Разбираемся с основными топологиями компьютерных (локальных) сетей

Что такое локальные сети

Компьютерная локальная сеть (компьютерная вычислительная сеть, ЛВС) — это набор программ и компьютеров, которые соединены между собой. В первую очередь признаком локальности является небольшое расстояние между устройствами. Наиболее часто подобного рода соединения могут существовать и использоваться в пределах одного учреждения или компании. Делается это для более быстрого и простого обмена информацией между сотрудниками.

Обратите внимание! Любая локальная сеть может иметь выход в Интернет через сервер, если это предусмотрено. Существует несколько видов ЛВС:

Существует несколько видов ЛВС:

• Соединения, которые управляются центрально и имеют общий порядок и правила для всех абонентов, подключенных к нему;
• Одноранговое соединение. Основное определение такой сети — это индивидуальная политика и правила для каждого абонента, в которой он самостоятельно решает и классифицирует данные для общего пользования. В таком случае все подключенные устройства равноправны. Это может быть как достоинством, так и недостатком.

Любые сети создаются для общего доступа нескольких абонентов одновременно к всевозможным данным, программам. Например, один офис может использовать принтер, имеющий локальное соединение. В таком случае любой пользователь с собственного персонального компьютера или ноутбука сможет распечатать необходимый документ. Основным признаком локальности является нахождение и подключение только сотрудников одной компании. Кроме этого, все действия внутри соединения могут выполняться не в порядке очереди, а одновременно, независимо от количества участников.

Преимущества ЛВС:

• общий доступ к информации;
• обработка и хранение данных;
• передача определенных данных всем пользователям;
• контроль за действиями и выполнением различных задач.

Обратите внимание! Любая локальная сеть должна включать в себя различное оборудование, без которого она не может качественно работать

Пассивное

Включает в себя следующие приборы:

• монтажные шкафы;
• кабели и каналы для них;
• панели для коммутации;
• информационные розетки.

Важно! Оборудование из этого перечня напрямую не участвует в работе, а является только вспомогательным. К перечню этих приборов относятся:

К перечню этих приборов относятся:

• серверы;
• рабочие станции;
• принтеры, сканеры и др.

Активное

Это оборудование, от которого напрямую зависит функционирование ЛВС:

• коммутаторы;
• маршрутизаторы;
• специализированные медиаконвекторы.

Обратите внимание! Некоторые устройства могут добавляться, а некоторые удаляться. Все зависит от конфигурации соединения, количества абонентов и оборудования

Программы для создания топологий сети

Для создания и корректировки написано много программ. Среди самых распространённых и наиболее удобных выделяются следующие:

• Microsoft Visio
• eDraw Max
• Схема Сети
• Векторный 2D-редактор CADE для Windows
• Diagram Designer
• Concept Draw Pro
• Dia
• Cisco Packet Tracer LanFlow
• NetProbe
• Network Notepad

Некоторые бесплатные, а за многие придётся заплатить. Но даже у большинства платных есть пробный период, за который можно понять подойдёт она или нет.

Топология является самым важным фактором быстродействия и надёжности коммуникаций. При этом всегда можно комбинировать основными схемами топологий для того, чтобы добиться наилучшего результата

Важно знать и помнить, как преимущества и недостатки каждого соединения влияют на проектируемую или эксплуатируемую топологическую сеть. Поэтому схему нужно заранее тщательно планировать

Принципы построения компьютерных сетей

Эволюционные процессы, которые в первую очередь коснулись компьютерных технологий, привели к появлению нескольких типов вычислительных сетей, подразумевающих совокупность компьютерных устройств, объединенных в одну систему. Основным назначением такой системы является доступ пользователей к совместным ресурсам и возможность обмена данными между абонентами в процессе работы. Практически все предприятия, функционирующие в современных реалиях, организовывают свою работу при помощи

Эволюционные процессы, которые в первую очередь коснулись компьютерных технологий, привели к появлению нескольких типов вычислительных сетей, подразумевающих совокупность компьютерных устройств, объединенных в одну систему. Основным назначением такой системы является доступ пользователей к совместным ресурсам и возможность обмена данными между абонентами в процессе работы.

