Топология звезда описание кратко

Обновлено: 05.07.2024

Local Area Network (LAN) — компьютерная сеть, сосредоточенная на относительно небольшой территории, ограниченной радиусом обычно в несколько километров (например: дом, школа, лаборатория, офис). В общем случае локальная сеть представляет собой коммуникационную систему, принадлежащую одной организации.
Также существуют локальные сети, узлы которых разнесены географически на расстояния более 12 500 км (космические станции и орбитальные центры).

Основные характеристики LAN:

высокая скорость передачи данных
большая пропускная способность
низкий уровень ошибок передачи
использование качественных и хорошо защищенных линий связи (с ростом числа компьютеров стоимость может значительно увеличиться, поэтому LAN обычно содержат до нескольких десятков узлов)
эффективный механизм управления обменом по сети
заранее ограниченное количество компьютеров

WAN, в отличие от LAN, рассчитаны на неограниченное число абонентов, соответственно при конфигурации сети могут быть использованы не слишком качественные каналы связи, отсюда повышение числа ошибок и снижение пропускной способности. В WAN скорость передачи данных может быть значительно ниже, а механизм управления обменом не может быть достаточно эффективным, так как заранее не известно количество подключенных компьютеров. В целом, в WAN гораздо важнее не качество связи, а сам факт ее существования.

Топология сети описывает конфигурацию компонентов сети и их связи. Топологическая структура сети делится на две основные категории: физическую и логическую.

Физическая топология описывает: схему прокладки кабеля, расположение узлов и взаимосвязи между ними. Физическая топология сети определяется возможностями устройств доступа, желаемым уровнем контроля и толерантности к ошибками, а так же стоимостью всех необходимых материалов. а логическая — движение сигнала между узлами в рамках заданной физической топологии.

Логическая топология, напротив, описывает поведение сигнала в сети или путь, которым движутся данные в сети от одного устройства к другому, независимо от их физической взаимосвязи. В многих случаях логическая топология не совпадает с физической, в том числе и потому, что она может динамически изменяться в соответствии с изменениями в конфигурации маршрутизаторов и коммутаторов.

В частности, каждый узел LAN имеет как минимум одну физическую связь с другими компонентами сети. Изображение этих связей в виде графа используется для описания физической топологии. С другой стороны, фиксируя движение сигнала между компонентами, определяют логическую топологию данной сети.

Полносвязной называется сеть, где каждый компьютер непосредственно связан со всеми остальными. Такая конфигурация очень громоздка и неэффективна, так как каждый компьютер должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи со всеми остальными. Но плюсом такой сети является устойчивость к поломке отдельных компонентов: сеть не перестанет функционировать из-за неисправности одного компьютера.

Существует несколько различных неполносвязных топологий. При конфигурации LAN в основном используются следующие: шина (bus), звезда/хаб (star/hub), кольцо (ring). В неполносвязных топологиях передача данных может осуществляться не напрямую между компьютерами, а через дополнительные узлы.

В данной топологии все рабочие стации подсоединены к общему кабелю (называемому магистраль или шина). Данные, сгенерированные на одном из компьютеров, отправляются через шину во все остальные. Чтобы сигнал не отражался обратно, на концах шины должны стоять специальные терминаторы, поглощающие сигнал.
Преимущества:

низкий расход кабеля
устойчивость сети к неисправностям отдельных узлов
простота настройки и конфигурации

неустойчивость сети к неисправности кабеля
ограничение длины кабеля и количества рабочих станций, связанное с затуханием сигнала
низкая производительность, обусловленная разделением канала между всеми абонентами
большое количество коллизий пакетов

На текущий момент данная топология применяется крайне редко.

простота подключения нового узла
возможность централизованного управления
устойчивость сети к неисправностям отдельных узлов и кабелей, так как каждый кабель соединяет только узел с хабом

неустойчивость сети к неисправности хаба
высокий расход кабеля
ограничение числа узлов, связанное с пропускной способностью хаба

простота подключения нового узла (за исключением того, что необходимо останавливать всю сеть на время подключения)
низкий расход кабеля
простота настройки и конфигурации
утойчивость к перегрузкам и большим потокам информации
малое количество коллизий

неустойчивость сети к неисправности кабеля и неисправности рабочих станций

Данная топология редко используется в чистом виде из-за своей ненадежности, на практике применяются ее различные модификации. Например, станции соединяются двумя параллельными линиями связи, передающими информацию в противоположных направлениях. Так увеличивается скорость передачи и устойчивость сети.

