Topologie sieci lokalnych
Powszechnie używany skrót LAN (ang. Local Area Network ) oznacza lokalną sieć
komputerową, obejmującą swoim zasięgiem stosunkowo mały obszar geograficzny i łączącą
ze sobą stacje sieciowe (stacje robocze, komputery personalne, komputery sieciowe,
serwery, drukarki i inne urządzenia). LAN umożliwiają współdzielony dostęp wielu użytkowników do wspólnych zasobów (ang.
Shared Resources ), np. serwerów zasobów (ang. File Servers ) oraz wymianę zbiorów informacji (ang. Files ) i komunikatów (ang.
Messages ) między użytkownikami tej sieci.
Topologie sieci lokalnych
Topologie sieci lokalnych
Topologie sieci LAN mogą być opisane zarówno na płaszczyźnie fizycznej, jak i logicznej.
Topologia fizyczna określa geometryczną organizację sieci lokalnych. Nie jest ona jednak mapą sieci. Jest
natomiast teoretyczną strukturą graficznie przedstawiającą kształt i strukturę sieci LAN.
Topologia logiczna, opisuje wszelkie możliwe połączenia między parami mogących się komunikować punktów
końcowych sieci. Za jej pomocą opisywać można, które
punkty końcowe mogą się komunikować z którymi, a także ilustrować, które z takich par mają wzajemne,
bezpośrednie połączenie fizyczne.
Topologia fizyczna odnosi się do przedstawienia struktury układu systemu okablowania.
Do niedawna istniały trzy podstawowe topologie fizyczne:
magistrali, pierścienia, gwiazdy.
Topologie sieci lokalnych
Topologia magistrali
Topologię magistrali tworzą węzły sieci połączone ze sobą za pomocą pojedynczego, otwartego (czyli
umożliwiającego przyłączanie kolejnych urządzeń) kabla. Kabel taki obsługuje tylko jeden kanał i nosi nazwę magistrali
Topologia ta jest więc praktyczna jedynie dla
najmniejszych sieci LAN, a więc jest przeznaczona do
użytku w domach i małych biurach.
Serwer Terminator
Drukarka PC2
Topologia magistrali
Kabel współosiowy RG 58 – max długość 185mb
PC3 PC1
•Standard Ethernet 10Base2
•Maksymalna przepustowość 10Mb/s
Terminator
Elementy pasywne i aktywne topologii magistrali.
Złącze BNC 50 Ohm Karta sieciowa ze złaczem BNC
Kabel RG 58 – 50 Ohm
Terminator BNC 50 Ohm Trójnik BNC 50 Ohm
Elementy pasywne i aktywne topologii magistrali.
Połączenie na kablu współosiowym
W topologii pierścienia każda przyłączona do sieci stacja robocza ma w ramach takiej topologii dwa połączenia: po jednym do każdego ze swoich najbliższych sąsiadów.
Połączenia takie muszą stworzyć fizyczną pętle, czyli pierścień.
Wykorzystuje technikę przekazywania "żetonu", stosowaną również w technologii FDDI. Stacja, która ma wiadomość do nadania, czeka na wolny żeton. Kiedy go otrzyma, zmienia go na żeton zajęty i wysyła go do sieci, a zaraz za nim blok danych zwany ramką. Zastosowanie systemu sterowania dostępem do nośnika za pomocą przekazywania żetonu zapobiega wzajemnemu zakłócaniu się przesyłanych
wiadomości i gwarantuje, że w danej chwili tylko jedna stacja może nadawać dane.
Topologia pierścienia
Topologia pierścienia
PC
PC PC
PC
PC
•Standard 10Base5 Token ring
•Przepustowosć 4 i 16 Mb/s
PC
Połączenia sieci LAN o topologii gwiazdy z
przyłączanymi do niej urządzeniami rozchodzą się z jednego, wspólnego punktu którym jest koncentrator.
Konsekwencją takiego rozwiązania jest możliwość
uzyskania przez każde urządzenie przyłączone do sieci, bezpośredniego i niezależnego od innych urządzeń
dostępu do nośnika.
Jednak urządzenia te muszą współdzielić dostępne szerokości pasma koncentratora.