Практически все предприятия, функционирующие в современных реалиях, организовывают свою работу при помощи компьютерных сетей, сформированных по одному из принципов, о которых пойдет речь далее.

Как происходит вычисление IP-адреса сети и компьютера?

Например, для ip-адреса 192.168.1.201 и маски 255.255.255.0 двоичные представления будут выглядеть следующим образом: 192.168.1.201 станет 11000000.10101000.00000001.11001001, а 255.255.255.0 – 11111111.11111111.11111111.00000000.

Далее следует применить побитовый AND. Эта операция оставляет 1, если на вход были поданы две единицы, в противном случае она возвращает ноль. В рассмотренном примере ip-адрес сети будет следующим: 11000000.10101000.00000001.00000000 в двоичном представлении или 192.168.1.0 в более удобном для человеческого восприятия виде.

Для конкретного устройства в сети ip-адрес можно сделать динамическим или фиксированным. Маска определяет максимально возможное число устройств в подсети

В рассмотренном случае не выйдет подключить более 254 пользовательских девайсов (важно помнить, что существуют широковещательные адреса, которые не следует занимать)

Если адреса раздаются динамически, то при подключении запускается DHCP. Это протокол, который разработан для динамической конфигурации сети. Когда требуется зарезервировать какой-то ip-адрес для конкретных целей, например выделить его для сетевого принтера, пользователь может зайти в настройки маршрутизатора и отметить это в таблице.

Если убрать одну единицу из маски подсети, приведя ее к виду 255.255.254.0, то число хостов возрастает до 510.

Особенность использования подсетей заключается в том, что из сети более высокого уровня отдельных компьютеров не видно. Там адрес получает только роутер. Понять, как взаимодействуют частные сети с глобальной, помогает NAT.

Классификация сетей по типу соединения устройств между собой

Топология — это то, каким образом и в каком порядке связываются сети между собой.

Топология бывает трех видов:

• тип «звезда»;
• тип «кольцо»;
• тип «шина».

Тип «звезда»

Информация между пользователями передается через единый центральный узел, который может быть выражен через сервер или концентратор.

К преимуществам относится то, что он отличается быстродействием, а также наблюдается отсутствие столкновения между передаваемыми данными.

У данного типа сети имеются и недостатки:

1. Низкая надежность, что объясняется функционированием единого центрального узла, который может выйти из-под контроля.
2. Высокие затраты на подключение компьютеров.

Тип «кольцо»

Все компьютеры подключаются в одну линию, которая замыкается в кольцо. Вся маркировка, т.е. специальные сигналы, в данном случае передаются в одном направлении по одной линии, проходя через каждый компьютер, пока необходимый «пакет» не дойдет до нужного адресата.

После принятия компьютер посылает обратно источнику информации подтверждение факта получения данных. Получив подтверждение, передающий компьютер создает новый маркер и возвращает его в сеть.

Такая система считается эффективной, т.к. позволяет отправлять несколько сообщений друг за другом, не дожидаясь получения ответа за первое сообщение. Также преимуществом является то, что тип «кольцо» позволяет подключаться устройствам друг к другу на значительных расстояниях, без использования специального усилителя сигнала.

Из недостатков можно отметить данные факторы:

1. Тип «кольцо» обладает низкой надежностью, т.к. нарушения в работе одного компьютера ведет к сбою всей системы сети.
2. При большом количестве пользователей, процесс начинает зависать.
3. При таком типе локальной сети, общая производительность определяется работоспособностью компьютера с наименьшей мощностью.

Тип «шина»

Все клиенты подключаются к одному каналу, и при этом могут взаимодействовать с любым компьютером, который в сети. Т.е. данные в виде электрических сигналов передаются всем доступным устройствам, но принимать может только тот, чей адрес соответствует адресу получателя.

