Выбор топологии и строения сети. Выбор топологии локальной сети Выбор топологии построения сети организации

В задании нам предлагается разработать сеть на основе сервера, поэтому дадим краткую характеристику таких сетей.

Серверные среды характеризуются наличием в сети серверов, обеспечивающих защиту сети и ее администрирование. Серверы могут выполнять множество ролей.

В Windows NT серверные сети организованы в так называемые домены. Домен - это совокупность сетей и клиентов, совместно использующих информацию системы защиты. Защитой домена и полномочиями на регистрацию управляют специальные серверы - контроллеры домена. В домене имеется один контроллер, называемый основным (PDC, Primary Domain Controller), и вспомогательные резервные контроллеры (BDC, Backup Domain Controller), которые выполняют функции контроллера домена, когда PDC занят или недоступен.

Ни один из компьютеров в сети не сможет обращаться к разделяемым ресурсам сервера, пока не пройдет аутентификацию на контроллере домена.

Преимущества серверных сетей

Серверные сети имеют такие преимущества, как:

Сильная централизованная защита

Центральное хранилище файлов, благодаря чему все пользователи могут работать с

одним набором данных, а резервное копирование важной информации значительно упрощается

Возможность совместного использования серверами доступного аппаратного и программного обеспечения снижает общие затраты

Способность совместного использования дорогого оборудования, например лазерных принтеров

Оптимизированные выделенные серверы функционируют в режиме разделения ресурсов быстрее, чем одноранговые узлы

Менее назойливая система защиты - доступ к разделяемым ресурсам всей сети -

обеспечивается по одному паролю

Освобождение пользователей от задачи управления разделяемыми ресурсами

Простая управляемость при большом числе пользователей

Централизованная организация, предотвращающая потерю данных на компьютерах

Недостатки серверных сетей

Серверным сетям присущи и некоторые недостатки, которые в основном относятся к стоимости серверного оборудования:

Дорогое специализированное аппаратное обеспечение

Дорогостоящие серверные ОС и клиентские лицензии

Как правило, требуется специальный администратор сети.

3.2Выбор топологии

Топология сети - это ее физическая схема, отображающая расположение узлов и соединение их кабелем. Каждая топология имеет собственные сильные и слабые стороны. Выделяют четыре основные сетевые топологии:

Звездообразная;

Кольцевая;

Ячеистая (сотовая).

Шинная топология

Шинная топология часто применяется в небольших, простых или временных сетевых инсталляциях.

В типичной сети с шинной топологией кабель содержит одну или более пар проводников, а активные схемы усиления сигнала или передачи его от одного компьютера к другому отсутствуют. Таким образом, шинная топология является пассивной. Когда одна машина посылает сигнал по кабелю, все другие узлы получают эту информацию, но только один из них (адрес которого совпадает с адресом, закодированным в сообщении) принимает ее. Остальные отбрасывают сообщение.

В каждый момент времени отправлять сообщение может только один компьютер, поэтому число подключенных к сети машин значительно влияет на ее быстродействие. Перед передачей данных компьютер должен ожидать освобождения шины. Указанные факторы действуют также в кольцевой и звездообразной сетях.

Еще одним важным фактором является Поскольку шинная топология является пассивной, электрический сигнал от передающего компьютера свободно путешествует по всей длине кабеля. Без оконечной нагрузки сигнал достигает конца кабеля, отражается и идет в обратном направлении. Такое эхоотражение и путешествие сигнала туда и обратно по кабелю называется зацикливанием (ringing). Для предотвращения подобного явления к обоим концам кабельного сегмента подключается Терминаторы поглощают электрический сигнал и предотвращают его отражение. В сетях с шинной топологией кабели нельзя оставлять без оконечной нагрузки.

Преимущества шинной топологии

Она надежно работает в небольших сетях, проста в использовании и понятна.

Шина требует меньше кабеля для соединения компьютеров и потому дешевле, чем другие схемы кабельных соединений.

Шинную топологию легко расширить. Два кабельных сегмента можно состыковать в один длинный кабель с помощью цилиндрического соединителя BNC. Это позволяет подключить к сети дополнительные компьютеры.

Для расширения сети с шинной топологией можно использовать повторитель. Повторитель (repeater) усиливает сигнал и позволяет передавать его на большие расстояния.

Недостатки шинной топологии

Шинная топология обычно имеет следующие недостатки:

Интенсивный сетевой трафик значительно снижает производительность такой

сети. Поскольку любой компьютер может передать данные в произвольный момент времени, и в большинстве сетей они не координируют друг с другом моменты передачи, в сети с шинной топологией с большим числом компьютеров станции часто прерывают друг друга, и немалая часть полосы пропускания (мощность передачи информации) теряется п

онапрасну. При добавлении компьютеров к сети проблема еще более усугубляется;

Каждый цилиндрический соединитель ослабляет электрический сигнал, и большое

их число будет препятствовать корректной передаче информации по шине.

