды топологий: щит, кольцо, звезда, ячеистая топология и решетка. Остальные являются комбинациями основных топологий и называются смешанными или гибридными.

Шина . Сети с шинной топологией используют линейный моноканал (коаксиальный кабель) передачи данных, на концах которого устанавливаются специальные заглушки – терминаторы (terminator). Они необходимы для того,

Рис. 6.1.

чтобы погасить сигнал после прохождения по шине. К недостаткам шинной топологии следует отнести следующее:

данные, передаваемые по кабелю, доступны всем подключенным компьютерам;
в случае повреждения шины вся сеть перестает функционировать.

Кольцо – это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи с двумя другими: от одного он получает информацию, а другому передаст и подразумевает следующий механизм передачи данных: данные передаются последовательно от одного компьютера к другому, пока не достигнут компьютера-получателя. Недостатки топологии "кольцо" те же, что и у топологии "шина":

общедоступность данных;
неустойчивость к повреждениям кабельной системы.

Звезда – это единственная топология сети с явно выделенным центром, называемым сетевым концентратором или "хабом" (hub), к которому подключаются все остальные абоненты. Функциональность сети зависит от состояния этого концентратора. В топологии "звезда" прямые соединения двух компьютеров в сети отсутствуют. Благодаря этому имеется возможность решения проблемы общедоступности данных, а также повышается устойчивость к повреждениям кабельной системы.

Рис. 6.2.

Рис. 6.3. Топология типа "звезда"

– это топология компьютерной сети, в которой каждая рабочая станция сети соединяется с несколькими рабочими станциями этой же сети. Характеризуется высокой отказоустойчивостью, сложностью настройки и переизбыточным расходом кабеля. Каждый компьютер имеет множество возможных путей соединения с другими компьютерами. Обрыв кабеля не приведет к потере соединения между двумя компьютерами.

Рис. 6.4.

Решетка – это топология, в которой узлы образуют регулярную многомерную решетку. При этом каждое ребро решетки параллельно ее оси и соединяет два смежных узла вдоль этой оси. Одномерная решетка – это цепь, соединяющая два внешних узла (имеющие лишь одного соседа) через некоторое количество внутренних (у которых по два соседа – слева и справа). При соединении обоих внешних узлов получается топология "кольцо". Двух- и трехмерные решетки используются в архитектуре суперкомпьютеров.

Сети, основанные па FDDI, используют топологию "двойное кольцо", достигая тем самым высокой надежности и производительности. Многомерная решетка, соединенная циклически в более чем одном измерении, называется "тор".

(рис. 6.5) – топология, преобладающая в крупных сетях с произвольными связями между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произвольно связанные фрагменты (подсети ), имеющие типовою топологию, поэтому их называют сетями со смешанной топологией.

Для подключения большого числа узлов сети применяют сетевые усилители и (или) коммутаторы. Также применяются активные концентраторы – коммутаторы, одновременно обладающие и функциями усилителя. На практике используют два вида активных концентраторов, обеспечивающих подключение 8 или 16 линий.

Рис. 6.5.

Другой тип коммутационного устройства – пассивный концентратор, который позволяет организовать разветвление сети для трех рабочих станций. Малое число присоединяемых узлов означает, что пассивный концентратор не нуждается в усилителе. Такие концентраторы применяются в тех случаях, когда расстояние до рабочей станции не превышает нескольких десятков метров.

По сравнению с шинной или кольцевой смешанная топология обладает большей надежностью. Выход из строя одного из компонентов сети в большинстве случаев не оказывает влияния на общую работоспособность сети.

Рассмотренные выше топологии локальных сетей являются основными, т. е. базовыми. Реальные вычислительные сети строят, основываясь на задачах, которые призвана решить данная локальная сеть, и па структуре ее информационных потоков. Таким образом, на практике топология вычислительных сетей представляет собой синтез традиционных типов топологий.

Основные характеристики современных компьютерных сетей

Качество работы сети характеризуют следующие свойства: производительность, надежность, совместимость, управляемость, защищенность, расширяемость и масштабируемость.

К основным характеристикам производительности сети относятся:

время реакции – характеристика, которая определяется как время между возникновением запроса к какому-либо сетевому сервису и получением ответа на него;
пропускная способность – характеристика, которая отражает объем данных, переданных сетью в единицу времени;
задержка передачи – интервал между моментом поступления пакета на вход какого-либо сетевого устройства и моментом его появления на выходе этого устройства.

Для оценки надежности сетей используются различные характеристики, в том числе:

коэффициент готовности, означающий долю времени, в течение которого система может быть использована;
безопасность, т.е. способность системы защитить данные от несанкционированного доступа;
отказоустойчивость – способность системы работать в условиях отказа некоторых ее элементов.

Расширяемость означает возможность сравнительно легкого добавления отдельных элементов сети (пользователей, компьютеров, приложений, сервисов), наращивания длины сегментов сети и замены существующей аппаратуры более мощной.

Масштабируемость означает, что сеть позволяет наращивать количество узлов и протяженность связей в очень широких пределах, при этом производительность сети не ухудшается.

Прозрачность – свойство сети скрывать от пользователя детали своего внутреннего устройства, упрощая тем самым его работу в сети.

Управляемость сети подразумевает возможность централизованно контролировать состояние основных элементов сети, выявлять и разрешать проблемы, возникающие при работе сети, выполнять анализ производительности и планировать развитие сети.

Совместимость означает, что сеть способна включать в себя самое разнообразное программное и аппаратное обеспечение.

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети один относительно одного и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, в первую очередь, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно спрятана от пользователей не слишком важная, потому что каждый сеанс связи может выполняться по своему собственному пути.
Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, возможные и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети.

Существует три основные топология сети:

1. Сетевая топология шина (bus), при которой все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи и информация от каждого компьютера одновременно передается всем другим компьютерам (рис. 1);

2. Cетевая топология звезда (star), при которой к одному центральному компьютеру присоединяются другие периферийные компьютеры, причем каждый из них использует свою отдельную линию связи (рис. 2);

3. Cетевая топология кольцо (ring), при которой каждый компьютер передает информацию всегда только одному компьютеру, следующему в цепочке, а получает информацию только от предыдущего компьютера в цепочке, и эта цепочка замкнута в «кольцо» (рис. 3).

Рис. 1. Сетевая топология «шина»

Рис. 2. Сетевая топология «звезда»

Рис. 3. Сетевая топология «кольцо»

На практике нередко используют и комбинации базовой топологии, но большинство сетей ориентированные именно на этих три. Рассмотрим теперь коротко особенности перечисленной сетевой топологии.

Топология «шина» (или, как ее еще называют, «общая шина») самой своей структурой допускает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов. При таком соединении компьютеры могут передавать только по очереди, потому что линия связи единственная. В противном случае переданная информация будет искажаться в результате наложения (конфликту, коллизии). Таким образом, в шине реализуется режим полудуплексного (half duplex) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).
В топологии «шина» отсутствует центральный абонент, через которого передается вся информация, которая увеличивает ее надежность (ведь при отказе любого центра перестает функционировать вся управляемая этим центром система). Добавление новых абонентов в шину достаточно простое и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины нужно минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другой топологией. Правда, нужно учесть, что к каждому компьютеру (кроме двух крайних) подходит два кабеля, что не всегда удобно.
Потому что разрешение возможных конфликтов в этом случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента, аппаратура сетевого адаптера при топологии «шина» выходит сложнее, чем при другой топологии. Однако через широкое распространение сетей с топологией «шина» (Ethernet, Arcnet) стоимость сетевого оборудования выходит не слишком высокой.
Шине не страшные отказы отдельных компьютеров, потому что все другие компьютеры сети могут нормально продолжать обмен. Может показаться, что шине не страшный и обрыл кабелю, поскольку в этом случае мы одержимо две полностью работоспособных шины. Однако через особенности распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных устройств – терминаторов, показанных на рис. 1 в виде прямоугольников. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. Так что при разрыве или повреждении кабеля нарушается согласование линии связи, и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть. Любой отказ сетевого оборудования в шине очень трудно локализовать, потому что все адаптеры включены параллельно, и понять, который из них вышел из строя, не так-то просто.
При прохождении по линии связи сети с топологией «шина» информационные сигналы ослабляются и никак не возобновляются, что налагает твердые ограничения на суммарную длину линий связи, кроме того, каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния к передаточному абоненту. Это выдвигает дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования. Для увеличения длины сети с топологией «шина» часто используют несколько сегментов (каждый из которых являет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных обновителей сигналов - репитеров.
Однако такое наращивание длины сети не может длиться бесконечно, потому что существуют еще и ограничения, связанные с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи.