Смешанной называется топология, преобладающая в крупных сетях с произвольными связями между компьютерами. В таких сетях можно выделить отдельные произовльно связанные фрагменты (подсети), имеющие типовую топологию.

простота расширения
простота поиска обрывов и неисправностей
устойчивость к неисправностям отдельных компьютеров

неустойчивость к неисправности шины и хабов

Логическая топология данной сети — классическая шина.

простота расширения
простота поиска обрывов и неисправностей
устойчивость к неисправностям отдельных компьютеров
высокая пропускная способность

неустойчивость к неисправности шины и хабов

Логическая топология данной сети — классическое кольцо.

Топологии сетей: шина, звезда, кольцо

Вы будете перенаправлены на Автор24

Шина, звезда, кольцо — это методы объединения компьютерного оборудования в единую сеть.

Введение

Сетевой топологией является метод отображения конфигурации сети, схематическое представление сети и взаимных связей между оборудованием, которое входит в её состав. Сетевая топология может быть представлена следующими видами:

Физическая топология, представляющая фактическое расположение оборудования и взаимные связи между сетевыми узлами.
Логическая топология, представляющая сигнальное взаимодействие в области физической топологии.
Информационная топология, представляющая описание движения потоков информации внутри сети.
Топология регулирования обменов, описывающая принципы переадресации прав на использование сети.

То есть, сам термин топология сети означает методы соединения компьютерного оборудования в единую сеть. Помимо этого, понятие топологии состоит из множества правил, определяющих местоположение компьютеров, методы прокладки кабеля, методы размещения связующего оборудования и ещё много другого. На текущий момент сформированы и опробованы на практике следующие типы базовых топологий:

Топология шина, именуемая также топологией общая шина или магистраль, подразумевает применение единого кабеля, к которому подключена каждая рабочая станция, как показано на рисунке ниже.

Готовые работы на аналогичную тему

Сравнительно простая настройка.
Относительно простой монтаж и небольшая стоимость, особенно когда все рабочие станции расположены сравнительно недалеко друг от друга.
Неисправность на одной или нескольких рабочих станциях никак не влияет на работоспособность всей сети.

Неисправности в самой шине (в любом её месте), такие как, например, обрыв кабеля, выход из строя сетевых коннекторов, ведут к полному отказу сети.
Достаточно сложный процесс поиска неисправностей.
Низкий уровень производительности, поскольку в любой момент времени только один компьютер способен транслировать данные в сеть, с возрастанием количества рабочих станций производительность сети снижается.
Наличие плохой масштабируемости, так как чтобы добавить новую рабочую станцию нужно менять участки имеющейся шины.

К достоинствам кольцевой топологии следует отнести:

Простоту установки.
Фактически полное отсутствие дополнительного оборудования.
Устойчивое функционирование без заметного падения скорости информационного обмена при интенсивной загрузке сети.

Тем не менее, кольцевая топология обладает и определёнными недостатками:

Все рабочие станции обязаны принимать активное участие в пересылке информации. Если выходит из строя хотя бы одна из рабочих станций или происходит обрыв кабеля, то работа всей сети прекращается.
При подключении новой рабочей станции требуется краткосрочное прекращение работы всей сети, так как при установке нового персонального компьютера кольцо необходимо разомкнуть.
Наличие сложной процедуры конфигурирования и настройки.
Сложная процедура поиска неисправностей.

Кольцевая топология сети применяется достаточно нечасто. Она в основном используется в оптоволоконных сетях стандарта Token Ring.

Компьютерные сети

Топология звезда получила широкое распространение, используется для сетей разной сложности — от домашних и фоисных, до многоуровневых на крупных предприятиях. Схема с центральным узлом упрощает добавление новых абонентов и масштабирование ЛВС, удобна в обслуживании и администрировании.

Принцип работы

Топология компьютерной сети звезда получила название за сходство со стилизованным изображением этой многолучевой фигуры. В ее представлении в графическом виде обязательно присутствуют:

центральный узел локальной сети, базовый элемент схемы;
периферийные узлы – рабочие станции пользователей, сетевое оборудование (принтеры, факсы и пр.);
каналы связи между центральным узлом и периферией, образующие лучи звезды.

Обмен в локальной сети при такой топологии осуществляется только через центральный узел. Непосредственная связь между остальными устройствами отсутствует.

Принцип работы и характеристики ЛВС определяет архитектура базового элемента. В этой роли используют:

сетевой концентратор (hub, хаб):
коммутатор (switch, свитч), управляемый или неуправляемый:
активное оборудование (сервер, интеллектуальный коммутатор, маршрутизатор).