Сеть с шинной топологией трудно диагностировать. Разрыв кабеля или неправильное функционирование одного из компьютеров может привести к тому, что другие узлы не смогут взаимодействовать друг с другом. В результате вся сеть становится неработоспособной.

Звездообразная топология

В топологии типа "звезда" все кабели идут к компьютерам от центрального узла, где они подключаются к концентратору (hub).

Звездообразная топология применяется в сосредоточенных сетях, в которых конечные точки достижимы из центрального узла. Она хорошо подойдет в тех случаях, когда предполагается расширение сети и требуется высокая надежность.

Каждый компьютер в сети с топологией типа "звезда" взаимодействует с центральным концентратором, который передает сообщение всем компьютерам (в звездообразной сети с широковещательной рассылкой} или только компьютеру-адресату (в коммутируемой звездообразной сети).

Активный концентратор регенерирует электрический сигнал и посылает его всем подключенным компьютерам. Такой тип концентратора часто называют многопортовым повторителем (multiport repeater). Для работы активных концентраторов и коммутаторов требуется питание от сети. Пассивные концентраторы, например коммутационная кабельная панель иликоммутационный блок, действуют как точка соединения, не усиливая и не регенерируя сигнал. Электропитания такие устройства не требуют.

Для реализации сети с топологией типа "звезда" можно применять несколько типов кабелей. Гибридный концентратор позволяет использовать в одной звездообразной сети разные типы кабелей.

Расширять звездообразную сеть можно путем подключения вместо одного из компьютеров еще одного концентратора и подсоединения к нему дополнительных машин. Так создается гибридная звездообразная сеть.

Преимущества звездообразной топологии

Такая сеть допускает простую модификацию и добавление компьютеров, не нарушая остальной ее части. Достаточно проложить новый кабель от компьютера к центральному узлу и подключить его к концентратору. Если возможности центрального концентратора будут исчерпаны, следует заменить его устройством с большим числом портов.

Центральный концентратор звездообразной сети удобно использовать для диагностики. Интеллектуальные концентраторы (устройства с микропроцессорами, добавленными для повторения сетевых сигналов) обеспечивают также мониторинг и управление сетью.

Отказ одного компьютера не обязательно приводит к останову всей сети. Концентратор способен выявлять отказы и изолировать такую машину или сетевой кабель, что позволяет остальной сети продолжать работу.

В одной сети допускается применение нескольких типов кабелей (если их позволяет использовать концентратор).

Недостатки звездообразной топологии

При отказе центрального концентратора становится неработоспособной вся сеть.

Многие сети с топологией типа "звезда" требуют применения на центральном узле

устройства для ретрансляции широковещательных сообщений или коммутации сетевого графика.

Все компьютеры должны соединяться с центральной точкой, это увеличивает расход кабеля, и, следовательно, такие сети обходятся дороже, чем сети с иной топологией.

Сети с кольцевой топологией

В кольцевой сети каждый компьютер связан со следующим, а последний - с первым. Кольцевая топология применяется в сетях, требующих резервирования определенной части полосы пропускания для критичных по времени средств (например, для передачи видео и аудио), в высокопроизводительных сетях, а также при большом числе обращающихся к сети клиентов (что требует ее высокой пропускной способности).

В сети с кольцевой топологией каждый компьютер соединяется со следующим компьютером, ретранслирующим ту информацию, которую он получает от первой машины. Благодаря

такой ретрансляции сеть является активной, и в ней не возникают проблемы потери сигнала, как в сетях с шинной топологией. Кроме того, поскольку "конца" в кольцевой сети нет, никаких оконечных нагрузок не нужно.

Некоторые сети с кольцевой топологией используют метод эстафетной, передачи. Специальное короткое сообщение-маркер циркулирует по кольцу, пока компьютер не пожелает передать информацию другому узлу. Он модифицирует маркер, добавляет электронный адрес и данные, а затем отправляет его по кольцу. Каждый из компьютеров последовательно получает данный маркер с добавленной информацией и передает его соседней машине, пока электронный адрес не совпадет с адресом компьютера-получателя, или маркер не вернется к отправителю. Получивший сообщение компьютер возвращает отправителю ответ, подтверждающий, что послание принято. Тогда отправитель создает еще один маркер и отправляет его в сеть, что позволяет другой станции перехватить маркер и начать передачу. Маркер циркулирует по кольцу, пока какая-либо из станций не будет готова к передаче и не захватит его.