Топология «Звезда» - это топология с явно выделенным центром, к которому подключаются все другие абоненты. Весь обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который таким способом ложится очень большая нагрузка, потому ничем другим, кроме сети, оно заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно больше сложным, чем оборудование периферийных абонентов. О равноправии абонентов в этом случае говорить не придется. Как правило, именно центральный компьютер является самим мощным, и именно на него возлагают все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией «звезда» в принципе невозможные, потому что управление полностью централизовано, конфликтовать нет почему.
Если говорить о стойкости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера никак не отражается на функционировании части сети, которая осталась, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. Поэтому должны приниматься специальные мероприятия по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры. Обрыл любого кабеля или короткое замыкание в нем при топологии «звезда» нарушает обмен только с одним компьютером, а все другие компьютеры могут нормально продолжать работу.
На склонение от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента: центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи, каждая из которых передает информацию только в одном направлении. Таким образом, на каждой линии связи есть только один приемник и один передатчик. Все это существенно упрощает сетевое установление в сравнении с шиной и спасает от необходимости применение дополнительных внешних терминаторов. Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в «звезде» проще, чем в «шине», ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня. Серьезный недостаток топологии «звезда» складывается в жестком ограничении количества абонентов. Обычно центральный абонент может обслуживать не больше 8-16 периферийных абонентов. Если в этих пределах подключения новых абонентов достаточно просто, то при их превышении оно просто невозможно. Правда, иногда в звезде предусматривается возможность наращивания, то есть подключение вместо одного из периферийных абонентов еще одного центрального абонента (в итоге выходит топология из нескольких соединенных между собой звезд).
Звезда, показанная на рис. 2, зовется активной, или настоящей звезды. Существует также топология, которая называется пассивной звездой, что только внешне похожая на звезду (рис. 4). В это время она распространена намного больше, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в самой популярной на сегодняшний день сети Ethernet.

Рис. 4. Топология «пассивная звезда»

В центре сети с данной топологией содержится не компьютер, а концентратор, или хаб (hub), что выполняет ту же функцию, что и репитер. Он возобновляет сигналы, которые поступают, и пересылает их в другие линии связи. Хотя схема прокладки кабелей подобна настоящей или активной звезде, фактически мы имеем дело с шинной топологией, потому что информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем другим компьютерам, а центрального абонента не существует. Естественно, пассивная звезда выходит дороже обычной шины, потому что в этом случае обязательно нужно еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет настоящую звезду, которая считается малоперспективной топологией.
Можно выделить также промежуточный тип топологии между активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только ретранслирует сигналы, но и делает управление обменом, однако сам в обмене не принимает участие.
Большое преимущество звезды (как активной, так и пассивной) заключается в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности сети путем простого отключения от центра тех или других абонентов (что невозможно, например, в случае шины), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важному для сети точкам подключения. К каждому периферийному абоненту в случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два кабеля (каждый из них передает в одном направлении), причем вторая ситуация встречается чаще. Общим недостатком для всей топологии типа «звезда» значительно больше, чем при другой топологии, затрата кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как на рис. 1), то при выборе топологии «звезда» понадобится в несколько раз больше кабеля, чем при топологии «шина». Это может существенно повлиять на стоимость всей сети в целом.

Топология «Кольцо» – это топология, в которой каждый компьютер соединен линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передает. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов. Важна особенность кольца заключается в том, что каждый компьютер ретранслирует (возобновляет) сигнал, то есть выступает в роли репитера, потому затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Четко выделенного центра в этом случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако достаточно часто в кильке выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надежность сети, потому что выход его из строя сразу же парализует весь обмен.
Строго говоря, компьютеры в кильке не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Одни из них обязательно получают информацию от компьютера, который ведет передачу в этот момент, раньше, а другие – позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на «кольцо». В этих методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захвата сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру.
Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совсем безболезненно, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае топологии «шина», максимальное количество абонентов в кильке может быть достаточно большая (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно является самой стойкой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самими большими потоками переданной по сети информации, потому что в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды).
Потому что сигнал в кильке проходит через все компьютеры сети, выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого встановление) нарушает роботу всей сети в целом. Точно так же любой обрыв или короткое замыкание в каждом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной. Кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, потому в этой топологии обычно предусматривают прокладку двух (или больше) параллельных линий связи, одна из которых находится в резерве.
В то же время большое преимущество кольца заключается в том, что ретрансляция сигналов каждым абонентом позволяет существенно увеличить размеры всей сети в целом (временами до нескольких десятков километров). Кольцо относительно этого существенно превосходит любую другую топологию.

Недостатком кольца (в сравнении со звездой) можно считать то, что к каждому компьютеру сети необходимо подвести два кабеля.

Иногда топология «кольцо» выполняется на основе двух кольцевых линий связи, которые передают информацию в противоположных направлениях. Цель подобного решения – увеличение (в идеале вдвое) скорости передачи информации. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).
Кроме трех рассмотренной основной, базовой топологии нередко применяется также сетевая топология «дерево» (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд. Как и в случае звезды, дерево может быть активным, или настоящим (рис. 5), и пассивным (рис. 6). При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном - концентраторы (хабы).

Рис. 5. Топология «активное дерево»

Рис. 6. Топология «пассивное дерево». К - концентраторы

Применяется достаточно часто и комбинированная топология, например звездно шинная, звездно кольцевая.

Многозначительность понятия топологии.

Топология сети определяет не только физическое расположение компьютеров, но, что намного более важное, характер связей между ними, особенности распространения сигналов по сети. Именно характер связей определяет степень отказостойкости сети, необходимую сложность сетевой аппаратуры, наиболее подходящий метод управления обменом, возможны типы сред передачи (каналов связи), допустимый размер сети (длина линий связи и количество абонентов), необходимость электрического согласования, и много чего другого.
Когда в литературе вспоминается о топологии сети, то могут иметь в виду четыре совсем разных понятия, которые относятся к разным уровням сетевой архитектуры:

1. Физическая топология (то есть схема расположения компьютеров и прокладки кабелей). В этом содержании, например, пассивная звезда ничем не отличается от активной звезды, потому ее нередко называют просто «звездой».

2. Логическая топология (то есть структура связей, характер распространения сигналов по сети). Это, наверно, наиболее правильное определение топологии.

3. Топология управления обменом (то есть принцип и последовательность передачи права на восторг сети между отдельными компьютерами).

4. Информационная топология (то есть направление потоков информации, переданной по сети).

Например, сеть с физической и логической топологией «шина» может как метод управления использовать эстафетную передачу права захвата сети (то есть быть в этом содержании кольцом) и одновременно передавать всю информацию через один выделен компьютер (быть в этом содержании звездой).

Теоретические

Понятие топологии сети. Виды топологий сети.

Топология сети - способ соединения компьютеров в сеть.

