Что такое топология сети?

Топология сети — это физическое расположение различных устройств, соединенных между собой средой передачи. Это относится к конкретному физическому или логическому расположению членов, составляющих сеть.

Каталог
Ⅰ Введение
Ⅱ Анализ топологии
Ⅲ Классификация топологии сети.	1. Топология «звезда»
	2. Кольцевая топология.
	3. Топология шины
	4. Гибридная топология
	5. Распределенная топология
	6. Топология дерева
	7. Сетчатая топология
	8. Топология сотовой связи

Ⅰ Введение

Способ подключения компьютеров называется « Топология сети ». Топология сети относится к физическому расположению различных устройств, соединенных между собой средствами передачи, в частности, где расположены компьютеры и как через них проходят кабели. При проектировании сети вам следует выбрать правильную топологию для вашей ситуации. Каждая топология имеет свои преимущества и недостатки.

Топология — это абстрактное представление, которое не учитывает физические свойства, такие как размер и форма объектов, а использует только точки или линии для описания фактического местоположения и взаимоотношений нескольких объектов. Топология не заботится о деталях вещей или взаимной пропорциональности, а лишь представляет взаимные отношения между несколькими объектами в определенном диапазоне в виде графика.

В реальной жизни для соединения компьютеров и сетевых устройств мы должны использовать определенную организационную структуру, которая называется «топологией». Топология сети графически описывает расположение и конфигурацию сети, а также взаимосвязь между узлами. Другими словами, «топология» означает, как эти компьютеры и устройства связи соединены друг с другом.

Исследование топологической природы сетей и их линейных графов также известно как теория сетевых графов. Топология — это контакт или связь геометрии, которая остается постоянной, когда геометрия подвергается непрерывной пластической деформации. Этим свойством обладает и сетевая структура, представленная линейным графом, состоящим из узлов и ветвей.

Раннее изучение топологии сети началось в 1736 году со статьи швейцарского математика Л. Эйлера о проблеме Кенигсбергского моста. Две статьи, опубликованные Г. Р. Кирхгофом в 1845 и 1847 гг., заложили основы применения сетевой топологии к анализу электрических сетей.

Ⅱ Анализ топологии

На рисунке 1 приведен пример электрической сети и ее линейного графа, где отрезки линий называются ветвями, а точки — узлами. Если каждая ветвь имеет указанное направление, это ориентированный граф, в противном случае — неориентированный граф. Дерево определяется как связный подграф, который содержит все узлы линейного графа, но не содержит петель. Ветви линейного графа, принадлежащие дереву, называются ветвями дерева, а остальные — связными ветвями. Линейный граф обычно имеет много деревьев, и на рисунке 2 показаны некоторые деревья линейного графа, показанного на рисунке 1 (b).

Рисунок 1. Электрическая сеть и ее линейная схема.

Рисунок 2. Некоторые деревья линейного графа Рисунок 1(b)

Если предположить, что линейный граф имеет n+1 узлов и b ветвей, то имеется ровно n ветвей дерева и bn ветвей. Дерево можно использовать для систематического поиска наибольшего числа независимых групп циклов. Этот метод состоит в том, чтобы выбрать дерево и добавить к нему ссылку, чтобы сформировать цикл, содержащий только ссылку, и называется базовым циклом. Таким образом, с помощью bn связей можно получить в общей сложности bn независимых базовых групп петель.

Матричное представление линейного графика

Отношения между узлами и ветвями также могут быть представлены матрицей. Это показано на рисунке 3 и рисунке 4.

Рисунок 3. Матричное представление графа 1

Рисунок 4. Матричное представление графика 2

Матрица цикла B представляет собой матрицу из (bn) строк и столбцов b, описывающую взаимосвязь между циклами и ветвями, где значение 1 для элемента bij означает, что ветвь ej содержится в цикле ci и находится в том же направлении. Значение -1 означает противоположное направление, а значение 0 означает, что ej не находится в цикле ci. Матрица B может быть образована группой базовых циклов или их линейной комбинацией и является неособой матрицей.

Помимо A и B, существуют и другие матрицы, описывающие линейные графы, такие как матрицы сечений, матрицы смежности и т. д., которые вместе называются топологическими матрицами.