Из преимуществ можно отметить:

1. Вся информация находится в сети и каждый может ею воспользоваться.
2. Обладает высокой надежностью, поскольку работоспособность сети не зависит от производительности отдельных компьютеров.

Недостатки:

1. Низкая скорость передачи данных.
2. Быстродействие зависит от количества подключенных устройств.
3. Низкая безопасность, т.к. данные с одного компьютера можно увидеть с другого, находящегося в сети.

Одноранговая сеть и клиент-сервис

На практике при создании локальной вычислительной сети в одном здании может быть использовано сочетание топологии. Благодаря сложной структуре можно эффективно и безопасно защитить данные, изолировав их от доступа в ветках подсетей и ограничив к ним доступ.   

Также существует две модели локальных вычислительных сетей: одноранговая и клиент-сервис.

В первом случае все компьютеры равны между собой, но при этом информация в них распределена. Т.е. пользователь любого компьютера сети может ограничить доступ к информации, находящейся на его устройстве. А доступными данными можно управлять с других компьютеров, например, распечатывать и изменять файлы и т.д.

Из преимуществ данной модели можно отметить ее простоту реализации и экономичность.

Но, не смотря на это, она имеет и ряд недостатков:

1. Низкая производительность при подключении большого количества устройств.
2. Отсутствие единой информационной базы.
3. Низкая безопасность.

При типе «клиент-сервис» имеется один или несколько главных компьютеров, которые управляют производительностью всей системы сети. Они используются для хранения информации и ее обработки. Такая модель обладает высокой скоростью сети, наличием единой информационной базы и системы безопасности.

Централизованная система

Представленный тип является наиболее распространенным и популярным.

Обратите внимание! При определенном количестве пользователей внутри сети все подсоединены к основному центру — так называемому серверу. Именно на нем находятся все архивы данных, через него принимается и передается информация между пользователями

• высокая скорость работы сетевого соединения;
• одна система, отвечающая за безопасность;
• единая база данных;
• простота в контроле и управлении подключением.

Как и любая другая, такая система имеет свои минусы:

• сервер, требующий постоянного контроля и своевременного обслуживания;
• необходимость в наличии администратора центрального компьютера;
• высокая стоимость серверного оборудования.

Виды

Выдуман миллион принципов поделить иерархические структуры цифровых мощностей. Ниже вводится ещё и понятие топологии, позволяющее продолжить ряд. Отсутствует резон приводить полный список неудобоваримых классификацией, утомляющих бессмысленностью читателя. Бытует практика различать следующие виды сетей:

1. Глобальные (всемирные).
2. Локальные.
3. Муниципальные (городские, областные).

Реально встречаются комбинированные варианты. Считаем общепринятую классификацию устаревшей, потерявшей физический смысл. Следует разделять 2 категории:

• ресурсы, наделённые доменными именами, составляющие интернет;
• прочие структурные формирования.

Рассмотрим ниже понятие доменного имени, пользуясь концепцией глобальных сетей.

Протяжённость

• Нательная составлена имплантами и носимыми гаджетами.
• Персональная объединяет устройства одного владельца.
• Локальная ограничена пределами офиса, завода. Эксперты единогласно называют пределом протяжённости 10 км.
• Кампусная охватывает несколько близлежащих зданий.
• Городская связывает абонентов населённого пункта.
• Глобальная помогает общаться населению планеты.

Архитектура

• Серверная. Клиенты пользуются услугами центрального ресурса, заведующего правами.
• Однораноговая. Типичным примером назовём пользователей торрент-клиентов.

• Звезда.
• Кольцо.
• Шина.
• Ячейки.
• Решётка.
• Двойное кольцо.
• Дерево.
• Жирное дерево.
• Гибрид.

• Windows.
• Cisco.
• UNIX.
• NetWare.

Централизованная система

Представленный тип является наиболее распространенным и популярным.