Виды топологии сети:

1. Топология шина (предполагает использование одного кабеля, к которому подсоединены все рабочие станции. Общий кабель используется всеми станциями по очереди. Все сообщения, посылаемые отдельными рабочими станциями, принимаются и прослушиваются всеми остальными компьютерами, подключенными к сети. Из этого потока каждая рабочая станция отбирает адресованные только ей сообщения.

2. Кольцо – это топология локальной сети, в которой рабочие станции подключены последовательно друг к другу, образуя замкнутое кольцо. Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кругу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК, т.е. данные передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. простота установки;

3. Звезда – это топология локальной сети, где каждая рабочая станция присоединена к центральному устройству (коммутатору или маршрутизатору). Центральное устройство управляет движением пакетов в сети. Каждый компьютер через сетевую карту подключается к коммутатору отдельным кабелем.При необходимости можно объединить вместе несколько сетей с топологией “звезда” – в результате вы получите конфигурацию сети с древовидной топологией. Древовидная топология распространена в крупных компаниях. Мы не будем ее подробно рассматривать в данной статье.

Технология клиент – сервер. Сетевой сервер. Файловый сервер.

Технология клиент-сервер - это особый способ взаимодействия компьютеров в локальной сети, когда один из компьютеров (сервер) предоставляет свои ресурсы другому компьютеру (клиенту). Согласно этим различают одноранговые и серверные сети.
В одноранговых сетях нет выделенных серверов, каждый компьютер может выполнять функции и клиента, и сервера. Компьютер, который в настоящее время выполняет функции сервера, выделяет часть своих ресурсов в общее пользование всем остальным компьютерам сети. Обычно, одноранговые сети создаются на базе компьютеров с одинаковыми параметрами. Одноранговые сети являются достаточно простыми в настройке и эксплуатации. Поэтому в случае, когда сеть состоит из небольшого количества компьютеров и ее основной функцией является обмен информацией между абонентскими системами, предпочтение отдают одноранговой архитектуре.

В сети с выделенным сервером четкое разделение функций между компьютерами: одни из них постоянно являются клиентами, а другие - серверами. Учитывая разнообразие сервисов, предоставляющих компьютерные сети, существует несколько типов серверов: сетевой, файловый, почтовый, сервер печати и т.д…
Сетевой сервер - это специализированный компьютер, ориентированный на выполнение основного объема вычислительных работ и функций по управлению компьютерной сетью. Этот сервер содержит ядро сетевой операционной системы, под управлением которой осуществляется работа всей локальной сети. Сетевой сервер имеет достаточно высокое быстродействие и большой объем памяти. При такой организации сети функции абонентской системы сводятся к ввода- вывода информации и обмена ею с сетевым сервером.
Файловым сервером называется компьютер, основной функцией которого является сохранение массивов данных, больших по объему, и организация эффективного доступа к ним. Он не обрабатывает и не вносит изменений в файлы, которые он хранит и передает. Сервер вообще может « не знать », содержащий файл: текстовый документ, графическое изображение или электронную таблицу. Всего на файловом сервере даже может не быть клавиатуры и монитора. Все изменения в файлах данных осуществляются с клиентских абонентских систем. Для этого клиенты считывают файлы данных с файлового сервера, вносят в данные необходимые изменения и возвращают файлы данных на файловый сервер. Такая организация является эффективной при работе большого количества пользователей с общей базой данных. В больших сетях может одновременно использоваться несколько файловых серверов.
3. Коммуникационная сеть . Понятие. Назначение.

Коммуникационной сетью называется сеть, основной задачей которой является передача данных. Коммуникационная сеть, именуемая также сетью передачи данных, является ядром информационной сети, обеспечивающим передачу и некоторые виды обработки данных. На базе одной коммуникационной сети можно создать несколько информационных сетей. Задачей коммуникационной сети является доставка адресатам блоков данных, которые при этом не должны терять своей целостности, доставляться без ошибок и искажения. Важными в сети являются также операции по предотвращению больших очередей и переполнения буферов систем, Коммуникационные сети делятся на три класса: сети с маршрутизацией данных, сети с селекцией данных и смешанные сети.

Наряду с сетями, каждая из которых функционирует в соответствии с принятым протоколом, появились многопротокольные сети. Их создание требует больших капиталовложений. Однако затраченные средства быстро окупаются гибкостью работы этих сетей. Высокопроизводительные коммуникационные сети стали именоваться базовыми сетями. Примером такой сети является сеть TWBNET. Высокие скорости обеспечивают сети ретрансляции кадров

4.Аналоговая сеть. Понятие. Назначение.

Аналоговая сеть - коммуникационная сеть, передающая и обрабатывающая аналоговые сигналы. Необходимость передачи звука, речи и изображений привела к созданию аналоговых сетей, в которых носителем данных является аналоговый сигнал. Для передачи речи были созданы телефонные сети.

Как и любая сеть с маршрутизацией данных, телефонная состоит из узлов коммутации, именуемых Автоматическими телефонными станциями (АТС). АТС обеспечивают коммутацию каналов, а в качестве абонентских систем, в первую очередь, используются телефонные аппараты. Чаще всего, телефонная сеть опирается на кабельную сеть. Вместе с этим, используются и телефонные радиосети. Первоначально телефонная сеть, обеспечивая телекоммуникации, передавала аналоговые сигналы и поэтому была аналоговой сетью. Это было связано с тем, что акустический сигнал имеет непрерывную форму. Соответственно речи Человека частотный диапазон в аналоговой телефонной сети был выбран от 300 до 3400 Гц. Это позволяет передавать понятную речь и даже узнавать говорящего.

В настоящее время телефонная сеть быстро переходит на дискретные сигналы. Это дает возможность использовать многопрофильные коммуникационные сети, строить работу телефонных станций на базе микропроцессоров, расширять виды предоставляемых сетевых служб, повышать качество передачи информации. Дискретная телефонная сеть надежна в работе и обеспечивает высокую помехоустойчивость связи.

Виды коммуникационных сетей

Выделяюттри вида коммуникационных сетей:открытые, замкнутые и комбинированные.

В открытых сетях движение информации может быть остановлено, потому что оно попадает к элементу структуры управления, находящемуся в конце канала, оно может также наткнуться на «посредника» или «контролера» (промежуточное звено в сети коммуникации), который по каким-то причинам этому движению препятствует и которого нельзя минуть (Сеть типа «Змея», «Звезда», «Шпора», «Тент», «Палатка»).

В замкнутых сетях тупики и контролеры либо отсутствуют, либо могут быть обойдены. (Сеть типа «Дом», «Круг», «Колесо»).

Комбинированные сети сочетают в себе оба принципа построения и присущи больше крупным многоуровневым организациям.

Наиболее простой вид открытой коммуникационной сети - сеть типа «Змея». Элементы структуры управления, которые она соединяет, находятся в тупиках, а элемент находящийся о середине выполняет роль не только посредника коммуникаций, но может контролировать их. Такая сеть соединяет работников одного уровня управления, имея чаще всего неформальный характер, или является элементом более сложной сети.

Устройства передачи данных

Для подключения компьютеров к среде передачи используются специализированные устройства. Основными функциями этих устройств является физическое кодирование и декодирование данных, а также синхронизация приема и передачи. Наряду с этим современные устройства могут решать задачи логической организации передачи, относящиеся к канальному уровню модели OSI . Наиболее известными в настоящее время устройствами являются модемы и сетевые адаптеры .

Модем (МОдулятор/ДЕМодулятор, Modem) представляет собой устройство, осуществляющее физическое кодирование данных методом модуляции. Существуют различные типы модемов для подключения к сетям по разным физическим каналам, как правило, не предназначенным для построения компьютерных сетей. Так, для подключения по телефонным линиям используются телефонные модемы (или - просто модемы, поскольку исторически под этим термином понималось устройство для подключения по телефонным линиям), для подключения по кабельным каналам - кабельные модемы, для подключения по радиоканалам - радиомодемы. Технические характеристики используемого канала накладывают ограничения на правила формирования сигналов (модуляции).