Все эти события происходят очень часто: маркер может пройти кольцо с диаметром в 200 м примерно 10000 раз в секунду. В некоторых еще более быстрых сетях циркулирует сразу несколько маркеров. В других сетевых средах применяются два кольца с циркуляцией маркеров в противоположных направлениях. Такая структура способствует восстановлению сети в случае возникновения отказов.

Преимущества сетей с кольцевой топологией

Поскольку всем компьютерам предоставляется равный доступ к маркеру, никто из них не сможет монополизировать сеть.

Недостатки сетей с кольцевой топологией

Отказ одного компьютера в сети может повлиять на работоспособность всей сети.

Кольцевую сеть трудно диагностировать.

Добавление или удаление компьютера вынуждает разрывать сеть.

Сотовая топология

Ячеистая (сотовая) топология характеризуется наличием избыточных связей между устройствами. Например, в истинной сети с сеточной структурой (mesh) существует прямая связь между всеми устройствами сети. Для большого числа устройств такая схема оказывается неприемлемой. Большинство сотовых сетей не являются истинными ячеистыми структурами, а представляют собой гибридные сотовые сети, содержащие некоторые избыточные связи (но не между всеми узлами).

Преимущества и недостатки сотовой сети

Основным достоинством сети с сотовой структурой является ее отказоустойчивость. Другие преимущества включают в себя гарантированную пропускную способность канала связи и то, что такие сети достаточно легко диагностировать.

К недостаткам сотовой топологии относятся сложность инсталляции и реконфигурации, а также стоимость поддержки избыточных каналов.

Шинно-звездообразная топология

Шинно-звездообразноя топология комбинирует сети типа "звезда" и "шина", связывая несколько концентраторов шинными магистралями. Если один из компьютеров отказывает, концентратор может выявить отказавший узел и изолировать неисправную машину. При отказе концентратора соединенные с ним компьютеры не смогут взаимодействовать с сетью, а шина разомкнется на два не связанных друг с другом сегмента.

Звездообразно-кольцевая топология

В звездообразной колъцевой топологии (которую называют также кольцом с соединением типа "звезда") сетевые кабели прокладываются аналогично звездообразной сети, но в центральном концентраторе реализуется кольцо. С внутренним концентратором можно соединить внешние, тем самым расширив петлю внутреннего кольца.

Под топологией вычислительной сети понимается конфигурация графа, вершинам которого соответствуют компьютеры сети (иногда и другое оборудование), а ребрам – физические связи между ними.

Выбор топологии электрических связей существенно влияет на многие характеристики сети. Простота присоединения новых узлов, свойственная некоторым топологиям, делает сеть легко расширяемой. Экономическое соображение часто приводят к выбору топологий, для которых характерна минимальная суммарная длина линий связи.

Рассмотрим некоторые, наиболее известные топологии:

Рис.3 Топологии сетей

Общая шина (рис.3,а) является очень распространенной топологией для локальных сетей. В этом случае компьютеры подключаются к одному коаксиальному кабелю по схеме «монтажного ИЛИ». Передаваемая информация может распространяться в обе стороны. Применение общей шины снижает стоимость проводки, унифицирует подключение различных модулей, обеспечивает возможность мгновенного широковещательного обращения ко всем станциям сети. Таким образом, основными преимуществами такой схемы являются дешевизна и простота разводки кабеля по помещениям. Самый серьезный недостаток общей шины заключается в ее низкой надежности: любой дефект кабеля или какого-нибудь из многочисленных разъемов полностью парализует всю сеть. К сожалению, дефект коаксиального разъема редкостью не является. Другим недостатком общей шины является ее невысокая производительность, так как при таком способе подключения в каждый момент времени только один компьютер может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала связи всегда делится здесь между всеми узлами сети.

Кольцо (рис.3,б). В сетях с кольцевой конфигурацией данные передаются по кольцу от одного компьютера к другому, как правило, в одном направлении. Если компьютер распознает данные как «свои», то он копирует их себе во внутренний буфер. В сети с кольцевой топологией необходимо принимать специальные меры, чтобы в случае выхода из строя или отключения какой-либо станции не прервался канал связи между остальными станциями. Кольцо представляет собой очень удобную конфигурацию для организации обратной связи – данные, сделав полный оборот, возвращается к узлу-источнику. Поэтому этот узел может контролировать процесс доставки данных адресату. Часто это свойство кольца используется для тестирования связности сети и поиска узла, работающего некорректно. Для этого в сеть посылаются специальные тестовые сообщения.