Topologia gwiazdy
PC
PC
Drukarka
Serwer
Koncentrator
Topologia gwiazdy
PC PC
PC PC
Topologia gwiazdy – elementy pasywne
Topologia gwiazdy – połączenia
Topologia gwiazdy – koncentratory i switche
Topologia gwiazdy – elementy pasywne
Topologia gwiazdy – elementy pasywne
PC
CAT 1 & 2 - głos i dane o małej prędkości
CAT 3 - głos i transmisja danych do 10 Mbps
CAT 4 - głos i transmisja danych do 16 Mbps
CAT 5 – głos i transmisja danych do 1 Gb/s
CAT 6 – wszystkie media, dane do 10Gb/s
Topologia gwiazdy – elementy pasywne
PC
Topologia gwiazdy – elementy pasywne
Topologia przełączana
Typowa sieć LAN o topologii przełączanej pokazana jest na następnym slajdzie. Każdy port oraz
urządzenie, które jest do niego przyłączone, ma
własną dedykowaną szerokość pasma. Komunikacja między nimi odbywa się za pomocą ramek, które na podstawie ich adresów fizycznych przełącznik
przesyła do stacji przeznaczenia (switch). Obecnie jednak dostępne przełączniki (switch) potrafią
przetwarzać komórki, ramki, a nawet pakiety
używając adresów warstwy 3, takie jak protokół IP.
Topologia przełączana
PC
PC
Drukarka
Serwer
Switch
PC PC
PC PC
Topologia ta nazywana również topologią rozproszonej gwiazdy, jest utworzona z wielu magistral linowych połączonych łańcuchowo.
Podstawowymi zaletami topologii drzewa są:
łatwość rozbudowy oraz ułatwienie lokalizacji uszkodzeń. Natomiast wadą jest zależność od korzenia drzewa, ponieważ jeśli ulegnie uszkodzeniu główna magistrala, to przestaje funkcjonować całą sieć.
Topologia drzewa
Topologia drzewa
Hub
PC
Drukarka Hub
PC PC Hub
PC Hub
PC PC
Serwer
Serwer PC
PC
2 segment sieci LAN
3 segment sieci LAN
1 segment sieci LAN
Składa się z kilku (więcej niż jednej) warstw koncentratorów lub przełączników. Każda z tych warstw realizuje inną funkcję sieci.
Warstwa podstawowa jest w tego rodzaju topologii zarezerwowana do komunikacji między stacją roboczą, a serwerem. Poziomy wyższe umożliwiają grupowanie wielu poziomów użytkownika, czyli koncentratory poziomu użytkownika połączone są za pomocą mniejszej liczby koncentratorów wyższego poziomu. Organizacja hierarchiczna jest najodpowiedniejsza dla sieci lokalnych o rozmiarach średnich do dużych, w których rozwiązuje ona problemy skalowalności i agregacji ruchu w sieci .
W ramach topologii hierarchicznej możemy wyróżnić następujące topologie stosowane w szybkich sieciach lokalnych:
•hierarchiczne gwiazdy,
•hierarchiczne mieszane.
Topologia hierarchiczna
Hierarchiczne gwiazdy
Topologia hierarchiczna gwiazdy używa jednego poziomu do łączenia użytkownika z serwerem, a drugiego jako szkielet.
Hub
Serwer 2
Hub
Drukarka Hub
PC PC PC
PC
Hub
Serwer 2
Hierarchiczne mieszane
W przedstawionym przykładzie topologii hierarchicznej
mieszanej do łączenia koncentratorów poziomu
użytkownika używany jest szkielet ATM
asynchronicznego trybu przesyłania, do łączenia
serwerów sieć FDDI, a do łączenia stacji roboczych
sieć Fast Ethernet. W podejściu tym sieć LAN dzielona
jest na jej składniki funkcjonalne (przyłączenia stacji
roboczej, przyłączenia serwera oraz szkieletu., co
umożliwia zastosowanie odpowiedniej technologii dla
każdej z realizowanych funkcji.