Обычно модемы используются для взаимодействия в сетях типа "точка-точка". В таких сетях не требуется сложной логической организации передачи, поскольку нет необходимости упорядочивать взаимодействие нескольких пар абонентов. К числу дополнительных функций, связанных с организацией передачи, можно отнести сжатие передаваемых данных и обнаружение и исправление ошибок с целью повышения эффективности и надежности передачи по низкокачественным каналам, например, телефонных (подробнее см. раздел "Канальный уровень").

Сетевой адаптер (сетевая плата, плата сетевого интерфейса, Network Interface Card) - это устройство, которое предназначено для подключения компьютера к высококачественным физическим каналам компьютерных сетей. Поэтому для физического кодирования передаваемых данных используются различные типы цифрового кодирования.

Поскольку компьютерные сети могут иметь сложные топологии? и в них одновременно могут осуществлять взаимодействие несколько пар абонентов, то требуется решать достаточно сложные задачи по упорядочиванию этого взаимодействия. Поэтому сетевые адаптеры реализуют также определенное число логических функций организации взаимодействия, например, адресации абонентов и упорядочивания одновременного доступа нескольких к общей физической линии и т.д. (подробнее см. раздел "Канальный уровень").

Протоколы TCP, ICMP, UDP

TCP (Transmission Control Protocol) осуществляет обмен данными между двумя компьютерами с предварительно установленной логической связью. Он постоянно используется в Интернете, поскольку надежность соединения и универсальность в этом случае играют очень большую роль. Кроме того, TCP обеспечивает надежность доставки сообщений, принимая подтверждение доставки каждой его порции путем подтверждающих пакетов, каждый раз присылаемых в ответ на полученное сообщение. При этом в самом начале устанавливается логическая связь между компьютером-отправителем и компьютером-получателем, что уже гарантирует доставку пакетов.

ICMP (Internet Control Message Protocol) контролирует протокол IP, отслеживает любые изменения, влияющие на процесс маршрутизации. При возникновении каких-либо ошибок об этом узнают и отправитель, и получатель. При этом в сообщении указывается причина сбоя.

UDP (User Datagram Protocol) – при использовании этого протокола не нужно иметь установленное логическое соединение двух компьютеров. Когда передаются данные другому компьютеру, предполагается, что он где-то есть, то есть подключен к сети. В этом случае нет никакой гарантии, что обмен данными произойдет. При этом к отсылаемому пакету просто добавляется IP-адрес машины, которой нужно отослать сообщение. Если сообщение принято, присылается подтверждение об этом, иначе отсылка данных повторяется через некоторый промежуток времени.

Классы IP-адресов

Существует 5 классов IP-адресов – A, B, C, D, E. Принадлежность IP-адреса к тому или иному классу определяется значением первого октета (W).

IP-адреса первых трех классов предназначены для адресации отдельных узлов и отдельных сетей. Такие адреса состоят из двух частей – номера сети и номера узла.

Компьютеры, входящие в одну и ту же сеть должны иметь IP-адреса с одинаковым номером сети.

Маска сети - это битовая маска, которая в результате применения побитовой конъюнкции (логической операции И) к IP-адресу узла позволяет указать, какая часть этого IP-адреса относится к адресу сети, а какая - к адресу самого узла в этой сети, и определяет максимально возможное количество узлов в этом сетевом пространстве (фактически указывает размер сети).

Виды беспроводных сетей

Wi-Fi (Wireless Fidelity ) - это промышленное название технологии беспроводного обмена данными, относящееся к группе стандартов организации беспроводных сетей IEEE 802.11 или просто 802.11. Сегодня термин Wi-Fi в равной степени относится к любому из стандартов 802.11b, 802.11a, 802.11g и 802.11n.

Радиус действия со штатными антеннами можно примерно оценить в 150м на открытой местности и 50м в помещении.

GPRS (General Packet Radio Service - пакетная радиосвязь общего назначения) - сервис, не связанный с передачей речи, который обеспечивает передачу пакетов протокола IP в существующих мобильных телефонных сетях, обеспечивая доступ к интернету с мобильных телефонов.

IrDA (Infrared Data Association) - технология для беспроводного соединения компьютеров и внешних устройств. Принцип этой технологии в том, что она преобразует информацию в инфракрасное излучение и передает ее от одного компонента устройства к другому.

Bluetooth - производственная спецификация Wireless Personal Area Network - WPAN (беспроводных персональных сетей). Bluetooth обеспечивает обмен информацией между такими устройствами как персональные компьютеры, мобильные телефоны, принтеры, цифровые фотоаппараты, мышки, клавиатуры, наушники, гарнитуры на сверхвысокой радиочастоте 2.4 ГГц для ближней связи. Bluetooth позволяет этим устройствам сообщаться, когда они находятся в радиусе до 100 метров друг от друга (дальность сильно зависит от преград и помех), даже в разных помещениях.

12. Аппаратура линий связи

Аппаратура передачи данных , в компьютерных сетях непосредственно присоединяет компьютеры или локальные сети пользователя к линии связи и является. таким образом, пограничным оборудованием. Примерами DCE являются модемы, терминальные адаптеры сетей ISDN, устройства подключения к цифровым каналам. Обычно DCE работает на физическом уровне, отвечая за передачу информации в физическую среду (в линию) и прием из нее сигналов нужной формы и мощности.

Аппаратура пользователя линии связи, вырабатывающая данные для передачи по линии связи и подключаемая непосредственно к аппаратуре передачи данных, носит обобщенное название оконечное оборудование данных , или ООД (Data Terminal Equipment, DTE). Примером DTE могут служить компьютеры, коммутаторы или маршрутизаторы.

Промежуточная аппаратура обычно используется на линиях связи большой протяженности. Она решает две основные задачи:

улучшение качества сигнала;
создание постоянного составного канала связи между двумя абонентами сети.

В локальных сетях промежуточная аппаратура может совсем не использоваться. А вот в глобальных сетях необходимо обеспечить качественную передачу сигналов на расстояние в сотни и тысячи километров. Поэтому без усилителей (повышающих мощность сигналов) и регенераторов (наряду с повышением мощности восстанавливающих форму импульсных сигналов, исказившихся при передаче на большое расстояние), установленных через определенное расстояние, построить территориальную линию невозможно. В глобальной сети необходима также и промежуточная аппаратура другого рода - мультиплексоры, демультиплексоры и коммутаторы.

Промежуточная аппаратура канала связи прозрачна для пользователя, он ее не замечает и не учитывает в своей работе.

13. Плата сетевого адаптера. Понятие. Назначение.

Плата сетевого адаптера выступает в качестве физического интерфейса или соединения между компьютером и сетевым кабелем. Платы вставляются в слоты расширения системной шины всех сетевых компьютеров и серверов. Назначение платы сетевого адаптера:

подготовка данных, поступающих от компьютера, к передаче по сетевому кабелю;
передача (или прием) данных другому компьютеру;
управление потоком данных между компьютером и кабельной системой.