Обратите внимание! При определенном количестве пользователей внутри сети все подсоединены к основному центру — так называемому серверу. Именно на нем находятся все архивы данных, через него принимается и передается информация между пользователями

Плюсы данного типа:

• высокая скорость работы сетевого соединения;
• одна система, отвечающая за безопасность;
• единая база данных;
• простота в контроле и управлении подключением.

Как и любая другая, такая система имеет свои минусы:

• сервер, требующий постоянного контроля и своевременного обслуживания;
• необходимость в наличии администратора центрального компьютера;
• высокая стоимость серверного оборудования.

Монтаж домашних локальных компьютерных сетей топологии «шина»

Согласно стандартам, монтаж сетей с топологией «шина» может выполняться в соответствии с одной из следующих технологий. Каждая из них имеет свои важные особенности.

Обратите внимание! В обоих случаях регламентировано обязательное использование коаксиального кабеля. Но для 10BASE-2 применяется тонкий вариант, а для 10BASE-5 — толстый кабель

Монтаж локальных сетей топологии «шина» технологией 10BASE-2 Ethernet

Для одноранговой локальной сети с общей шиной используемые типы кабеля — RG-58 и PK-50. Этот вариант требует при монтаже меньших усилий по сравнению со вторым, но качество работы при этом ниже. Такой способ более выгоден для небольших домашних или офисных сетей. Они менее масштабны, но и стоят гораздо дешевле.

Здесь предусмотрены следующие ограничения:

• Имеет главный кабель, который может быть разбит на несколько сегментов (не более пяти), соединенных репитерами. Длина каждого из них не может превышать 185 метров.
• Общая длина главного кабеля, включающая в себя все сегменты, не должна превышать 925 метров.
• К каждому из отрезков коаксиального кабеля допустимо не более 30 подключений.

Важно! Определено минимальное расстояние между проводами, подсоединяющими соседние компьютеры к шине. Оно составляет 0,5 метра

Монтаж локальных сетей топологии «шина» технологией 10BASE-5 Ethernet

Этот вариант создания сети более дорогой, но у него имеется больше возможностей. Он допускает создание более масштабного соединения, отличается высокими надежностью и качеством работы.

У рассматриваемой технологии меньшие ограничения по сравнению с предыдущим вариантом.

Здесь должны быть соблюдены следующие правила:

• Количество сегментов может быть не больше пяти.
• Допустимая длина сегмента составляет 500 метров.
• Общая длина кабеля может доходить до 2,5 километра.
• Теперь возросло предельное количество устройств для подключения к каждому сегменту — теперь оно достигает ста устройств.
• Ближайшие компьютеры не могут подключаться к основному кабелю на расстоянии, меньшем 2,5 метра.

Важно! Для обоих рассматриваемых технологий максимальная пропускная способность составляет 10 Мбит в секунду. Еще одним достоинством варианта 10BASE-5 Ethernet является более высокая механическая прочность. Еще одним достоинством варианта 10BASE-5 Ethernet является более высокая механическая прочность

Еще одним достоинством варианта 10BASE-5 Ethernet является более высокая механическая прочность.

5.2. Локальные и глобальные сети эвм

Вычислительные сети классифицируются по территориальному признаку:

Локальная сеть (ЛВС или англ. LAN – Local Area NetWork) – сеть, которая объединяет компьютеры, как правило, одной организации, компактно расположенные в одном или нескольких зданиях. Размер локальной сети не превышает нескольких километров. Пропускная способность достигает 1000 Мбит/с.

Для соединения локальных сетей используются следующие устройства, различающиеся между собой по назначению и возможностям:

Мост – связывает две локальные сети. Передает данные между сетями в пакетном виде, не производя в них никаких изменений.

Маршрутизатор – объединяет сети с общим протоколом более эффективно, чем мост. Он позволяет расщеплять большие сообщения на более мелкие куски, обеспечивая тем самым взаимодействия локальных сетей с разным размером пакета.

Мостовой маршрутизатор – это гибрид моста и маршрутизатора, который сначала пытается выполнить маршрутизацию, где это возможно, а затем в случае неудачи переходит в режим моста.

