Topologie okablowania sieci komputerowych

Topologia definiuje strukturę sieci. Definicja topologii składa się z dwóch części: topologii fizycznej, czyli rzeczywistego układu okablowania (mediów) oraz topologii logicznej, która definiuje sposób dostępu do mediów przez hosty.

Szyna (magistrala)

Komputery współdzielą jedno medium kablowe. Oba końce magistrali muszą być zakończone opornikami ograniczającymi, tak zwanymi terminatorami. Oporniki te zapobiegają odbiciu sygnału. Zawsze, gdy komputer wysyła sygnał, rozchodzi się on w przewodzie automatycznie w obu kierunkach.

Zalety topologii typu magistrala:

• Sygnał po dotarciu do końca kabla zostaje automatycznie wygaszony przez zamontowany tam terminator, co zapobiega zbędnym odbiciom sygnału
• Sieć może pracować nawet w sytuacji, gdy jeden z węzłów ulegnie awarii
• Niski koszt dzięki małej ilości kabli oraz prostota ułożenia medium transmisyjnego

Wady tej topologii:

• Wszystkie kable muszą być tego samego rodzaju
• Trudna diagnoza w wypadku uszkodzenia kabla i całkowite wyłączenie sieci przy uszkodzeniu kabla głównego

Gwiazda

Komputery są podłączone do jednego punktu centralnego, koncentratora (koncentrator tworzy fizyczną topologię gwiazdy, ale logiczną magistralę) lub przełącznika (jedna z częstszych topologii fizycznych Ethernetu)

Zalety topologii typu gwiazda:

• Sieć może działać nawet, gdy jeden lub kilka komputerów ulegnie awarii.
• Sieć jest elastyczna i skalowalna
• Łatwość monitoringu, konserwacji, wykrywania i lokalizacji kolizji

Wady tej topologii:

• Stosunkowo wysoki koszt spowodowany jest dużą ilością kabla potrzebnego do podłączenia każdego z węzłów
• W wypadku awarii elementu centralnego, jakim jest koncentrator sieć nie działa

Gwiazda rozszerzona

Posiada punkt centralny (podobnie jak w topologii gwiazdy) i punkty poboczne (jedna z częstszych topologii fizycznych Ethernetu)

Zalety topologii rozgałęzionej gwiazdy:

• pozwala na stosowanie krótszych przewodów
• ogranicza liczbę urządzeń, które muszą być podłączone z centralnym węzłem.

Hierarchiczna

(zwana również topologią drzewa lub rozproszonej gwiazdy) - budowa podobna do drzewa binarnego

Zalety:

• łatwość rozbudowy
• ułatwienie lokalizacji uszkodzeń

Wady:

• zależność pracy sieci od głównej magistrali.

Pierścień

Komputery są połączone pomiędzy sobą odcinkami kabla tworząc zamknięty pierścień (np. topologia logiczna Token Ring). W ramach jednego pierścienia można stosować różnego rodzaju łącza. Sygnał wędruje w pętli od komputera do komputera, który pełni rolę wzmacniacza regenerującego sygnał i wysyłającego go do następnego komputera.

Metoda transmisji danych w pętli nazywana jest przekazywaniem żetonu dostępu. Żeton dostępu jest określoną sekwencją bitów zawierających informację kontrolną. Przejęcie żetonu zezwala urządzeniu w sieci na transmisję danych w sieci. Każda sieć posiada tylko jeden żeton dostępu. Komputer wysyłający, usuwa żeton z pierścienia i wysyła dane przez sieć. Każdy komputer przekazuje dane dalej, dopóki nie zostanie znaleziony komputer, do którego pakiet jest adresowany. Następnie komputer odbierający wysyła komunikat do komputera wysyłającego o odebraniu danych. Po weryfikacji, komputer wysyłający tworzy nowy żeton dostępu i wysyła go do sieci.