Звезда (рис.3,в). В этом случае каждый компьютер подключается отдельным кабелем к общему устройству, называемому концентратором, который находиться в центре сети. В функции концентратора входит направление передаваемой компьютером информации одному или всем остальным компьютерам сети. Главное преимущество этой топологии перед общей шиной – существенно большая надежность. Любые неприятности с кабелем касаются лишь того компьютера, к которому этот кабель присоединен, и только неисправность концентратора может вывести из строя всю сеть. Кроме того, концентратор может играть роль интеллектуального фильтра информации, поступающей от узлов, и при необходимости блокировать запрещенные администратором передачи.
К недостаткам топологии типа звезда относится более высокая стоимость сетевого оборудования из-за необходимости приобретения концентратора. Кроме того, возможности по наращиванию количества узлов в сети ограничиваются количеством портов концентратора. Иногда имеет смысл строить сеть с использованием нескольких концентраторов, иерархически соединенных между собой связями типа звезда. В настоящее время иерархическая звезда является самым распространенным типом топологии связей, как в локальных, так и глобальных сетях.

Офис нуждается в надежной локальной сети, так как простои связанные с неработоспособностью оборудования и сети снижают качество обслуживания, что приведет к убыткам. В виду использования клиент-серверных систем производительность сети имеет не значительную роль. Помимо торгового зала, необходимо объединение бухгалтерии, кабинет директора и склада, так же необходимо учесть ноутбук администратора системы.

Самой подходящей и отвечающей требованиям предприятия является локальная сеть с топологией звезда, дополненная точкой беспроводного доступа 802.11b.

Топология (конфигурация) – это способ соединения компьютеров в сеть. Тип топологии определяет стоимость, защищенность, производительность и надежность эксплуатации рабочих станций, для которых имеет значение время обращения к файловому серверу.

Понятие топологии широко используется при создании сетей. Одним из подходов к классификации топологий ЛВС является выделение двух основных классов топологий: широковещательные и последовательные.

В широковещательных топологиях ПК передает сигналы, которые могут быть восприняты остальными ПК. К таким топологиям относятся топологии: общая шина, дерево, звезда.

В последовательных топологиях информация передается только одному ПК. Примерами таких топологий являются: произвольная (произвольное соединение ПК), кольцо, цепочка.

При выборе оптимальной топологии преследуются три основных цели:

Обеспечение альтернативной маршрутизации и максимальной надежности передачи данных;

Выбор оптимального маршрута передачи блоков данных;

Предоставление приемлемого времени ответа и нужной пропускной способности.

При выборе конкретного типа сети важно учитывать ее топологию. Основными сетевыми топологиями являются: шинная (линейная) топология, звездообразная, кольцевая и древовидная.

Например, в конфигурации сети ArcNet используется одновременно и линейная, и звездообразная топология. Сети Token Ring физически выглядят как звезда, но логически их пакеты передаются по кольцу. Передача данных в сети Ethernet происходит по линейной шине, так что все станции видят сигнал одновременно.

Виды топологий

Существуют пять основных топологий (рис. 3.1): общая шина (Bus); кольцо (Ring); звезда (Star); древовидная (Tree); ячеистая (Mesh).

Рис. 3.1. Типы топологий

Общая шина

Общая шина – это тип сетевой топологии, в которой рабочие станции расположены вдоль одного участка кабеля, называемого сегментом. Топология общая шина (рис. 3.2) предполагает использование одного кабеля, к которому подключаются все компьютеры сети.

В случае топологии Общая шина кабель используется всеми станциями по очереди:

Рис. 3.2. Топология Общая шина

1. При передаче пакетов данных каждый компьютер адресует его конкретному компьютеру ЛВС, передавая его по сетевому кабелю в виде электрических сигналов.

2. Пакет в виде электрических сигналов передается по «шине» в обоих направлениях всем компьютерам сети.

3. Однако информацию принимает только тот адрес, который соответствует адресу получателя, указанному в заголовке пакета. Так как в каждый момент времени в сети может вести передачу только одна PC, то производительности ЛВС зависит от количества PC, подключенных к шине. Чем их больше, тем больше ожидающих передачи данных, тем ниже производительности сети. Однако нельзя указать прямую зависимость пропускной способности сети от количества PC, так как на нее также влияют:

· характеристики аппаратного обеспечения PC сети;

· частота, с которой передают сообщения PC;

· тип работающих сетевых приложений;

· тип кабеля и расстояние между PC в сети.

«Шина» – пассивная топология. Это значит, что компьютеры только «слушают» передаваемые по сети данные, но не перемещают их от отправителя к получателю. Поэтому, если один из компьютеров выйдет из строя, это не скажется на работе всей сети.

4. Данные в виде электрических сигналов распространяются по всей сети от одного конца кабеля к другому, и, достигая конца кабеля, будут отражаться и занимать «шину», что не позволит другим компьютерам осуществлять передачу.