Шлюз – в отличие от моста, применяется в случаях, когда соединяемые сети имеют различные сетевые протоколы. Поступившее в шлюз сообщение от одной сети преобразуется в другое сообщение, соответствующее требованиям следующей сети. Шлюзы не просто соединяют сети, а позволяют им работать как единая сеть. С помощью шлюзов также локальные сети подсоединяются к мэйнфреймам – универсальным мощным компьютерам.

Городская сеть (англ. MAN – Metropolitan Area NetWork) – сеть, которая обслуживает информационные потребности большого города.

Глобальная сеть (ГВС или англ. WAN – World Area NetWork) – сеть, соединяющая компьютеры, удаленные географически на большие расстояния друг от друга. Отличается от локальной более протяженными коммуникациями (спутниковыми, кабельными и др.) Глобальная сеть объединяет локальные сети. В общем случае компьютеры могут находиться в любой точке земного шара. Основное отличие глобальных сетей от локальных выражается в применении качественных линий связи.

Итак, интернет – это глобальная информационная структура. Интернет является и механизмом распространения данных, и средой взаимодействия между пользователями и компьютерами вне зависимости от их географического положения.

В настоящее время основу сети Интернет составляют высокоскоростные магистральные сети. Независимые сети подключаются к магистральной сети через точки сетевого доступа NAP (англ. Network Access Point). Независимые сети рассматриваются как автономные системы, то есть каждая их них имеет собственное администрирование и собственные протоколы маршрутизации.

Обычно в качестве автономных сетей выступают крупные, независимые национальные сети, например сеть EUNet, охватывающая страны Центральной Европы, сеть RUNet, объединяющая университеты России.

Отдельные участки Интернета представляют собой сети различной архитектуры, которые связываются между собой с помощью маршрутизаторов. Передаваемые данные разбиваются на небольшие порции, называемые пакетами. Каждый пакет перемешивается по сети независимо от других пакетов.

Сети в Интернете неограниченно коммутируются (связываются) друг с другом, поэтому все компьютеры, участвующие в передаче данных, используют единый протокол коммуникации TCPIP.

На самом деле протокол TCP/IP – это два разных протокола, определяющие различные аспекты передачи данных в сети:

— протокол TCP – протокол управления передачей данных, использующий автоматическую повторную передачу пакетов, содержащих ошибки; этот протокол отвечает за разбиение передаваемое информации на пакеты и правильное восстановление информации из пакетов отправителя;

— протокол IP – протокол межсетевого взаимодействия, отвечающий за адресацию и позволяющий пакету на пути к конечному пункту назначения проходить по нескольким сетям.

Схема передачи информации по протоколу TCP/IP: протокол TCP разбивает информацию на пакеты и нумерует все пакеты; далее с помощью протокола IP все пакеты передаются получателю, где с помощью протокола TCP проверяется, все ли пакеты получены; после получения всех пакетов протокол TCP располагает их в нужном порядке и собирает в единое целое.

Что такое топология сети?

Топология сети — это описание расположения узлов (например, коммутаторов и маршрутизаторов) и соединений в сети, часто представляемых в виде графика..

Независимо от того, насколько идентичны две организации, нет двух одинаковых сетей. Тем не менее, многие организации полагаются на устоявшиеся модели топологии сети. Топологии сети описывают, как устройства соединяются вместе и как данные передаются от одного узла к другому..

топология логической сети это концептуальное представление о том, как устройства работают на определенных уровнях абстракции. физическая топология подробно, как устройства физически связаны. Логические и физические топологии могут быть представлены как визуальные диаграммы. 

карта топологии сети это карта, которая позволяет администратору видеть физическое расположение подключенных устройств. Наличие карты топологии сети под рукой очень полезно для понимания того, как устройства соединяются друг с другом, и лучших методов устранения неполадок..