Нередко пользователя интересуют вопросы, что такое концентратор и коммутатор, чем они отличаются в реализации ЛВС. Прежде всего, при использовании концентраторов и коммутаторов или активного оборудования принципиально разнятся алгоритмы работы сети.

Звезда с концентратором (хабом)

Концентратор (хаб) – простейшее оборудование для организации центральной точки подключения оборудования ЛВС. В устройстве реализован следующий алгоритм:

Хаб принимает пакет от одного из узлов.
Отправляет его на все порты.
Адресат (компьютер или другое оборудование) обрабатывает пакет.
Остальные устройства его игнорируют.

Звездообразная схема в такой реализации имеет следующие характерные особенности:

Трафик в сети – широковещательный.
Физическая топология – звезда, логическая – общая шина (за счет одновременной трансляции входящего пакета на все порты хаба, его получают все участники сети, одновременное обслуживание запросов нескольких узлов невозможно).
Пропускная способность хаба распределяется между подключенными в порты хостами. При этом время ожидания обработки запроса оказывается случайной величиной и определяется длиной очереди, Средняя пропускная способность для периферийных узлов зависит от числа задействованных портов концентратора – обратно пропорциональна их количеству.

Еще один существенный недостаток такой организации – низкий уровень безопасности. При широковещательном трафике могут быть перехвачены и проанализированы все пакеты, что упрощает вероятность их расшифровки и получения посторонними конфиденциальной информации.

Среди достоинств схем с концентраторами – простота построения ЛВС (не требуется предварительной настройки оборудования) и низкая цена центрального устройства.

Аналогично хабу (с мультиплексированием) работают точки доступа Wi-Fi при одновременном использовании несколькими мобильными терминалами одного из доступных каналов.

Звезда с коммутатором

Для сетевой топологии звезда с большим числом рабочих станций и возможностью масштабирования чаще используют коммутаторы. В отличие от хаба, свитч:

В процессе обмена составляет и заносит в ассоциативную память карту портов (MAC-адресов хостов, подключенных к каждому).
Принимает пакет от отправителя.
Анализирует его в соответствии с алгоритмом коммутации.
Отправляет по адресу получателя.

При такой организации:

Трафик приобретает свойства селективного (от отправителя непосредственно получателю). Исключение составляют пакеты, адресованные хостам, MAC-адреса которых не занесены в таблицу коммутатора (например, на начальном этапе обучения, когда она не сформирована полностью). В этом случае сохраняется широковещательный характер.
Возможна обработка запросов нескольких узлов ЛВС одновременно.
Логическая топология преобразуется от общей шины к гибридной (звезда+шина).
Увеличивается пропускная способность каждого из каналов, снижается латентость (время задержки).
Появляется возможность ассиметричной коммутации, с увеличением ширины полосы пропускания для отдельных портов интерфейса.
Повышается скорость обмена (за счет исключения передачи информации участникам, которым она не предназначена) и безопасность (уменьшение объемов широковещательного трафика сокращает вероятность перехвата и дешифровки пакетов).

На время задержки и надежность информационного обмена влияют используемые алгоритмы коммутации:

Cut-trough (со сквозной передачей). При анализе пакета коммутатор распаковывает только адрес получателя и транслирует информацию без дальнейшей обработки. Обладает максимальной производительностью, но не позволяет выявить ошибки пересылаемых данных.
Store&Forward (хранение и пересылка). Производится промежуточное сохранение данных, распаковка пакета с проверкой его целостности, при отсутствии ошибок – отправка адресату. Обеспечивается максимальная надежность (достоверность данных) но с увеличением общей задержки.
Fragment-Free (без фрагментирования). Позволяет устранить коллизии за счет проверки длины кадра на минимальную длину (64 бита). Читаются только первые 64 бита, все кадры длиннее пересылаются получателю, короче – игнорируются. В результате достигается компромисс между скоростью и надежностью обмена.

Таким образом, коммутатор как центральный узел топологии звезда обеспечивает улучшение производительности и скорости обмена, повышение надежности обмена и его безопасности по сравнению с концентраторами. Это позволяет увеличивать число портов в одном устройстве, стекировать их при значительном числе рабочих станций в ЛВС, без проблем реализовывать как одноранговые, так и иерархические сети, для которых требуется увеличенная пропускная способность для серверных лучей звезды.