Hierarchiczne - mieszane
Serwer Drukarka
Hub
PC PC Przełącznik ATM
155.52Mbps
Serwer Serwer
FDDI Ring
łącze ATM 155.52 Mbps
łącza Fast Ethernet łącze ATM
155.52 Mbps
Topologia logiczna
Topologia logiczna opisuje reguły komunikacji, z których powinna korzystać każda stacja przy
komunikowaniu się w sieci. Zadaniem topologii logicznej jest zapewnienie, że informacje będą przesyłane jak najszybciej i możliwie bez błędów.
Każda topologia logiczna będzie działać jedynie w określonych topologiach fizycznych. Dlatego wybór
topologii sieci LAN powinniśmy zacząć od określenia z jakiej topologii logicznej chcemy skorzystać, a
następnie możemy przejść do wybierania topologii
fizycznej.
Topologie logiczne IEEE
IEEE (ang. Institute of Electrical and Electronics Engineers - Instytut Inżynierów Elektryków i Elektroników). Jest to
organizacja typu non-profit skupiająca profesjonalistów.
Powstała z konsolidacji grup AIEE oraz IRE w 1963 roku.
Jednym z podstawowych jej zadań jest ustalanie standardów konstrukcji, pomiarów itp. dla urządzeń elektronicznych, w tym standardów dla urządzeń i formatów komputerowych.
IEEE 754 (liczby zmiennoprzecinkowe) IEEE 802.3 (Ethernet)
IEEE 802.11 (WiFi)
IEEE 802.15.1 (Bluetooth) IEEE 802.16 (WiMAX)
IEEE 1284 (port równoległy)
IEEE 1394 (FireWire)
Topologie logiczne
Topologie logiczne definiowane są przez IEEE.
Instytut ten składa się ze zgromadzenia firm oraz osób prywatnych w ramach przemysłu sieciowego.
Członkowie współpracują nad określeniem specyfikacji, które mają na celu zapewnić, że
produkty wielu producentów będą ze sobą efektywnie współdziałały w sieci. Najczęściej spotykane
specyfikacje sieci to :
IEEE 802.3 10 Mbps Ethernet IEEE 802.3u 100 Mbps Ethernet IEEE 802.3x Full Duplex Ethernet IEEE 802.3z 1 Gbps Ethernet
IEEE 802.5 Token Ring
10BASE2 zwany też ang. ThinNet, "cienki koncentryk" - używa kabla koncentrycznego o średnicy ok. 5 mm. Kabel musi biec pomiędzy wszystkimi kartami sieciowymi wpiętymi do sieci. Karty podłącza się za pomocą tzw. "trójnika", do którego podpina się także kabel za pomocą złącz BNC. Na obu końcach kabla montowany jest rezystor (tzw.
terminator) o impedancji 50 Ohm. Maksymalna długość segmentu wynosiła 185 m.
chociaż rozwiązania niektórych firm np. 3Com dopuszczały 300 m. Przez wiele lat była to dominująca forma sieci
10Base-T - pracuje na 4 żyłach (2 pary 'skrętki') kategorii 3 lub 5. Każda karta sieciowa musi być podłączona do huba lub switcha.
W standardzie 10Base-T nie określono limitu długości kabla. Zamiast tego standaryzacji poddano parametry, które musi spełniać połączenie sieciowe. W efekcie standardowa, nieekranowana skrętka daje zasięg do 100 metrów. Kable wysokiej jakości mogą
pracować na odcinkach o długości 150 metrów lub dłuższych. Właściwości połączenia można sprawdzić odpowiednim testerem. W przeciwieństwie do 10BASE2 awaria kabla w jednym miejscu powodowała zanik dostępu do sieci tylko jednego komputera dlatego 10Base-T wyparł 10Base2.
10BASE-F - rodzina standardów 10BASE-FL, 10BASE-FB i 10BASE-FP Ethernetu za pomocą światłowodu.
10BASE-FL - ulepszony standard FOIRL. Jedyny z szeroko stosowanych z rodziny 10BASE-F.
Specyfikacje sieci 10Mb/s /ethernet/
100Base-TX - podobny do 10BASE-T, ale z szybkością 100Mb/s. Wymaga 2 par skrętki kategorii 5. Obecnie jeden z najpopularniejszych standardów sieci opartych na 'skrętce'.