Существует много различных типов топологий, которые корпоративные сети построили сегодня и в прошлом. Некоторые из топологий сети, которые мы собираемся рассмотреть, включают топология шины, кольцевая топология, звездная топология, топология сетки, и гибридная топология.

Что необходимо для создания локальной сети?

Для создания несложной локальной сети у себя дома или в офисе нужно совсем не много:

• WiFi роутер
• компьютер с сетевой картой Ethernet (LAN/WAN)
• ноутбуки, смартфоны, ТВ приставки и другие девайсы с беспроводным адаптером

После этого необходимо произвести некоторые настройки на каждом из них, после чего можно пользоваться всеми преимуществами локальной сети — перекидывать файлы между устройствами, транслировать экран с одного на другое, играть по локальной сети, вести видеонаблюдения, создать файловый сервер и так далее. Подробно об этих конфигурациях вы сможете прочитать на нашем сайте.

Не помогло

Оборудование для создания LAN

Чтобы стать владельцем локальной сети, необходимо иметь кое-какое оборудование. Для самого простого LAN соединения вам необходимо:

• Несколько компьютеров, смартфонов, телевизоров или других устройств, которые выступят в качестве узлов. Они должны уметь подключаться к маршрутизатору по кабелю или с помощью Wi-Fi.
• Роутер, который будет обеспечивать LAN подключение сетевой средой, с помощью которой устройства и будут образовывать единую сеть.

Для создания же более сложной локальной сети понадобится дополнительное сетевое оборудование.

Кабель

Кабель, который объединяет два устройства локальной сети, является сегментом. Обычно встречается три разных типа таких кабелей:

• Витая пара. Наиболее часто встречающийся тип. Витая пара делится еще на два подтипа: неэкранированная и экранированная. Первый используется при передаче данных на небольшие расстояния. Обычно именно неэкранированный тип используется для построения локальной сети. Экранированная витая пара может передавать данные на большие расстояния, так как она куда сильнее защищена от помех и потерь данных при помощи дополнительного слоя фольги, в который обернуты проводки.
• Коаксиальный кабель практически не применяется в LAN соединениях на данный момент. Он состоит из медного проводка, который дополнительно защищен внешней оболочкой и металлической оплеткой.
• Оптический кабель обеспечивает максимальную скорость передачи информации. Он не позволяет получить доступ к данным извне, ведь они передаются по нему не при помощи электрического сигнала, а в виде фотонов.

Сетевая карта

Сетевая карта предназначена для преобразования информации в пакеты данных, которые должны быть отправлены по определенному адресу. Благодаря сетевой карте данные от кабеля могут доходить до принимающего компьютера.

Устройство работает по достаточно простой схеме. Сначала карта преобразует данные и отправляет их по кабелю в пункт назначения, далее устройство на другом компьютере преобразует электрические сигналы обратно в желаемый формат.

Затем идет проверка адреса получателя и, наконец, в случае его подтверждения сведения передаются операционной системе.

Концентратор

Концентраторы необходимы для образования звездообразной локальной сети. К концентратору могут подключаться два (в таком случае концентратор будет являться мостом) или более устройств.

Информация, которая будет отправлена компьютером через концентратор, будет принята не конкретным ПК, а всеми устройствами, которые подключены к данной локальной сети.

Существует два типа концентраторов: пассивный, который не обрабатывает данные перед дальнейшей отправкой, и активный, который обеспечивает обработку потока информации.

Коммутатор

Коммутатор обеспечивает более высокую скорость передачи данных между узлами локальной сети.

По мере доставления информации коммутатор составляет таблицу, состоящую из адресов различных компьютеров, а также указаний об их принадлежности к определенному сегменту. Когда коммутатор получает данные от одного из компьютеров, он использует таблицу для повышения скорости передачи информации.

Маршрутизатор

В отличие от коммутатора, который использует для создания таблицы MAC-адреса, маршрутизатор также включает нее данные об IP-адресах. Маршрутизатор способен анализировать заголовки пакетов данных и строить наилучшие маршруты для их доставки, что позволяет получить высокие скорости передачи информации.