Подготовка данных. Плата сетевого адаптера принимает циркулирующие по системной шине параллельные данные, организует их для последовательной (побитовой) передачи. Этот процесс завершается переводом цифровых данных компьютера в электрические или оптические сигналы, которые и передаются по сетевым кабелям. Отвечает за это преобразование трансивер.
Сетевой адрес. Помимо преобразования данных плата СА должна указать свой адрес, чтобы ее можно было отличить от других плат. За каждым производителем СА закреплен стандартом IEEE некоторый интервал адресов. Производители "прошивают" эти адреса в микросхеме плат. Благодаря этому, каждый СА и, следовательно, каждый сетевой компьютер имеет уникальный адрес в сети. При передаче данные из памяти компьютера через системную шину поступают в СА. Обычно они поступают быстрее, чем их способна передать плата СА, поэтому она должна иметь буфер для их временного хранения. Это позволяет согласовать скорости передачи по шине без потерь производительности и искажения данных.
Передача и управление данными. Перед посылкой данных по сети плата СА проводит "электронный диалог" с принимающим СА, во время которого они "оговаривают":

максимальный размер блока передаваемых данных;
объем данных, передаваемый без подтверждения о получении;
интервалы между передачами блоков;
объем данных, который может принять СА, не переполняясь;
скорость передачи данных.

14. Сетевые устройства и средства коммуникаций

Для соединения устройств в сети используется специальное оборудование:

1. Сетевая карта - это устройство, устанавливаемое в компьютер и предоставляющее ему возможность взаимодействия с сетью. В настоящее время выпускается большое количество разнообразных сетевых карт.

Для соединения сетевой карты и среды передачи данных применяются разъемы, зависящие от используемой среды передачи данных. Например, для тонкого коаксиального кабеля используются разъемы BNC, для витой пары пятой категории - разъемы RJ-45.

2.Коннекторы представляют собой разъемы, состоящие из двух частей - вилки и розетки, предназначенные для соединения отрезков кабеля или подсоединения кабеля к какому-либо устройству. Существующие типы коннекторов:

3. Трансивер - это специальное устройство, используемое для подключения PC к локальной компьютерной сети Ethernet , создаваемой на толстом кабеле . Такая сеть обладает гораздо лучшей защитой от электромагнитного излучения, чем сеть на тонком кабеле, и может иметь длину до 2,5 км (при использовании дополнительных устройств).

4. Хаб (Концентратор) является центральным устройством сети на витой паре, от него зависит ее работоспособность. Его необходимо подключать к сети электропитания и располагать в легкодоступном месте, чтобы можно было без проблем подключать кабели и следить за индикацией. Концентраторы выпускаются на разное количество портов, чаще всего на 8, 12, 16, 24.

5. Коммутатор (фактически переключающий концентратор) - по схеме включения устройство, аналогичное концентратору, но имеет некоторые существенные отличия:

· между любыми двумя станциями в сети нет ограничения четырьмя устройствами;

· управляемый коммутатор может использоваться в закольцованной сети;

· в управляемом коммутаторе можно управлять каждым портом в отдельности (ограничение пропускной способности, запрещение коммутации отдельных портов и пользователей);

6. Репитеры - это устройства, используемые для "удлинения" локальных компьютерных сетей.

Определить физический (MAC) адрес адаптера

Для этого в Windows XP (или Windows 7) выполните команду Пуск-Все программы-Стандартные-Командная строка и введите команду ipconfig/all.

Интерфейс программы Netemul

Интерфейс состоит из:

 Главного меню программы;

 Панели устройств (на рисунке панель отмечена цифрой 1);

 Панели параметров (на рисунке панель отмечена цифрой 2)

 Сцены – рабочей области программы.

Главное меню программы NetEmul служит для настройки работы самой программы. Главное меню состоит из пунктов: Файл, Правка, Вид, Объект, Сервис, Скрипты, Помощь .

 С помощью пункта Файл можно создать новый проект, сохранить или загрузить его, а также запустить предпросмотр получившейся модели сети и распечатать ее;

 Пункт Правка служит для отмены или возврата действия пользователя.

 Пункт Вид используется для включения или отключения панелей программы;

 Пункт Объект полностью копирует функции контекстного меню, которое вызывается по нажатию правой кнопки мыши. Важно отметить, что данный пункт становится активным лишь после того, как будет выделен какой-либо из объектов на сцене;

 Пункт Сервис позволяет просмотреть общую статистику для всей сети, в которой указывается количество каждого из устройств и общий трафик;

 Пункт Помощь содержит сведения об авторах и краткую справку по использованию программы NetEmul.

С помощью программы NetEmul необходимо построить одноранговую локальную сеть, добавив на рабочую область два компьютера и один концентратор. Задайте имя устройству «Концентратор» с помощью заметок. Проверить работоспособность сети.

На панели устройств выберите объект «Компьютер», и щелкните левой кнопкой мыши на свободные клетки поля, чтобы добавить устройства;

Таким же образом добавьте на рабочую область устройство «Концентратор».

Для присвоения компьютерам IP-адресов:

 Выделите компьютер, щелкнув на него левой кнопкой мыши;

 В появившемся окне в строке «IP-Адрес» введите IP-адрес 192.168.0.1 и нажмите кнопку «ОК»;

 Таким же образом присвойте IP-адрес 192.168.0.2 второму компьютеру.

Для соединения устройств:

 Наведите курсор мыши на устройство «Концентратор», и зажав левую кнопку мыши проведите линию до первого компьютера, после чего отпустите левую кнопку мыши;

 В появившемся диалоговом окне настроек интерфейсов выберите в левой колонке пункт «LAN1», а во второй «eth0», и нажмите кнопку «Соединить»;

 Таким же образом соедините концентратор со вторым компьютером, выбрав в диалоговом окне настроек интерфейсов в левой колонке пункт «LAN2».

Для того, чтобы задать собственное имя устройству:

 Нажмите левую кнопку мыши над концентратором на рабочей области;

 В появившемся поле желтого цвета задайте имя «Концентратор»;

Для проверки работоспособности сети:

 Наведите курсор мыши на первый компьютер и нажмите левую кнопку;

 В появившемся диалоговом окне «Отправка» выберите TCP протокол для передачи данных и установите необходимый объем для передачи, после чего нажмите кнопку «Далее»;

В случае верной настройки сети, по линиям, которые соединяют устройства, начнется передача данных, которые представлены в программе в виде точек.

С помощью программы NetEmul необходимо построить локальную сеть, которая разделена на три виртуальных подсети. (Приложение Ф)Проверить работоспособность сети.

Д ля добавления устройств на рабочую область:

 На панели устройств выберите объект «Компьютер», и щелкните левой кнопкой мыши на свободные клетки поля, чтобы добавить устройства;

 Таким же образом добавьте на рабочую область устройства «Коммутатор» и «Маршрутизатор»;

 Разместите устройства так, чтобы по центру рабочей области находился маршрутизатор, слева, справа и снизу от него располагались коммутаторы, а рядом с каждым коммутатором находилось по 2 компьютера.

2. Для того, чтобы задать собственное имя подсетям:

 На панели инструментов выберите объект «Текстовая надпись»;

 Нажмите левую кнопку мыши над коммутатором слева на рабочей области;

 В появившемся поле желтого цвета задайте имя «LAN1»;

 Таким же образом задайте имя «LAN2» для второй подсети (справа) и для третьей подсети (внизу).

3. Для организации подсетей:

 Организация первой подсети

a. Выделите первый компьютер в подсети LAN1, щелкнув на него левой кнопкой мыши;

c. В появившемся окне в строке «IP-Адрес» введите IP-адрес 110.110.110.2 и нажмите кнопку «ОК»;

d. Таким же образом присвойте IP-адрес 110.110.110.3 второму компьютеру в подсети LAN1;

 Организация второй подсети

a. Выделите первый компьютер в подсети LAN2, щелкнув на него левой кнопкой мыши;

b. На панели параметров выберите пункт «Редактировать интерфейсы»;

c. В появившемся окне в строке «IP-Адрес» введите IP-адрес 120.120.120.2 и нажмите кнопку «ОК»;

d. Таким же образом присвойте IP-адрес 110.110.110.3 второму компьютеру в подсети LAN2;

 Организация третьей подсети

a. Выделите первый компьютер в подсети LAN3, щелкнув на него левой кнопкой мыши;

b. На панели параметров выберите пункт «Редактировать интерфейсы»;

c. В появившемся окне в строке «IP-Адрес» введите IP-адрес 130.130.130.2 и нажмите кнопку «ОК»;

d. Таким же образом присвойте IP-адрес 130.130.130.3 второму компьютеру в подсети LAN1;

4. Для соединения устройств:

 На панели инструментов выберите объект «Кабель»;

 Наведите курсор мыши на устройство «Коммутатор» из подсети LAN1, и зажав левую кнопку мыши проведите линию до первого компьютера из подсети LAN1, после чего отпустите левую кнопку мыши;

 Таким же образом соедините все компьютеры подсетей LAN2 и LAN3 с соответствующими коммутаторами;

 После соединения компьютеров с коммутаторами, соедините маршрутизатор с коммутаторами из всех трех подсетей.

