TOPOLOGIE DATOVÝCH SÍTÍ

Transkript

1 TOPOLOGIE DATOVÝCH SÍTÍ Topologie sítě charakterizuje strukturu datové sítě. Popisuje způsob, jakým jsou mezi sebou propojeny jednotlivá koncová zařízení (stanice) a toky dat mezi nimi. Topologii datových sítí můžeme chápat ze dvou hledisek: Fyzická topologie Popisuje, jakým způsobem jsou jednotlivá zařízení mezi sebou propojena. Určuje konkrétní typy pasivních síťových prvků (kabely, spojky, konektory, zásuvky, ukončovací prvky, antény, atd.), aktivních síťových prvků (např. síťový adaptér, switch, hub, konvertor, atd.) a jejich vzájemné propojení. Každý uzel 1 v síti má jednu nebo více fyzických propojovacích linek k dalším zařízením v síti. Výsledkem grafického mapování těchto linek je geometrický tvar, který může být použit k popisu a znázornění fyzické topologie sítě. Logická topologie Zobrazuje tok dat mezi jednotlivými síťovými uzly, bez ohledu na fyzickou konstrukci sítě. Logická topologie nemusí nutně odpovídat schématu fyzické topologie sítě. Topologie ovlivňuje vlastnosti výsledné datové sítě, především přenosovou rychlost, přístupovou metodu ke komunikačnímu kanálu jednotlivých stanic a spolehlivost komunikace mezi jednotlivými stanicemi. Fyzická topologie datové sítě (LAN) Sdílené spoje Spojení zprostředkovává jediný přenosový kanál (sběrnice), ke kterému jsou připojeny všechny uzly sítě. Má nízké pořizovací náklady, avšak omezenou rychlost přenosu a také v ní může docházet ke kolizím. Je vhodná spíše pro malé a dočasné sítě. Kolize = V daný okamžik může do sítového segmentu (části sítě) vysílat data pouze jedno koncové zařízení. V případě, že data začne vysílat v tutéž dobu i jiné zařízení, je detekována tzv. kolize. Dojde ke zkreslení (znehodnocení) přenášených dat sítí. Každé síťové rozhraní má implementovány metody přístupu ke komunikačnímu kanálu, které umožňují kolizi detekovat a zamezit ji. Dvoubodové spoje Tyto síťové topologie používají permanentní spoj mezi dvěma koncovými body. 1 Síťový uzel (angl. node) = označení pro zařízení v datových sítích, které slouží k jejich propojování nebo jako koncová stanice.

2 1. Sběrnicová topologie (BUS topology) Tato topologie je popsána v rámci síťového standardu Ethernet (IEEE 802.3) pro LAN. Typickým znakem sběrnicové topologie je jedno přenosové (páteřní) vedení, které tvoří sběrnici, ke kterému jsou připojeny veškeré prvky dané sítě. Jednotlivé stanice se k vedení připojují pomocí odbočovacích (resp. spojovacích) prvků, tzv. T-konektorů. Jako vedení se používá sdílené přenosové médium koaxiální kabel (Z 0 = 50 Ω), který je zakončen BNC konektorem. Vedení je vždy nutné zakončit tzv. terminátorem (impedance Z = 50 Ω), který zabraňuje zpětnému odrazu signálu a následnému útlumu signálu na vedení. Hlavním problémem této topologie je kolize. Jedná se o stav, kdy v síti chtějí vysílat dvě stanice ve stejnou chvíli. Aby se těmto kolizím předcházelo, je zapotřebí, aby každá připojená stanice používala protokol CSMA/CD. Jedná se o protokol pro přístup ke komunikačnímu kanálu (přesněji algoritmus implementovaný síťovému adaptéru), kdy stanice ověřuje, zdali je přenosová linka volná pro vysílání dat. jednoduchá realizace sítě a připojování dalších stanic, malé náklady na realizaci sítě, není nutný aktivní prvek řídící komunikaci v síti (např. hub nebo switch), topologie vhodná pro malé a dočasné sítě. při poškození (přerušení) vedení vypadne komunikace v celé síti obtížně se hledá závada, omezená délka kabelu i počtu připojených stanic, s přibývajícím počtem stanic, klesá datová propustnost sítě, vysílanou informaci přijímají všechny stanice v síti zbytečné zatěžování sítě. Tento způsob zapojení LAN se v dnešní době již v podstatě nepoužívá.