Уравнение электрической сети

С помощью топологии сети и матричных методов уравнения электрической сети можно систематически составлять и легко обрабатывать на компьютере. Пусть Ib и Ub представляют вектор тока ветви и вектор напряжения ветви электрической сети соответственно, тогда закон тока Кирхгофа (KCL) и закон напряжения (KVL) цепи можно выразить как

KCL: AIb=0 (n независимых уравнений)

КВЛ: BUb = O (b - n независимых уравнений)

Получающиеся в результате b независимые уравнения определяются характером топологии сети вместе с соотношениями тока и напряжения b, определяемыми природой компонентов ветвей. Этого достаточно, чтобы определить ток и напряжение каждой ветви (всего необходимо решить 2b величин). Из этих трех наборов уравнений также можно вывести набор уравнений, содержащий меньшее количество величин, которые необходимо найти, например набор уравнений узлового напряжения, набор уравнений контурного тока и набор уравнений узлового напряжения.

Ⅲ Классификация топологии сети.

1. Топология «звезда»

Топология «звезда» — это сеть рабочих станций, соединенных по схеме «звезда». В сети имеется центральный узел. Все остальные узлы (рабочие станции, серверы) напрямую подключены к центральному узлу. Эта структура сосредоточена в центральном узле, поэтому ее также называют централизованной сетью.

Рисунок 5. Топология сети «звезда»

Он имеет следующие характеристики:

·Простая структура, легко управлять;

·Простое управление, легко построить сеть;

·Время задержки в сети небольшое, ошибка передачи низкая.

Однако недостатки также очевидны: высокая стоимость, более низкая надежность и плохая возможность совместного использования ресурсов.

2. Кольцевая топология.

Кольцевая топология состоит из ряда узлов сети посредством двухточечных соединений, соединенных в начале и конце, образуя замкнутое кольцо. Благодаря такой структуре общий кабель передачи образует кольцевое соединение. Данные в кольце по направлению между узлами, информация от одного узла к другому узлу.

Рисунок 6. Топология кольцевой сети

Кольцевая структура имеет следующие характеристики:

·Поток информации в сети идет по фиксированному направлению, два узла имеют только один путь, поэтому контроль выбора пути упрощается.

·Каждый узел в кольце управляется начальной загрузкой, поэтому управляющее программное обеспечение простое.

·Поскольку источник информации последовательно передается через каждый узел в петле, когда в петле слишком много узлов, это повлияет на скорость передачи информации и увеличит время отклика сети.

·етля замкнута, ее нелегко расширить;

·низкая надежность, выход из строя узла приведет к выходу из строя всей сети;

·техническое обслуживание затруднено, локализация неисправности узла ветки затруднена.

Преимущества кольцевой топологии: поскольку каждый узел соединен с одним узлом в обоих направлениях, кольцевая топология обладает естественной отказоустойчивостью.

Недостатки кольцевой топологии: поскольку потоки данных идут с обоих направлений, эти два направления необходимо дифференцировать или ограничивать, чтобы избежать помех нормальной связи из-за неотличимых избыточных потоков данных. Управление и обслуживание более сложны.

3. Топология шины

Шинная топология означает, что все рабочие станции и серверы подвешены на шине, при этом все рабочие станции имеют одинаковый статус и не контролируются центральным узлом. Информация по общей шине в основном передается последовательно в виде основной полосы, и ее направление передачи всегда начинается с узла, отправляющего информацию, и распространяется на оба конца, точно так же, как информация, передаваемая радиостанцией, поэтому ее еще называют широковещательной. компьютерная сеть. Каждый узел проверяет адрес при получении информации, чтобы убедиться, что он соответствует адресу его собственной рабочей станции, и, если это так, получает информацию в сети.

Рисунок 7. Топология шинной сети

Автобусная сеть имеет следующие характеристики:

·Простая структура и хорошая расширяемость. Когда необходимы дополнительные узлы, для подключения к узлам ветвления необходим только интерфейс ветки, а шину можно расширить, когда нагрузка на шину не позволяет;

·Используется меньше кабелей, и они просты в установке; используемое оборудование относительно простое и высоконадежное;

·Техническое обслуживание затруднено, а придраться к узлам ответвления сложно.

4. Гибридная топология

Гибридная топология — это сетевая структура, которая сочетает в себе звездообразную или кольцевую структуру и структуру шины. Такая топология может лучше соответствовать расширению более крупных сетей и решить проблему ограничения звездообразной сети по дальности передачи, одновременно решая проблему ограничения шинной сети по количеству подключенных пользователей.

Рисунок 8. Гибридная топология

Преимущества гибридной топологии:

·н широко используется, решает проблему нехватки топологии типа «звезда» и «шина» и отвечает реальным потребностям сетевых организаций крупных компаний.

·Расширение довольно гибкое.

·Более высокая скорость: поскольку в магистральной сети используется высокоскоростной коаксиальный или оптоволоконный кабель, вся сеть не должна сильно ограничиваться с точки зрения скорости.

Недостатки гибридной топологии:

оскольку обмен сообщениями широковещательного типа все еще используется, он также будет ограничен с точки зрения длины шины и количества узлов. У этого также есть недостаток, заключающийся в том, что скорость сети в сетевой структуре шинного типа будет снижаться с увеличением количества пользователей.

·Ее сложно обслуживать, что в основном ограничивается топологией сети шинного типа, и если шина выйдет из строя, вся сеть выйдет из строя.

5. Распределенная топология

Распределенная топология — это форма сети, в которой компьютеры, расположенные в разных местах, соединены между собой линиями.

Сеть с распределенной топологией имеет следующие характеристики:

·Благодаря децентрализованному управлению, даже если локальный сбой произойдет во всей сети, он не повлияет на работу всей сети и, таким образом, имеет высокую надежность;

·Путь в сети выбирает алгоритм кратчайшего пути, поэтому сеть имеет меньшее время задержки и высокую скорость передачи, но управление является сложным;

·Каналы передачи данных могут быть установлены непосредственно между каждым узлом, а поток информации является кратчайшим;

·Легко делиться ресурсами внутри всей сети.

Недостатки распределенной топологии:

Длинные кабели для подключения линий и высокая стоимость;

·Сложное программное обеспечение для управления сетью;

·Обмен сложными группами сообщений, выбор пути и управление потоком;

·Эта структура не используется в обычных локальных сетях.

6. Топология дерева

Древовидная структура представляет собой иерархическую централизованную сеть управления. По сравнению со звездой он имеет короткую общую длину линий связи, более низкую стоимость, легкое расширение узлов и более легкий поиск путей. Однако, за исключением конечного узла и связанных с ним линий, отказ любого узла или связанных с ним линий может привести к повреждению системы.

Преимущества древовидной топологии: легкость расширения; легко изолировать неисправности.

Рисунок 9. Топология древовидной сети

7. Сетчатая топология

В ячеистой топологии каждое устройство в сети соединено друг с другом по каналу «точка-точка». Это соединение неэкономично и используется только тогда, когда каждому сайту приходится часто отправлять информацию. Она также сложна в установке, но система отличается высокой надежностью и отказоустойчивостью. Иногда ее еще называют распределенной архитектурой.

Рисунок 10. Топология ячеистой сети

8. Топология сотовой связи

Топология сотовой связи — это распространенная структура в беспроводной локальной сети. Он обеспечивает двухточечную и многоточечную передачу с помощью беспроводной среды передачи (микроволновая печь, спутник, инфракрасный порт и т. д.) и представляет собой разновидность беспроводной сети, которая подходит для городских сетей, сетей кампусов и корпоративных сетей.

Рисунок 11. Топология сотовой связи

В компьютерных сетях существуют и другие типы топологий, например шина, смешанная со звездой. Сеть со смешанным типом шины и кольцевым соединением. В локальных сетях наибольшее распространение получили структуры типа «шина» и «звезда».

Часто задаваемые вопросы

1. Что такое топология сети?

Топология сети описывает физические и логические взаимоотношения узлов в сети, схематическое расположение связей и узлов или некоторую их гибридную комбинацию.

2. Каковы 8 топологий сети?

При изучении топологии сети выделяются восемь основных топологий: двухточечная, шина, звезда, кольцевая или кольцевая, ячеистая, древовидная, гибридная или шлейфовая.