5. Для настройки маршрутизатора:

 Выделите первый маршрутизатор, щелкнув на него левой кнопкой мыши;

 На панели параметров выберите пункт «Редактировать интерфейсы»;

 В появившемся окне в «Интерфейс» перейдите на вкладку LAN1 и в строке «IP-адрес» введите 110.110.110.1;

 Перейдите на вкладку LAN2 и таким же образом задайте IP-адрес 120.120.120.1;

 Перейдите на вкладку LAN3 и таким же образом задайте IP-адрес 130.130.130.1;

 Нажмите кнопку «ОК» для закрытия окна и сохранения изменений.

 Выделите маршрутизатор, щелкнув на него правой кнопкой мыши, и в контекстном меню выберите пункт «Свойства»;

 Поставьте флажок напротив пункта «Включить маршрутизацию», и нажмите кнопку «ОК» для сохранения изменений.

6. Для проверки работоспособности сети:

 На панели устройств выберите объект «Отправить данные»;

13. С помощью программы NetEmul необходимо построить локальную сеть по образцу (Приложение Х).Разбить сеть на 2 подсети: 192.168.1.0-192.168.1.127 (слева) и 192.168.1.128-192.168.1.255 (справа) с маской 255.255.255.128.Проверить работоспособность сети.

Добавить на рабочую область маршрутизатор, 2 коммутатора, 8 компьютеров. Соеденить их с помощью линий. Для настройки ip-адреса интерфейса ПК из меню правой кнопки мыши открываем окно Интерфейсы и для левой (первой), подсети выставляем ip-адреса от 192.168.1.1 до 192.168.1.5 и маску подсети 255.255.255.128. Затем для правой (второй) подсети выставляем ip-адреса от 192.168.1.129 до 192.168.1.133 и маску подсети 255.255.255.128. После нажатия на кнопку "ОК" или "Применить", мы можем наблюдать, как индикатор поменял цвет с желтого на зеленый и от нашего устройства, которому сейчас дали адрес, побежал кадр Arp-протокола. Это нужно для того, чтобы выявить, нет ли в нашей сети повторения адресов. В поле "Описание" необходимо имя каждому компьютеру. Оно в дальнейшем будет всплывать в подсказке при наведении мыши на устройство, а также при открытии журнала для устройства заголовок будет содержать именно это описание.

Настройка маршрутизатора

14. С помощью программы NetEmul необходимо построить локальную сеть по образцу (Приложение Ц).Разбить сеть на 2 подсети: 192.168.1.0-192.168.1.127 (слева) и 192.168.1.128-192.168.1.255 (справа) с маской 255.255.255.128.Проверить работоспособность сети.

Настройка компьютеров

Добавить на рабочую область хаб, коммутатор, роутер, 8 компьютеров, соеденить их с помощью линий.

Для настройки ip-адреса интерфейса ПК из меню правой кнопки мыши открываем окно Интерфейсы и для левой (первой), подсети выставляем ip-адреса от 192.168.1.1 до 192.168.1.5 и маску подсети 255.255.255.128. Затем для правой (второй) подсети выставляем ip-адреса от 192.168.1.129 до 192.168.1.133 и маску подсети 255.255.255.128. После нажатия на кнопку "ОК" или "Применить", мы можем наблюдать, как индикатор поменял цвет с желтого на зеленый и от нашего устройства, которому сейчас дали адрес, побежал кадр Arp-протокола. Это нужно для того, чтобы выявить, нет ли в нашей сети повторения адресов. В поле "Описание" необходимо имя каждому компьютеру. Оно в дальнейшем будет всплывать в подсказке при наведении мыши на устройство, а также при открытии журнала для устройства заголовок будет содержать именно это описание.

Настройка маршрутизатора

Пока послать сообщения из одной такой подсети в другую мы не можем. Необходимо дать IP адреса каждому интерфейсу маршрутизатора, а на конечных узлах установить шлюзы по умолчанию. В подсети левее маршрутизатора у всех узлов должен быть шлюз 192.168.1.126, правее - 192.168.1.254

Для проверки работоспособности сети необходимо нажать на значок

При наведении мыши на рабочую область вы увидите оранжевый кружок, это значит, что надо указать от какого компьютера данные будут отправлены. Необходимо отправить данные с компьютера одной подсети на компьютер другой подсети.

Маршрутизаторы

Маршрутизаторы используется для поиска оптимального маршрута передачи данных на основании специальных алгоритмов маршрутизации, например выбор маршрута (пути) с наименьшим числом транзитных узлов.

Работают на сетевом уровне модели OSI.

Коммутаторы

Коммутаторы - это устройства, работающие на канальном уровне модели OSI и предназначенные для объединения нескольких узлов в пределах одного или нескольких сегментах сети. Передаёт пакеты коммутатор на основании внутренней таблицы - таблицы коммутации, следовательно трафик идёт только на тот MAC-адрес, которому он предназначается, а не повторяется на всех портах (как на концентраторе).

Концентраторы

Концентратор повторяет пакет, принятый на одном порту на всех остальных портах.

Беспроводные устройства

Беспроводные технологии Wi-Fi и сети на их основе. Включает в себя точки доступа.

Линии связи

С помощью этих компонентов создаются соединения узлов в единую схему.

Packet Tracer поддерживает широкий диапазон сетевых соединений.

В программе Cicso Packet Tracer построить схему сети по образцу (Приложение И). Проверить работу сети.

В программе Cicso Packet Tracer построить схему сети по образцу (Приложение К). Проверить работу сети.

Запустить программу Cicso Packet Tracer. Добавить на рабочую область элементы согласно образцу. Соединить элементы с помощью линий. Присвоить компьютерам ip – адрес и маску сети, для этого необходимо кликнуть на компьютер – перейти на вкладку – config – FastEthernet. В поле IP Address ввести адрес компьютера (число указанное под компьютером например: 192.168.0.2), затем навести курсор на поле Subnet Mask – маска появится автоматически.

Для проверки работоспособности сети необходимо нажать комбинации клавиш Shift+S, откроется «Панель моделирования». Затем необходимо нажать на . После чего, навести курсор с одного компьютера на другой, нажать Auto Capture/Play . Информация в виде конвертов будет передаваться с одного компьютера на другой.

В программе Cicso Packet Tracer построить схему сети по образцу (Приложение Л). Проверить работу сети.

В программе Cicso Packet Tracer построить схему сети по образцу (Приложение М). Проверить работу сети.

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи . Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям , в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом , надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий , их достоинствах и недостатках надо.

Существует три базовые топологии сети:

· Шина (bus) - все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи . Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам (рис. 1.5).

Рис. 1.5. Сетевая топология шина

· Звезда (star) - к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи (рис. 1.6). Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального - одному или нескольким периферийным.

Рис. 1.6. Сетевая топология звезда

· Кольцо (ring) - компьютеры последовательно объединены в кольцо. Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера (рис. 1.7).