3 2. Kruhová topologie (RING topology) Kruhová topologie je navržena tak, že jednotlivé stanice jsou navzájem propojeny a tvoří uzavřený kruh. To znamená, že každá stanice je vždy propojena s dalšími dvěma stanicemi. Data v této síti procházejí pouze jedním směrem od vysílající stanice přes všechny stanice v síti (nízká efektivita sítě), avšak mohou si je přečíst jen ty stanice, kterým data náleží. Pro připojení jednotlivých zařízení k síti se používají stejné pasivní prvky jak u sběrnicové topologie (koaxiální kabel, BNC konektor, T-konektor). Výhodou oproti sběrnicové topologii je, že každá stanice funguje jako opakovač (zesiluje přenášený signál) a posílá ho dál. nevznikají kolize = sítí společně s daty obíhá speciální paket (token) a právo na vysílání dat má pouze ta stanice, která jej momentálně vlastní. Po odeslání dat stanice předává token následující stanici. malé náklady na realizaci sítě, není nutný aktivní prvek řídící komunikaci v síti (např. hub nebo switch), odpadá potřeba ukončovat síť pomocí terminátorů. data musí projít přes všechny stanice zbytečné omezování přenosové kapacity sítě, při poruše nebo odpojení stanice či datového kabelu dojde k výpadku celé sítě, obtížně se hledá závada v síti, při přidávání nové stanice dojde k výpadku komunikace v celé síti, token je předáván vždy následující stanici, která však nemusí mít požadavek na vysílání dat. Naopak stanice, která chce data prioritně vysílat, musí počkat, až obdrží token.

4 3. Hvězdicová topologie (STAR topology) Tato topologie připomíná svým zapojením hvězdici. Skládá se ze samostatných kabelů (kroucená dvojlinka), které vedou od stanice k rozbočovači (HUB) nebo přepínači (SWITCH). V současné době se jedná o nejpoužívanější základní topologii pro vytvoření LAN. SWITCH data nasměruje pouze ke správnému příjemci podle jeho MAC adresy v hlavičce datového rámce. Odpadá tedy nutnost přenosu dat přes všechny připojené stanice v síti, jako tomu je např. u kruhové topologie. Naproti tomu HUB data zasílá všem připojeným stanicím v síti, i když jim data nejsou určena, avšak přečíst si je může jen skutečný příjemce. Dochází tedy ke stejnému zatěžování sítě jako u kruhové topologie. Schéma fyzické a logické topologie se v takovém případě liší. Z hlediska toku dat je tedy logická topologie sítě stále sběrnicová, neboť HUB zasílá datové rámce všem v síti. Z tohoto důvodu se HUB v současné době již nepoužívá! U hvězdicové topologie se pro spojení jednotlivých stanic používá vyhrazené přenosové médium kroucená dvojlinka (obvykle UTP kabel) se 4 páry vodičů, zakončená konektorem RJ45. Pro samotný přenos dat se využívá 2 párů vodičů pro každý směr je vyhrazen 1 pár vodičů. Pro správnou funkci hvězdicové topologie sítě je nutný aktivní prvek sítě (obvykle SWITCH). selhání jedné připojené stanice nezpůsobí výpadek celé sítě (snadné nalezení poruchy), při použití SWITCHe nedochází ke kolizím v síti, snadné vytvoření sítě a připojování stanic k této síti, nutnost použití aktivního prvku (SWITCH) pro řízení přenosu dat sítí, větší spotřeba kabeláže porucha či výpadek napájení centrálního SWITCHe nebo HUBu způsobí ochromení celé sítě.

5 4. Stromová topologie (TREE topology) Stromová topologie je složena z několika sítí hvězdicové topologie, které jsou vzájemně propojeny pomocí HUBu nebo SWITCHe. Stromová topologie má tedy stejné výhody i nevýhody jako má hvězdicová topologie. Tento druh topologie se využívá zejména ve velkých firmách a institucích, kdy jednotlivé hvězdicové části sítě, představují např. místnost, patro nebo oddělení. 5. Smíšená topologie (MESH topology) Jedná se o topologii, u níž je každá stanice propojená s každou, která je připojena do sítě (full mesh) nebo může být použita alternativa, kdy se některé spoje vynechají (částečný mesh). Výhodou této topologie je velká spolehlivost. Když dojde k poruše některého spoje, data si k příjemci najdou jinou cestu. Příkladem této topologie může být například celosvětová síť Internet, telekomunikační sítě a bezdrátové sítě. selhání jednoho spoje neochromí celou síť (vysoká spolehlivost). obtížná a nákladná instalace sítě, větší spotřeba kabeláže (neplatí u bezdrátových sítí).