5. Чтобы предотвратить отражение электрических сигналов, на каждом конце кабеля устанавливаются терминаторы (Т), поглощающие сигналы, прошедшие по «шине»,

6. При значительном расстоянии между PC (например, 180 м для тонкого коаксиального кабеля) в сегменте «шины» может наблюдаться ослабление электрического сигнала, что может привести к искажению или потере передаваемого пакета данных. В этом случае исходный сегмент следует разделить на два, установив между ними дополнительное устройство – репитер (повторитель), который усиливает принятый сигнал перед тем, как послать его дальше.

Правильно размещенные на длине сети повторители позволяют увеличить длину обслуживаемой сети и расстояние между соседними компьютерами. Следует помнить, что все концы сетевого кабеля должны быть к чему-либо подключены: к PC, терминатору или повторителю.

Разрыв сетевого кабеля или отсоединение одного из его концов приводит к прекращению функционирования сети. Сеть «падает». Сами PC сети остаются полностью работоспособными, но не могут взаимодействовать друг с другом. Если ЛВС на основе сервера, где большая часть программных и информационных ресурсов хранится на сервере, то PC, хотя и остаются работоспособными, но для практической работы малопригодны.

Шинная топология используется в сетях Ethernet, однако в последнее время встречается редко.

Примерами использования топологии общая шина является сеть 10Base-5 (соединение ПК толстым коаксиальным кабелем) и 10Base-2 (соединение ПК тонким коаксиальным кабелем).

Кольцо

Кольцо – это топология ЛВС, в которой каждая станция соединена с двумя другими станциями, образуя кольцо (рис. 3.3). Данные передаются от одной рабочей станции к другой в одном направлении (по кольцу). Каждый ПК работает как повторитель, ретранслируя сообщения к следующему ПК, т.е. данные, передаются от одного компьютера к другому как бы по эстафете. Если компьютер получает данные, предназначенные для другого компьютера, он передает их дальше по кольцу, в ином случае они дальше не передаются. Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них, вся сеть парализуется. Подключение новой рабочей станции требует краткосрочного выключения сети, т.к. во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Топология Кольцо имеет хорошо предсказуемое время отклика, определяемое числом рабочих станций.

Рис. 3.3. Топология Кольцо

Чистая кольцевая топология используется редко. Вместо этого кольцевая топология играет транспортную роль в схеме метода доступа. Кольцо описывает логический маршрут, а пакет передается от одной станции к другой, совершая в итоге полный круг. В сетях Token Ring кабельная ветвь из центрального концентратора называется MAU (Multiple Access Unit). MAU имеет внутреннее кольцо, соединяющее все подключенные к нему станции, и используется как альтернативный путь, когда оборван или отсоединен кабель одной рабочей станции. Когда кабель рабочей станции подсоединен к MAU, он просто образует расширение кольца: сигналы поступают к рабочей станции, а затем возвращаются обратно во внутреннее кольцо.

Звезда

Звезда – это топология ЛВС (рис. 3.4), в которой все рабочие станции присоединены к центральному узлу (например, к концентратору), который устанавливает, поддерживает и разрывает связи между рабочими станциями. Преимуществом такой топологии является возможность простого исключения неисправного узла. Однако, если неисправен центральный узел, вся сеть выходит из строя.

Рис. 3.4. Топология Звезда

В этом случае каждый компьютер через специальный сетевой адаптер подключается отдельным кабелем к объединяющему устройству. При необходимости можно объединять вместе несколько сетей с топологией Звезда, при этом получаются разветвленные конфигурации сети. В каждой точке ветвления необходимо использовать специальные соединители (распределители, повторители или устройства доступа).

Примером звездообразной топологии является топология Ethernet с кабелем типа Витая пара 10BASE-T, центром Звезды обычно является Hub.

Звездообразная топология обеспечивает защиту от разрыва кабеля. Если кабель рабочей станции будет поврежден, это не приведет к выходу из строя всего сегмента сети. Она позволяет также легко диагностировать проблемы подключения, так как каждая рабочая станция имеет свой собственный кабельный сегмент, подключенный к концентратору. Для диагностики достаточно найти разрыв кабеля, который ведет к неработающей станции. Остальная часть сети продолжает нормально работать.

Однако звездообразная топология имеет и недостатки. Во-первых, она требует много кабеля. Во-вторых, концентраторы довольно дороги. В-третьих, кабельные концентраторы при большом количестве кабеля трудно обслуживать. Однако в большинстве случаев в такой топологии используется недорогой кабель типа витая пара. В некоторых случаях можно даже использовать существующие телефонные кабели. Кроме того, для диагностики и тестирования выгодно собирать все кабельные концы в одном месте.

Сравнительные характеристики базовых сетевых топологий представлены в табл. 3.1.