Zalety:

• małe zużycie przewodów
• możliwość zastosowania łącz optoelektronicznych, które wymagają bezpośredniego nadawania i odbierania transmitowanych sygnałów
• możliwe wysokie osiągi, ponieważ każdy przewód łączy dwa konkretne komputery

Wady:

• awaria pojedynczego przewodu lub komputera powoduje przerwanie pracy całej sieci jeśli nie jest zainstalowany dodatkowy sprzęt
• złożona diagnostyka sieci
• trudna lokalizacja uszkodzenia
• pracochłonna rekonfiguracja sieci
• wymagane specjalne procedury transmisyjne
• dołączenie nowych stacji jest utrudnione, jeśli w pierścieniu jest wiele stacji

Pierścień podwójny

Komputery są połączone dwoma odcinkami kabla (np. FDDI). drugi zapasowy pierścień łączy te same urządzenia. Innymi słowy w celu zapewnienia niezawodności i elastyczności w sieci, każde urządzenie sieciowe jest częścią dwóch niezależnych topologii pierścienia

Siatki (ang. mesh)

Oprócz koniecznych połączeń sieć zawiera połączenia nadmiarowe; rozwiązanie często stosowane w sieciach, w których jest wymagana wysoka bezawaryjność

Zalety:

• Wysoka bezawaryjność

Wady:

• Ogromna ilość wykorzystanych mediów

Topologia sieci bezprzewodowych

Sieć bezprzewodowa to rozwiązanie do zastosowania w domach i małych biurach, gdzie istnieje potrzeba połączenia ze sobą komputerów , drukarek, urządzeń multimedialnych, konsol do gier czy modemów. Urządzenia bezprzewodowe eliminują konieczność instalowania okablowania.

Obecnie wśród sieci bezprzewodowych możemy wyodrębnić dwa główne typy topologii, a są to:

Topologia gwiazdy

Najszerzej wykorzystywaną topologią (w sieciach bezprzewodowych) obecnie, jest topologia gwiazdy. W celu komunikacji wykorzystuje jedną centralną bazę (punkt dostępowy). Pakiet informacji, wysyłany jest z węzła sieciowego, a odbierany w stacji centralnej i kierowany przez nią do odpowiedniego węzła. Sieci budowane w tej topologii mają duże możliwości i są wydajne. Zastosowanie punktu dostępowego zwiększa maksymalną odległość między stacjami (komputerami), umożliwia także dołączenie przewodowej sieci lokalnej do bezprzewodowej sieci lokalnej. Sieć zbudowaną w oparciu o tę topologię można praktycznie do woli powiększać poprzez dołączanie kolejnych punktów dostępowych.

Topologia kraty

Topologia kraty różni się od topologii gwiazdy i prezentuje trochę inny typ architektury sieciowej. W sieciach kratowych poszczególne węzły (punkty dostępu) nie komunikują się z innymi węzłami za pośrednictwem centralnych punktów przełączania, ale wymieniają z nimi dane bezpośrednio lub przez inne węzły wchodzące w skład kraty. W sieciach kratowych nie trzeba instalować przełączników, ponieważ decyzje o sposobie przekazywania pakietów podejmują same punkty dostępu, dysponując specjalnym oprogramowaniem. W sieciach kratowych pierwszoplanową rolę odgrywają protokoły, które automatycznie wykrywają węzły i definiują topologię całego środowiska. Kratowe sieci LAN są najczęściej oparte na technologii 802.11 (a, b lub g), ale równie dobrze mogą wykorzystywać dowolną technologię radiową, taką jak UltraWideband czy 802.15.4. Ważne jest aby w tej sytuacji protokoły nie absorbowały zbyt dużej części przepustowości sieci (max. 2 procent). Wszystkie zadania związane z definiowaniem topologii i wyborem ścieżek są realizowane w tle i każdy węzeł buduje swoją własną listę, na której znajdują się sąsiednie węzły i inne informacje niezbędne do ekspediowania pakietów. Jeśli konfiguracja sieci ulega zmianie, tzn. przybywa nowy węzeł lub istniejący węzeł "wypada" z topologii, lista jest samoczynnie modyfikowana, odzwierciedlając zawsze aktualny stan sieci. Zaletą sieci kratowych jest to, że można je w miarę szybko i bez większego trudu rozbudowywać. Wystarczy po prostu dokładać kolejne węzły, a resztę automatycznie wykonują specjalne programy, które znajdują się w punktach dostępowych.