100Base-T4 - Używa 4 par 'skrętki' kategorii 3. Obecnie przestarzały.
100Base-T2 - Miał używać 2 par 'skrętki' kategorii 3 jednak nie ma sprzętu sieciowego wspierającego ten typ Ethernetu.
100Base-FX - Ethernet 100Mb/s za pomocą włókien światłowodowych wielomodowych.
Zasięg rozwiązania wynosi do 2km.
100Base-LX - Ethernet 100Mb/s za pomocą włókien światłowodowych.
100Base-LX10 - Ethernet 100Mb/s za pomocą włókien światłowodowych jedno i wielomodowych. Zasięg dla jednomodów wynosi 10km, dla wielomodów 550m.
100Base-SX - Ethernet 100Mb/s za pomocą włókien światłowodowych wielomodowych.
Zasięg około 460 m.
100Base-CX - Ethernet 100Mb/s za pomocą 2 par skrętki. Zasięg około 25 m
Specyfikacje sieci 100Mb/s /Fast ethernet/
1000BASE-T - 1 Gb/s na kablu miedzianym -popularnej skrętce kat. 5 lub wyższej.
Ponieważ kabel kategorii 6 może bez strat przenosić do 125 Mbit na sekundę, osiągniecie 1000 Mb/s wymaga użycia czterech par przewodów oraz modyfikacji układów transmisyjnych dającej możliwość transmisji ok. 250Mb/s na jedną parę przewodów w skrętce.
1000BASE-SX - 1 Gb/s na światłowodzie (do 550 m).
1000BASE-LX - 1 Gb/s na światłowodzie. Zoptymalizowany dla połączeń na dłuższe dystanse (do 10 km) za pomocą światłowodów jednomodowych.
1000BASE-LH - 1 Gb/s na światłowodzie (do 100 km).
1000BASE-CX - 1 Gb/s na specjalnym kablu miedzianym zwanym kablem koncentrycznym na odległość do 25 m używany kiedyś do łączenia ze sobą
koncentratorów, przełączników. Obecnie przestarzały i wyparty przez 1000BASE-T
Specyfikacje sieci 1000Mb/s /Giga ethernet/
10GBASE-SR - 10 Gb/s przeznaczony dla światłowodów wielomodowych o
maksymalnym zasięgu od 26 do 82 m (przy 850nm). Umożliwia także zasięg 300 m na nowych światłowodach wielomodowych 2000MHz/km.
10GBASE-LX4 - stosując modulację typu 'WDM' umożliwia zasięg 240 lub 300 m za pomocą światłowodów wielomodowych (przy 1310nm) lub 10 km za pomocą
jednomodowych.
10GBASE-LR – 10 Gb/s ethernet połączony za pomocą światłowodów jednomodowych na odległość 10 km.
10GBASE-ER – 10Gb/s ethernet połączony za pomocą światłowodów jednomodowych na odległość 40 km.
10GBASE-SW, 10GBASE-LW i 10GBASE-EW - odpowiedniki 10GBASE-SR,
10GBASE-LR i 10GBASE-ER używające transmisji synchronicznej na tych samych typach światłowodów i na te same odległości.
10GBASE-T – najnowszy standard w tej kategorii. Umożliwia transmisję o prędkości 10 Gb/s na odległość 100 m kablem nieekranowanym UTP kategorii 6a/7. Możliwe jest
również wykorzystanie kabla kategorii 6 – wtedy maksymalna długość kabla nie powinne przekraczać 55m.
Specyfikacje sieci 10 Gb/s /10 Giga ethernet/
23 listopada 2006 r. naukowcy z IEEE rozpoczęli prace nad technologią, która umożliwiałaby wprowadzenie nowego
standardu sieci Ethernet o prędkości do 100 Gb/s.
Specyfikacje sieci 100 Gb/s /100 Giga ethernet/
Punkt Centralny Sieci PCS
WAN
Piętro 1 Piętro 2
Piętro 3
PC PC PC PC
PC PC PC PC
PC PC PC PC
PC
Farma serwerów SZS
CPD LPD1
LPD2
LPD3
Parter