Таблица 3.1. Сравнительные характеристики базовых сетевых топологий

Пусть V есть множество всех узлов проектируемой телекоммуникационной сети, т.е. множество V состоит из узлов логической телекоммуникационной сети (станции, маршрутизаторы, коммутаторы, мосты, хост-системы, внешние сети, средства спутниковой связи и т.д.)

Задан граф требований H=(V, D) , содержащий ребро (s, t)€D всякий раз, когда имеется требование для передачи данных между s и t. Для каждого требования (s, t) € D графа H задается положительное число d(s, t) € Z+, которое называется функцией трафика и рассматривается как средний суммарный объем информации между узлами s и t, определенный статистически на основе прогноза роста информационных потоков .

В задаче проектирования топологии сети по графу требований H необходимо определить граф топологии G=(V, E) (рис. 1). Можно считать, что множества вершин у обоих графов совпадают. Вершинам графа G соответствуют узлы телекоммуникационной корпоративной сети, а ребрам - множество каналов связи, которые потенциально могут быть использованы (существуют на текущий момент либо могут быть проложены); например, оптоволокно, медные линии, радиоволновые линии, спутниковые каналы и т.д. Если между двумя узлами сети имеется несколько различных линий связи, то они представляются параллельными ребрами, отвечающими разным технологиям: Ethernet, Frame Relay, ISDN, ATM и т.д.

Рис. 1.

Под пропускной способностью y(e) канала eОE понимаются как возможные физические пропускные способности линий (при использовании выделенных и коммутируемых линий связи для осуществления соединений типа «точка-точка» между узлами сети), так и скорость, на которой может осуществляться подключение к глобальной сети общего пользования.

В информационных сетях каждый канал связи при передаче информации ориентирован: один узел передает информацию, а другой принимает.

Установление линии связи между i и j позволяет передать некоторое количество информации в единицу времени между i и j и такое же количество информации между j и i, если подключение синхронное, и суммарное (от i к j + от j к i) количество информации, если подключение асинхронное.

Различают два случая сформулированной задачи: проектирование топологии и технологии телекоммуникационной сети и модернизация топологии и выбор технологии существующей сети. При этом, как будет показано ниже, существуют математические модели, которые являются общими для обоих случаев. Для этого можно считать, что каждому ребру e графа топологии G изначально приписана начальная пропускная способность C0(e) € Z+, e € E. Она отражает настоящее состояние каналов связи между вершинами, соединенными ребром e. Если на сегодняшний день таких каналов связи нет, то полагаем C0(e)=0.

Пусть каждый канал (s, t)ОE определяется посредством соответствующего весового вектора с компонентами m аддитивных QoS-канальных весов wi(s, t)і 0 для всех 1ЈiЈm .

Для аддитивных QoS-параметров вес пути P=n1®n2®…®nh+1, состоящего из h узлов (каналов), равен вектор-сумме весов составляющих его каналов, где n - длина хопа, h - число хопов в пути:

Отличие данного исследования от результатов, изложенных в , состоит в том, что оптимизация выбора пути проводится одновременно по двум критериям - стоимости и обеспечению заданного качества обслуживания, т.е. QoS.

Задачи выбора топологии и технологий телекоммуникационной сети можно классифицировать по следующим признакам пропускных способностей дуг:

• - без ограничений на пропускные способности (предполагается, что пропускных способностей стандартных линий связи будет вполне достаточно);
• - непрерывные пропускные способности, т.е. ye принимает значения из интервала ;
• - дискретные пропускные способности, т.е. ye принимает одно из конечного множества C0, C1,…,Ck;
• - кратные пропускные способности, т.е. {C0, kC0, k2C0, k3C 0,…}

В современных технологиях непрерывные пропускные способности редко встречаютсяна практике. Значительно чаще каналы связи имеют дискретные или кратные пропускные способности.

Задано множество технологий Т={ф1,…,фn} (коммутируемая линия, выделенная линия, оптоволоконная линия, подключение к общественной сети).

Каждой технологии фОТ соответствует базисная пропускная способность Cф.

Обозначим через P(u; s, t) множество всех путей из s в t (u показывает операционное состояние сети, при u=0 все узлы и ребра являются работоспособными) в графе G=(V, E).

Конкретный путь Р из P(0; s, t), содержащий ребро e (или вершину u), обозначим Р€P(0; s, t):eР, u€Р.

Пусть f(0; s, t; P) - величина потока типа (s, t) вдоль пути Р€P(0; s, t).

По аналогии с введем понятие стоимости передачи единицы потока по пути РОP(0; s, t) для требования (s, t) как

где K(s, t; e) - стоимость передачи по дуге e единицы информации.