Активная

Топология активная или истинная звезда предполагает использование в качестве центрального узла оборудования, осуществляющего не просто трансляцию пакетов, но и принимающего участие в обмене (точнее, осуществляет полное управление последним). Принципиальное отличие активного оборудования – использование более высокого (как минимум, третьего) уровня модели OSI, по сравнению с первым или вторым, с которым работают, соответственно, концентраторы и коммутаторы.

Как центральное оборудование для развертывания активной звездообразной топологии выступают:

выделенные серверы на базе мощных компьютеров;
интеллектуальные полностью управляемые коммутаторы, использующие II и III уровень модели OSI;
маршрутизаторы.

Они получают функции:

Полной маршрутизации внутреннего трафика (используется достаточно редко при высоких требованиях к надежности и безопасности информационного обмена).
Управления внутренним адресным пространством – раздачи адресов абонентам ЛВС (DHCP-сервера).
Создания виртуальных сетей и туннелирования.
Балансировки трафика (например, с использованием протокола QoS) и придания ему асимметрии.
Ограничения скорости на портах вплоть до полной блокировки.
Отслеживания штормов и петель.
Разграничения прав доступа к отдельным хостам или группам адресов для абонентов.

Сеть, использующая топологию активная звезда, обладает большей устойчивостью, обеспечивает высокую производительность, надежность и безопасность. Серьезный недостаток такой схемы – цена решения, выше, чем при работе в структуре с пассивным оборудованием. Кроме того, активные устройства требуют настройки и квалифицированного администрирования.

Пассивная

Топология пассивная звезда использует как центральный хост хаб или коммутатор (управляемый или неуправляемый). Пассивное оборудование (собственно, и давшее название схеме) не участвует в управлении трафиком вовсе или реализует ограниченный набор функций его администрирования.

Решение выигрывает у активной по цене, но проигрывает по пропускной способности, надежности и безопасности.

На базе концентраторов строят домашние или небольшие офисные сети, свитчи применяют в ЛВС крупных предприятий для организации сегментов и подсетей.

Применение топологии

Топология звезда стала наиболее распространенной схемой построения локальных сетей различного масштаба. Ее используют при организации сетей:

Одноранговых домашних или для небольших офисов.
Беспроводных, как защищенных (частных), так и общедоступных. Центральным узлом в них выступает Wi-Fi роутер (точка доступа).
Структурированных (иерархических) для купных предприятий и организаций. Причем касается это не только компьютерных ЛВС управления бизнес-процессами, но и АСУ ТП, в состав которых входит технологическое оборудование.

Оборудование, задействованное в техпроцессах, работает как с распространенными стандартами связи (Wi-Fi, Ethernet), так и с промышленными, например RS-485, ProfiBUS, ModBUS и аналогичными. Хотя последние и принято относить к шинным коммуникациям (BUS в названии), однако участки, где требуется повышенная надежность, реализуют по звездообразной топологии с центральными контроллерами.

Сравнение с другими типами

Решение в пользу конкретной базовой топологии при реализации ЛВС определяют достоинства и недостатки каждого решения.

При сравнении учитывают такие факторы:

Организацию связи между хостами – возможность работы в различных средах передачи, необходимость прокладки индивидуальных кабелей, использование стандартов связи и протоколов, производительность, скорость обмена.
Масштабируемость сети – добавление новых рабочих станций, сегментов и подсетей.
Длина коммуникационных линий.
Наличие критических точек и связей.
Устойчивость и надежность на физическом уровне – способность ЛВС функционировать при выходе из строя абонентского оборудования или разрыве связей.
Устойчивость и надежность на логическом и информационном уровне – возможность устранения коллизий, отсеивания поврежденных пакетов, построения маршрутов в условиях отказа части оборудования и каналов, работы в критических условиях и пр.

Достоинства

Топология звезда выигрывает в сравнении с большинством других базовых.

По масштабируемости

Для звезды вопрос добавления сегмента или подсети решается простым соединением центральных точек.
В шине на физическом уровне требуется аналогичное действие – соединение двух точек, но на уровне передачи сигналов придется позаботиться о допустимой длине связей и пропускной способности общего канала.
Для кольца потребуется полная реорганизация связей, обработки маркеров и пакетов данных.
В ячеистой топологии задача еще сложнее – для добавляемой группы узлов необходимо обеспечить соединения и правила обмена, отвечающие условиям конкретной сети (например, количество альтернативных маршрутов).

По устойчивости и надежности при отказе клиентского оборудования или обрыве каналов

Сеть по топологии кольцо при отказе одного из узлов или обрыве связи гарантированно выходит из строя. В системах с общей шиной вероятность подобного исхода достаточно высока – незаглушенные терминаторами места обрыва или сбойные адаптеры на ПК становятся источниками коллизий, полностью парализующих обмен.