Рис. 1.7. Сетевая топология кольцо

На практике нередко используют и другие топологии локальных сетей , однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии .

Прежде чем перейти к анализу особенностей базовых сетевых топологий , необходимо выделить некоторые важнейшие факторы, влияющие на физическую работоспособность сети и непосредственно связанные с понятием топология .

· Исправность компьютеров (абонентов ), подключенных к сети. В некоторых случаях поломка абонента может заблокировать работу всей сети. Иногда неисправность абонента не влияет на работу сети в целом, не мешает остальным абонентам обмениваться информацией.

· Исправность сетевого оборудования, то есть технических средств, непосредственно подключенных к сети (адаптеры, трансиверы , разъемы и т.д.). Выход из строя сетевого оборудования одного из абонентов может сказаться на всей сети, но может нарушить обмен только с одним абонентом .

· Целостность кабеля сети. При обрыве кабеля сети (например, из-за механических воздействий) может нарушиться обмен информацией во всей сети или в одной из ее частей. Для электрических кабелей столь же критично короткое замыкание в кабеле .

· Ограничение длины кабеля, связанное с затуханием распространяющегося по нему сигнала. Как известно, в любой среде при распространении сигнал ослабляется (затухает). И чем большее расстояние проходит сигнал, тем больше он затухает (рис. 1.8). Необходимо следить, чтобы длина кабеля сети не была больше предельной длины L пр, при превышении которой затухание становится уже неприемлемым (принимающий абонент не распознает ослабевший сигнал).

Рис. 1.8. Затухание сигнала при распространении по сети

Топология шина

Топология шина (или, как ее еще называют, общая шина) самой своей структурой предполагает идентичность сетевого оборудования компьютеров, а также равноправие всех абонентов по доступу к сети. Компьютеры в шине могут передавать информацию только по очереди, так как линия связи в данном случае единственная. Если несколько компьютеров будут передавать информацию одновременно, она исказится в результате наложения (конфликта , коллизии ). В шине всегда реализуется режим так называемого полудуплексного (half duplex ) обмена (в обоих направлениях, но по очереди, а не одновременно).

В топологии шина отсутствует явно выраженный центральный абонент , через которого передается вся информация, это увеличивает ее надежность (ведь при отказе центра перестает функционировать вся управляемая им система). Добавление новых абонентов в шину довольно просто и обычно возможно даже во время работы сети. В большинстве случаев при использовании шины требуется минимальное количество соединительного кабеля по сравнению с другими топологиями .

Поскольку центральный абонент отсутствует, разрешение возможных конфликтов в данном случае ложится на сетевое оборудование каждого отдельного абонента . В связи с этим сетевая аппаратура при топологии шина сложнее, чем при других топологиях . Тем не менее из-за широкого распространения сетей стопологией шина (прежде всего наиболее популярной сети Ethernet) стоимость сетевого оборудования не слишком высока.

Рис. 1.9. Обрыв кабеля в сети с топологией шина

Важное преимущество шины состоит в том, что при отказе любого из компьютеров сети, исправные машины смогут нормально продолжать обмен .

Казалось бы, при обрыве кабеля получаются две вполне работоспособные шины (рис. 1.9). Однако надо учитывать, что из-за особенностей распространения электрических сигналов по длинным линиям связи необходимо предусматривать включение на концах шины специальных согласующих устройств, терминаторов , показанных на рис. 1.5 и 1.9 в виде прямоугольников. Без включения терминаторов сигнал отражается от конца линии и искажается так, что связь по сети становится невозможной. В случае разрыва или повреждения кабеля нарушается согласование линии связи , и прекращается обмен даже между теми компьютерами, которые остались соединенными между собой. Подробнее о согласовании будет изложено в специальном разделе курса. Короткое замыкание в любой точке кабеля шины выводит из строя всю сеть.

Отказ сетевого оборудования любого абонента в шине может вывести из строя всю сеть. К тому же такой отказ довольно трудно локализовать, поскольку все абоненты включены параллельно, и понять, какой из них вышел из строя, невозможно.

При прохождении по линии связи сети с топологией шина информационные сигналы ослабляются и никак не восстанавливаются, что накладывает жесткие ограничения на суммарную длину линий связи . Причем каждый абонент может получать из сети сигналы разного уровня в зависимости от расстояния до передающегоабонента . Это предъявляет дополнительные требования к приемным узлам сетевого оборудования.

Если принять, что сигнал в кабеле сети ослабляется до предельно допустимого уровня на длине L пр, то полная длина шины не может превышать величины L пр. В этом смысле шина обеспечивает наименьшую длину по сравнению с другими базовыми топологиями .

Для увеличения длины сети с топологией шина часто используют несколько сегментов (частей сети, каждый из которых представляет собой шину), соединенных между собой с помощью специальных усилителей и восстановителей сигналов - репитеров или повторителей (на рис. 1.10 показано соединение двух сегментов, предельная длина сети в этом случае возрастает до 2 L пр, так как каждый из сегментов может быть длиной L пр). Однако такое наращивание длины сети не может продолжаться бесконечно. Ограничения на длину связаны с конечной скоростью распространения сигналов по линиям связи .

Рис. 1.10. Соединение сегментов сети типа шина с помощью репитера

Топология звезда

Звезда - это единственная топология сети с явно выделенным центром, к которому подключаются все остальные абоненты . Обмен информацией идет исключительно через центральный компьютер, на который ложится большая нагрузка, поэтому ничем другим, кроме сети, он, как правило, заниматься не может. Понятно, что сетевое оборудование центрального абонента должно быть существенно более сложным, чем оборудование периферийных абонентов . О равноправии всех абонентов (как в шине) в данном случае говорить не приходится. Обычно центральный компьютер самый мощный, именно на него возлагаются все функции по управлению обменом. Никакие конфликты в сети с топологией звезда в принципе невозможны, так как управление полностью централизовано.

Если говорить об устойчивости звезды к отказам компьютеров, то выход из строя периферийного компьютера или его сетевого оборудования никак не отражается на функционировании оставшейся части сети, зато любой отказ центрального компьютера делает сеть полностью неработоспособной. В связи с этим должны приниматься специальные меры по повышению надежности центрального компьютера и его сетевой аппаратуры.

Обрыв кабеля или короткое замыкание в нем при топологии звезда нарушает обмен только с одним компьютером, а все остальные компьютеры могут нормально продолжать работу.

В отличие от шины, в звезде на каждой линии связи находятся только два абонента : центральный и один из периферийных. Чаще всего для их соединения используется две линии связи , каждая из которых передает информацию в одном направлении, то есть на каждой линии связи имеется только один приемник и один передатчик. Это так называемая передача точка-точка . Все это существенно упрощает сетевое оборудование по сравнению с шиной и избавляет от необходимости применения дополнительных, внешних терминаторов .

Проблема затухания сигналов в линии связи также решается в звезде проще, чем в случае шины, ведь каждый приемник всегда получает сигнал одного уровня. Предельная длина сети с топологией звезда может быть вдвое больше, чем в шине (то есть 2 L пр), так как каждый из кабелей, соединяющий центр с периферийнымабонентом , может иметь длину L пр.

Серьезный недостаток топологии звезда состоит в жестком ограничении количества абонентов . Обычно центральный абонент может обслуживать не более 8-16 периферийных абонентов . В этих пределах подключение новых абонентов довольно просто, но за ними оно просто невозможно. В звезде допустимо подключение вместо периферийного еще одного центрального абонента (в результате получается топология из нескольких соединенных между собой звезд).

Звезда, показанная на рис. 1.6, носит название активной или истинной звезды. Существует также топология , называемая пассивной звездой, которая только внешне похожа на звезду (рис. 1.11). В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet.

В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство - концентратор или, как его еще называют, хаб (hub), которое выполняет ту же функцию, что и репитер , то есть восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их во все другие линии связи .