В работе задача проектирования оптимальной телекоммуникационной сети представлена в виде следующей модели:

В выражении (3) оптимизация производится по критерию стоимости. Запишем задачу оптимизации по критериям стоимости с учетом обеспечения QoS. Введем функцию Fi(s, t), которая характеризует длину пути и зависит от m ограничений Li, где Li есть ограничения, обеспечивающие заданное качество обслуживания: полосу пропускания, время ответа конечных узлов, вариации времени ответа, количество потерянных пакетов. В данном случае m=4. Необходимо отметить, что перечень ограничений, обеспечивающих заданный уровень качества обслуживания, может быть расширен и дополнен.

По аналогии с используя Fi(s, t), задача выбора оптимальной топологии по критериям стоимости и QoS для дискретных пропускных способностей может быть представлена в виде следующей задачи целочисленного линейного программирования:

Предполагается, что каждое ребро e € E графа топологии уже оборудовано начальной пропускной способностью С0(e) (возможно С0(e)=0), которая называется исходной пропускной способностью.

Так как предполагается, что пропускная способность C0(e) установлена изначально, то полагается x0(e)=1.

Выбор пропускной способности Cф(e), 0€ ф € t(e) для ребра эквивалентен тому, что x0(e)=x1(e)=…=xф (e)=1 и xф+1 (e)=…=xф(e)(e)=0.

Задача выбора оптимальной топологии сети по критериям стоимости и QoS для кратных пропускных способностей каналов связи аналогично может быть представлена в виде следующей задачи линейного программирования:

Если необходимо сформулировать дополнительные условия, при которых будет обеспечиваться заданный уровень живучести при использовании различных стратегий (например, перемаршрутизации, разнообразия или резервирования).

Локальная сеть - важный элемент любого современного предприятия, без которого невозможно добиться максимальной производительности труда. Однако чтобы использовать возможности сетей на полную мощность, необходимо их правильно настроить, учитывая также и то, что расположение подсоединенных компьютеров будет влиять на производительность ЛВС.

Понятие топологии

Топология локальных компьютерных сетей - это месторасположение рабочих станций и узлов относительно друг друга и варианты их соединения. Фактически это архитектура ЛВС. Размещение компьютеров определяет технические характеристики сети, и выбор любого вида топологии повлияет на:

• Разновидности и характеристики сетевого оборудования.
• Надежность и возможность масштабирования ЛВС.
• Способ управления локальной сетью.

Таких вариантов расположения рабочих узлов и способов их соединения много, и количество их увеличивается прямо пропорционально повышению числа подсоединенных компьютеров. Основные топологии локальных сетей - это "звезда", "шина" и "кольцо".

Факторы, которые следует учесть при выборе топологии

До того как окончательно определиться с выбором топологии, необходимо учесть несколько особенностей, влияющих на работоспособность сети. Опираясь на них, можно подобрать наиболее подходящую топологию, анализируя достоинства и недостатки каждой из них и соотнеся эти данные с имеющимися для монтажа условиями.

• Работоспособность и исправность каждой из рабочих станций, подсоединенных к ЛВС. Некоторые виды топологии локальной сети целиком зависят от этого.
• Исправность оборудования (маршрутизаторов, адаптеров и т. д.). Поломка сетевого оборудования может как полностью нарушить работу ЛВС, так и остановить обмен информацией с одним компьютером.
• Надежность используемого кабеля. Повреждение его нарушает передачу и прием данных по всей ЛВС или же по одному ее сегменту.
• Ограничение длины кабеля. Этот фактор также важен при выборе топологии. Если кабеля в наличии немного, можно выбрать такой способ расположения, при котором его потребуется меньше.

О топологии «звезда»

Этот вид расположения рабочих станций имеет выделенный центр - сервер, к которому подсоединены все остальные компьютеры. Именно через сервер происходят процессы обмена данными. Поэтому оборудование его должно быть более сложным.

Достоинства:

• Топология локальных сетей "звезда" выгодно отличается от других полным отсутствием конфликтов в ЛВС - это достигается за счет централизованного управления.
• Поломка одного из узлов или повреждение кабеля не окажет никакого влияния на сеть в целом.
• Наличие только двух абонентов, основного и периферийного, позволяет упростить сетевое оборудование.
• Скопление точек подключения в небольшом радиусе упрощает процесс контроля сети, а также позволяет повысить ее безопасность путем ограничения доступа посторонних.

Недостатки:

• Такая локальная сеть в случае отказа центрального сервера полностью становится неработоспособной.
• Стоимость "звезды" выше, чем остальных топологий, поскольку кабеля требуется гораздо больше.