Звезда в этом случае сохраняет работоспособность – из обмена исключает только сбойный хост или узел, с которым нарушено физическое соединение.

По простоте администрирования

В общем случае и шинная, и кольцевая и ячеистая топологии рассматриваются как децентрализованные. Администрирование трафика требует настроек и мониторинга на каждом хосте или значительном числе узлов.

При использовании активной или истинной звезды эти задачи решаются на центральном узле. Однако пассивная звезда, особенно работающая через хаб, этого преимущества не имеет.

Недостатки

По некоторым показателям топология звезда уступает другим базовым, например:

По простоте организации сети, особенно кабельной, кольцо и шина существенно выигрывают, поскольку не требуют прокладки каналов от центрального хоста к каждому из периферийных. Уступает звезде в этом отношении только ячеистая структура, особенно, полносвязная.
По затратам. Дополнительные кабельные каналы, усилители сигналов, и, главное, центральное оборудование существенно повышают цену организации звездообразной сети, в сравнении с шинной и кольцевой. При прочих равных по этому показателю звезде проигрывает только mesh-система.
Наличие критической точки. Нарушение работоспособности центрального узла приведет к отказу всей сети.

Таким образом, топология звезда заслуженно стала основной для ЛВС любого масштаба – от домашних до промышленных. Ее используют в кабельных и беспроводных сетях, с пассивным и активным оборудованием центрального узла. В большинстве случаев плюсы и минусы решения позволяют достигнуть существенного улучшения показателей скорости обмена, устойчивости, надежности и безопасности.

Термин топология сети означает способ соединения компьютеров в сеть. Вы также можете услышать другие названия – структура сети или конфигурация сети (это одно и то же). Кроме того, понятие топологии включает множество правил, которые определяют места размещения компьютеров, способы прокладки кабеля, способы размещения связующего оборудования и многое другое. На сегодняшний день сформировались и устоялись несколько основных топологий. Из них можно отметить “шину”, “кольцо” и “звезду”.

Топология “шина”

Достоинства топологии “шина”:

простота настройки;
относительная простота монтажа и дешевизна, если все рабочие станции расположены рядом;
выход из строя одной или нескольких рабочих станций никак не отражается на работе всей сети.

Недостатки топологии “шина”:

неполадки шины в любом месте (обрыв кабеля, выход из строя сетевого коннектора) приводят к неработоспособности сети;
сложность поиска неисправностей;

Именно по топологии “шина” строились локальные сети на коаксиальном кабеле . В этом случае в качестве шины выступали отрезки коаксиального кабеля, соединенные Т-коннекторами. Шина прокладывалась через все помещения и подходила к каждому компьютеру. Боковой вывод Т-коннектора вставлялся в разъем на сетевой карте. Вот как это выглядело:Сейчас такие сети безнадежно устарели и повсюду заменены “звездой” на витой паре, однако оборудование под коаксиальный кабель еще можно увидеть на некоторых предприятиях.

Топология “кольцо”

Достоинства кольцевой топологии:

простота установки;
практически полное отсутствие дополнительного оборудования;
возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети.

Однако “кольцо” имеет и существенные недостатки:

каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации; в случае выхода из строя хотя бы одной из них или обрыва кабеля – работа всей сети останавливается;
подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, поскольку во время установки нового ПК кольцо должно быть разомкнуто;
сложность конфигурирования и настройки;
сложность поиска неисправностей.

Кольцевая топология сети используется довольно редко. Основное применение она нашла в оптоволоконных сетях стандарта Token Ring.

Топология “звезда”

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.

Топология “звезда” на сегодняшний день стала основной при построении локальных сетей. Это произошло благодаря ее многочисленным достоинствам:

выход из строя одной рабочей станции или повреждение ее кабеля не отражается на работе всей сети в целом;
отличная масштабируемость: для подключения новой рабочей станции достаточно проложить от коммутатора отдельный кабель;
легкий поиск и устранение неисправностей и обрывов в сети;
высокая производительность;
простота настройки и администрирования;
в сеть легко встраивается дополнительное оборудование.

Однако, как и любая топология, “звезда” не лишена недостатков:

Звезда – самая распространенная топология для проводных и беспроводных сетей. Примером звездообразной топологии является сеть с кабелем типа витая пара, и коммутатором в качестве центрального устройства. Именно такие сети встречаются в большинстве организаций.

Читайте также: