Topologie logiczne

Topologie logiczne

Topologia logiczna opisuje metodę dostępu urządzeń sieciowych do medium transmisyjnego. Generalnie topologie logiczne są podzielone na:

  • topologie rozgłaszania;
  • topologie przekazywania żetonu (ang. token).

CSMA/CD
Dostęp do medium transmisyjnego w przypadku sieci Ethernet realizowany jest najczęściej przez protokół CSMA/CD (ang. Carrier Sense Multiple Access/Collision Detection), który jest przykładem topologi rozgłoszenia. Protokół ten wykrywa, czy łącze jest dostępne, a także reaguje na występujące kolizje.

W sieci z protokołem CSMA/CD urządzenia przed nadawaniem sprawdzają , czy medium sieciowe nie jest zajęte. Jeśli węzeł wykryje, że siec jest zajęta będzie oczekiwał przez losowo wybrany czas przed ponowieniem próby. Jeśli węzeł wykryje, że medium nie jest zajęte, rozpocznie nadawanie i nasłuchiwanie. Celem nasłuchiwania jest upewnienie się, że żadna inna stacja nie nadaje w tym samym czasie. Po zakończeniu transmisji danych urządzenie powróci do trybu nasłuchiwania.

Jeśli dwa urządzenia rozpoczęły nadawanie w tym samym czasie, występuje kolizja, która jest wykrywana przez urządzenia nadawcze. Transmisja danych zostaje wówczas przerwana. Węzły zatrzymują nadawanie na losowo wybrany czas, po którym jest podejmowana kolejna próba uzyskania dostępu do medium.

Ta metoda transmisji jest wykorzystywana w sieciach Ethernet zbudowanych na bazie fizycznej topologii magistrali, gwiazdy oraz siatki.

Metoda transmisji z wykrywaniem kolizji.

Innym trybem pracy sieci w kontekście przesyłania informacji jest pełny dupleks. Polega on na tym, że dostępna szerokość pasma podzielona jest na odrębne kanały. W celu wyodrębnienia osobnego kanału można użyć poszczególnych przewodów kabla wielożyłowego. W sieciach LAN typowy dupleks realizowany jest dzięki technologii przełączania. Dzięki niemu urządzenia sieciowe mogą jednocześnie dane wysyłać i je odbierać. Omawiając metody rywalizacji dostępu wymienić należy dwie główne:

  • z wykrywaniem kolizji (CSMA/CD [info] – Carier Sense Multiple Access/Collision Detection)
  • z unikaniem kolizji (CSMA/CA [info] - Carier Sense Multiple Access/Collision Avoidance)

Sieciową transmisję z wykrywaniem kolizji przedstawić można w uproszczeniu wg. poniższego schematu blokowego.

Stacja sprawdza czy ktoś już nadaje. Jeśli tak, czeka aż skończy. Stacja zaczyna nadawać cały czas sprawdzając czy ktoś inny nie nadaje jednocześnie z nią. Jeśli nie, to może nadawać dalej. W przypadku gdy ktoś nadawał (wykryto kolizję), przerywa nadawanie i odczekuje losowy odcinek czasu. Potem zaczyna nadawać od początku.

TOKEN

Dostęp do medium transmisyjnego jest zrealizowany przez przekazywanie żetonu. Żeton (ang. token) dostępu jest określoną sekwencją bitów zawierających informację kontrolną. Przejęcie żetonu przez urządzenie sieciowe zezwala na rozpoczęcie transmisji danych.

Każda sieć ma tylko jeden żeton dostępu przekazywany między kolejnymi węzłami sieci. Jeśli komputer ma dane do wysłania, usuwa żeton z pierścienia i rozpoczyna transmisję.

Dane wędrują po kolejnych węzłach sieci aż trafią do adresata. Komputer odbierający wysyła do komputera nadającego komunikat o odebraniu danych. Po weryfikacji komputer wysyłający tworzy nowy żeton dostępu i wysyła go do sieci.

 

Ta metoda transmisji jest wykorzystywana m.in. w sieciach Token Ring oraz FDDI.

Topologie sieci

Topologia to sposób połączenia komputerów i urządzeń w sieć. Jest to zbiór węzłów i łącz między nimi. Wybór odpowiedniej topologii sieci to jedno z pierwszych i najważniejszych zagadnień podczas projektowania sieci. Koszt sieci w bardzo dużym stopniu zależy właśnie od wyboru topologii, która z kolei determinuje:

  • liczbę aktywnych i pasywnych urządzeń,
  • odległość między węzłami sieci.

Rodzaje topologii fizycznych

Magistrala/szyna

(ang. Bus) – wszystkie elementy sieci podłączone są do pojedynczej magistrali (najczęściej kabel koncentryczny 10Base-2 o maksymalnym zasięgu 185 m lub10Base-5 do 500 m). Na obu końcach magistrali montuje się terminatory, czyli specjalne oporniki które symulują nieskończenie długi kabel eliminując tym samym odbicia sygnału, które mogłyby zakłócić transmisję do stacji końcowych.
Sieć zbudowana w oparciu o topologię magistrali umożliwia tylko jedną transmisję o przepustowości 10 Mb/s w danym momencie. Sygnał nadany przez jedną ze stacji jest odbierany przez wszystkie, jednak interpretowany jest tylko przez stację o adresie docelowym. Bardzo łatwe jest jednak przechwycenie danych w takiej sieci.

Pierścień

(ang. Ring) – poszczególne elementy są połączone pomiędzy sobą odcinkami kabla tworząc zamknięty pierścień. Uszkodzenie jednej stacji umożliwia dalszą transmisje. Jest to ekonomiczne rozwiązanie zapewniające protekcję, często stosowane w segmencie sieci MAN.
Szczególnym przypadkiem jest podwójny pierścień (lub nawet poczwórny),  gdzie poszczególne elementy są połączone pomiędzy sobą odcinkami tworząc dwa zamknięte pierścienie zapewniając optymalną protekcję. W pierścień mogą być zarówno podłączane komputery jak i urządzenia sieciowe (co się częściej zdarza). Jest to struktura bardzo popularna w segmencie sieci MAN.

Gwiazda

(ang. Star) – stacje (terminale) podłączone są do jednego, wspólnego punktu centralnego, w którym znajduje się koncentrator (hub) lub przełącznik (switch).
Podstawową zaletą, która wyróżnia ten typ połączenia, spośród dwóch powyższych topologii, jest to, że jeśli uszkodzeniu ulegnie dowolna ilość stacji końcowych (za wyłączeniem centrali), cała sieć nadal funkcjonuje!

Gwiazda rozszerzona

Posiada punkt centralny (podobnie do topologii gwiazdy) i punkty poboczne, które z kolei są punktami centralnymi dla kolejnych segmentów sieci.
Punktem centralnym powinno być urządzenie o najlepszych parametrach, ponieważ będzie przetwarzało największą ilość danych.

Drzewo

Budową przypomina topologię gwiazdy rozszerzonej. Jest kombinacją topologii gwiazdy i magistrali. Patrząc od strony urządzenia centralnego, urządzenia końcowe są urządzeniemi centralnymi dla kolejnych rozgałęzień. Taki rodzaj połączenia sieci często jest stosowany w przypadku bardziej rozbudowanych sieci lokalnych, gdzie sieć, obejmuje większą liczbę stacji końcowych niż pozwala na to topologia gwiazdy. Jest jedną z najczęściej stosowanych topologii w sieciach LAN.

Siatka/Struktura kratowa

(ang. Mesh) – oprócz koniecznych połączeń, sieć zawiera połączenia nadmiarowe, co w najwyższym stopniu zabezpiecza przed przerwami w dostępie do sieci. Rozwiązanie często stosowane w sieciach, w których jest wymagana wysoka bezawaryjność – czyli w sieciach szkieletowych, bądź też w centrach biznesowych. Jest to struktura bardzo popularna w segmencie sieci WAN.
Szczególnym przykładem struktury oczkowej jest siatka – czyli połączenie węzłów każdy z każdym.

Rodzaje sieci

Siecią komputerową nazywa się grupę komputerów lub innych urządzeń połączonych ze sobą za pomocą dowolnego medium transmisyjnego w celu wymiany danych lub współdzielenia zasobów, np.:

  • korzystania ze wspólnych urządzeń peryferyjnych i sieciowych (skanery drukarki);
  • korzystania za wspólnego oprogramowania;
  • korzystania z centralnej bazy danych;
  • przesyłania danych (jak poczta elektroniczna, pliki itp.).

Rodzaje sieci

Sieci komputerowe mogą być sklasyfikowane w zależności od sposobu dostępu do zasobów oraz ze względu na obszar działania.

W zależności od sposobu dostępu do zasobów rozróżnia się dwa rodzaje sieci:

Klient-serwer – sieć, w której znajduje się jeden centralny serwer udostępniający dane.

Peer-to-peer (sieć równoprawna) – sieć, w której wszystkie urządzenia są równoprawne.

Przykładem sieci typu klient –serwer może być sieć oparta na domenie Active Directory. W sieci znajduje się centralny serwer (kontroler domeny) zarządzający uprawnieniami, który może pracować jako serwer plików (udostępniających dane) lub serwer wydruku (udostępniający drukarki).

Transmisja typu klient-serwer jest wykorzystywana także w przypadku wielu usług w internecie – np. strony WWW są umieszczane na serwerach, z których są pobierane za pomocą przeglądarki internetowej.

Komputery pracujące w sieci peer-to-peer są równoprawne wobec siebie, tak samo jak ma to miejsce w przypadku grupy roboczej w systemie Windows. Każdy z komputerów pełni zarówno rolę klienta (pobierając dane z innego urządzenia), jak i serwera (dla innych urządzeń korzystających z udostępnionych zasobów).

Ze względu na obszar działania sieci komputerowej rozróżnia się sieci:

LAN- (ang. Local Area Network) – sieć lokalna działająca na niewielkim, ograniczonym obszarze;

MAN – (ang. Metropolitan Area Network) – sieć działająca na większym obszarze, np. miasta;

WAN – (ang. Wide Area Network) – sieć rozległa działająca na dużym obszarze, np. polak;

Przykładem sieci lokalnej LAN jest sieć obejmująca swoim zasięgiem budynek szkoły. Najczęściej spotyka się sieci zbudowane z wykorzystaniem technologii Ethernet.

Sieciami rozległymi można nazwać sieci dużych firm łączące oddziały na terenie całego kraju. Mianem sieci rozległej określamy również Internet, który swoim zasięgiem obejmuje cały świat. Tego rodzaju sieci korzystają z wielu technologii transmisji na dalekie odległości , takich jak Frame Relay, ATM, DSL