Топология «шина»: просто и дешево

В этом способе соединения все рабочие станции подключены к единственной линии - коаксиальному кабелю, а данные от одного абонента отсылаются остальным в режиме полудуплексного обмена. Топологии локальных сетей подобного вида предполагают наличие на каждом конце шины специального терминатора, без которого сигнал искажается.

Достоинства:

• Все компьютеры равноправны.
• Возможность легкого масштабирования сети даже во время ее работы.
• Выход из строя одного узла не оказывает влияния на остальные.
• Расход кабеля существенно уменьшен.

Недостатки:

• Недостаточная надежность сети из-за проблем с разъемами кабеля.
• Маленькая производительность, обусловленная разделением канала между всеми абонентами.
• Сложность управления и обнаружения неисправностей за счет параллельно включенных адаптеров.
• Длина линии связи ограничена, потому эти виды топологии локальной сети применяют только для небольшого количества компьютеров.

Характеристики топологии «кольцо»

Такой вид связи предполагает соединение рабочего узла с двумя другими, от одного из них принимаются данные, а второму передаются. Главной же особенностью этой топологии является то, что каждый терминал выступает в роли ретранслятора, исключая возможность затухания сигнала в ЛВС.

Достоинства:

• Быстрое создание и настройка этой топологии локальных сетей.
• Легкое масштабирование, требующее, однако, прекращения работы сети на время установки нового узла.
• Большое количество возможных абонентов.
• Устойчивость к перегрузкам и отсутствие сетевых конфликтов.
• Возможность увеличения сети до огромных размеров за счет ретрансляции сигнала между компьютерами.

Недостатки:

• Ненадежность сети в целом.
• Отсутствие устойчивости к повреждениям кабеля, поэтому обычно предусматривается наличие параллельной резервной линии.
• Большой расход кабеля.

Типы локальных сетей

Выбор топологии локальных сетей также следует производить, основываясь на имеющемся типе ЛВС. Сеть может быть представлена двумя моделями: одноранговой и иерархической. Они не очень отличаются функционально, что позволяет при необходимости переходить от одной из них к другой. Однако несколько различий между ними все же есть.

Что касается одноранговой модели, ее применение рекомендуется в ситуациях, когда возможность организации большой сети отсутствует, но создание какой-либо системы связи все же необходимо. Рекомендуется создавать ее только для небольшого числа компьютеров. Связь с централизованным управлением обычно применяется на различных предприятиях для контроля рабочих станций.

Одноранговая сеть

Этот тип ЛВС подразумевает равноправие каждой рабочей станции, распределяя данные между ними. Доступ к информации, хранящейся на узле, может быть разрешен либо запрещен его пользователем. Как правило, в таких случаях топология локальных компьютерных сетей «шина» будет наиболее подходящей.

Одноранговая сеть подразумевает доступность ресурсов рабочей станции остальным пользователям. Это означает возможность редактирования документа одного компьютера при работе за другим, удаленной распечатки и запуска приложений.

Достоинства однорангового типа ЛВС:

• Легкость реализации, монтажа и обслуживания.
• Небольшие финансовые затраты. Такая модель исключает надобность в покупке дорогого сервера.

Недостатки:

• Быстродействие сети уменьшается пропорционально увеличению количества подсоединенных рабочих узлов.
• Отсутствует единая система безопасности.
• Доступность информации: при выключении компьютера данные, находящиеся в нем, станут недоступными для остальных.
• Нет единой информационной базы.

Иерархическая модель

Наиболее часто используемые топологии локальных сетей основаны именно на этом типе ЛВС. Его еще называют «клиент-сервер». Суть данной модели состоит в том, что при наличии некоторого количества абонентов имеется один главный элемент - сервер. Этот управляющий компьютер хранит все данные и занимается их обработкой.

Достоинства:

• Отличное быстродействие сети.
• Единая надежная система безопасности.
• Одна, общая для всех, информационная база.
• Облегченное управление всей сетью и ее элементами.

Недостатки:

• Необходимость наличия специальной кадровой единицы - администратора, который занимается мониторингом и обслуживанием сервера.
• Большие финансовые затраты на покупку главного компьютера.

Наиболее часто используемая конфигурация (топология) локальной компьютерной сети в иерархической модели - это «звезда».

Выбор топологии (компоновка сетевого оборудования и рабочих станций) является исключительно важным моментом при организации локальной сети. Выбранный вид связи должен обеспечивать максимально эффективную и безопасную работу ЛВС. Немаловажно также уделить внимание финансовым затратам и возможности дальнейшего расширения сети. Найти рациональное решение - непростая задача, которая выполняется благодаря тщательному анализу и ответственному подходу. Именно в таком случае правильно подобранные топологии локальных сетей обеспечат максимальную работоспособность всей ЛВС в целом.