Рис. 1.11. Топология пассивная звезда и ее эквивалентная схема

Получается, что хотя схема прокладки кабелей подобна истинной или активной звезде, фактически речь идет о шинной топологии , так как информация от каждого компьютера одновременно передается ко всем остальным компьютерам, а никакого центрального абонента не существует. Безусловно, пассивная звезда дороже обычной шины, так как в этом случае требуется еще и концентратор. Однако она предоставляет целый ряд дополнительных возможностей, связанных с преимуществами звезды, в частности, упрощает обслуживание и ремонт сети. Именно поэтому в последнее время пассивная звезда все больше вытесняет истинную звезду, которая считается малоперспективной топологией .

Можно выделить также промежуточный тип топологии между активной и пассивной звездой. В этом случае концентратор не только ретранслирует поступающие на него сигналы, но и производит управление обменом , однако сам в обмене не участвует (так сделано в сети 100VG-AnyLAN ).

Большое достоинство звезды (как активной, так и пассивной) состоит в том, что все точки подключения собраны в одном месте. Это позволяет легко контролировать работу сети, локализовать неисправности путем простого отключения от центра тех или иных абонентов (что невозможно, например, в случае шиннойтопологии ), а также ограничивать доступ посторонних лиц к жизненно важным для сети точкам подключения. К периферийному абоненту в случае звезды может подходить как один кабель (по которому идет передача в обоих направлениях), так и два (каждый кабель передает в одном из двух встречных направлений), причем последнее встречается гораздо чаще.

Общим недостатком для всех топологий типа звезда (как активной, так и пассивной) является значительно больший, чем при других топологиях , расход кабеля. Например, если компьютеры расположены в одну линию (как на рис. 1.5), то при выборе топологии звезда понадобится в несколько раз больше кабеля, чем притопологии шина. Это существенно влияет на стоимость сети в целом и заметно усложняет прокладку кабеля.

Топология кольцо

Кольцо - это топология , в которой каждый компьютер соединен линиями связи с двумя другими: от одного он получает информацию, а другому передает. На каждой линии связи , как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приемник (связь типа точка-точка). Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов .

Важная особенность кольца состоит в том, что каждый компьютер ретранслирует (восстанавливает, усиливает) приходящий к нему сигнал, то есть выступает в роли репитера. Затухание сигнала во всем кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Если предельная длина кабеля, ограниченная затуханием, составляет L пр, то суммарная длина кольца может достигать NL пр, где N - количество компьютеров в кольце. Полный размер сети в пределе будет NL пр /2, так как кольцо придется сложить вдвое. На практике размеры кольцевых сетей достигают десятков километров (например, в сети FDDI ). Кольцо в этом отношении существенно превосходит любые другие топологии .

Четко выделенного центра при кольцевой топологии нет, все компьютеры могут быть одинаковыми и равноправными. Однако довольно часто в кольце выделяется специальный абонент , который управляет обменом или контролирует его. Понятно, что наличие такого единственного управляющего абонента снижает надежность сети, так как выход его из строя сразу же парализует весь обмен .

Строго говоря, компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии ). Ведь один из них обязательно получает информацию от компьютера, ведущего передачу в данный момент, раньше, а другие - позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на кольцо. В таких методах право на следующую передачу (или, как еще говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру. Подключение новых абонентов в кольцо выполняется достаточно просто, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае шины, максимальное количество абонентов в кольце может быть довольно велико (до тысячи и больше). Кольцевая топология обычно обладает высокой устойчивостью к перегрузкам, обеспечивает уверенную работу с большими потоками передаваемой по сети информации, так как в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды), который может быть перегружен большими потоками информации.

Рис. 1.12. Сеть с двумя кольцами

Сигнал в кольце проходит последовательно через все компьютеры сети, поэтому выход из строя хотя бы одного из них (или же его сетевого оборудования) нарушает работу сети в целом. Это существенный недостаток кольца.

Точно так же обрыв или короткое замыкание в любом из кабелей кольца делает работу всей сети невозможной. Из трех рассмотренных топологий кольцо наиболее уязвимо к повреждениям кабеля, поэтому в случае топологии кольца обычно предусматривают прокладку двух (или более) параллельных линий связи , одна из которых находится в резерве.

Иногда сеть с топологией кольцо выполняется на основе двух параллельных кольцевых линий связи , передающих информацию в противоположных направлениях (рис. 1.12). Цель подобного решения - увеличение (в идеале - вдвое) скорости передачи информации по сети. К тому же при повреждении одного из кабелей сеть может работать с другим кабелем (правда, предельная скорость уменьшится).

Другие топологии

Кроме трех рассмотренных базовых топологий нередко применяется также сетевая топология дерево (tree), которую можно рассматривать как комбинацию нескольких звезд. Причем, как и в случае звезды, дерево может быть активным или истинным (рис. 1.13) и пассивным (рис. 1.14). При активном дереве в центрах объединения нескольких линий связи находятся центральные компьютеры, а при пассивном - концентраторы (хабы ).

Рис. 1.13. Топология активное дерево

Рис. 1.14. Топология пассивное дерево. К - концентраторы

Довольно часто применяются комбинированные топологии , среди которых наиболее распространены звездно-шинная (рис. 1.15) и звездно-кольцевая (рис. 1.16).

Рис. 1.15. Пример звездно-шинной топологии

Рис. 1.16. Пример звездно-кольцевой топологии

В звездно-шинной (star-bus) топологии используется комбинация шины и пассивной звезды. К концентратору подключаются как отдельные компьютеры, так и целые шинные сегменты. На самом деле реализуется физическая топология шина, включающая все компьютеры сети. В данной топологии может использоваться и несколько концентраторов, соединенных между собой и образующих так называемую магистральную, опорную шину. К каждому из концентраторов при этом подключаются отдельные компьютеры или шинные сегменты. В результате получается звездно-шинное дерево. Таким образом, пользователь может гибко комбинировать преимущества шинной и звездной топологий , а также легко изменять количество компьютеров, подключенных к сети. С точки зрения распространения информации данная топология равноценна классической шине.

В случае звездно-кольцевой (star-ring) топологии в кольцо объединяются не сами компьютеры, а специальные концентраторы (изображенные на рис. 1.16 в виде прямоугольников), к которым в свою очередь подключаются компьютеры с помощью звездообразных двойных линий связи . В действительности все компьютеры сети включаются в замкнутое кольцо, так как внутри концентраторов линии связи образуют замкнутый контур (как показано на рис. 1.16). Данная топология дает возможность комбинировать преимущества звездной и кольцевой топологий . Например, концентраторы позволяют собрать в одно место все точки подключения кабелей сети. Если говорить о распространении информации, данная топология равноценна классическому кольцу.

В заключение надо также сказать о сеточной топологии (mesh), при которой компьютеры связываются между собой не одной, а многими линиями связи , образующими сетку (рис. 1.17).

Рис. 1.17. Сеточная топология: полная (а) и частичная (б)

В полной сеточной топологии каждый компьютер напрямую связан со всеми остальными компьютерами. В этом случае при увеличении числа компьютеров резко возрастает количество линий связи . Кроме того, любое изменение в конфигурации сети требует внесения изменений в сетевую аппаратуру всех компьютеров, поэтому полная сеточная топология не получила широкого распространения.

Частичная сеточная топология предполагает прямые связи только для самых активных компьютеров, передающих максимальные объемы информации. Остальные компьютеры соединяются через промежуточные узлы. Сеточная топология позволяет выбирать маршрут для доставки информации от абонента к абоненту , обходя неисправные участки. С одной стороны, это увеличивает надежность сети, с другой же – требует существенного усложнения сетевой аппаратуры, которая должна выбирать маршрут.