Tīkla topoloģija

Tīkla topoloģija ir datortīkla mezglu sakārtojuma veids. Matemātiski to var uzskatīt par grafu, kurā virsotnēm atbilst tīkla mezgli, bet šķautnēm — fiziskās vai datu saites starp mezgliem.

Tīkla topoloģiju var attēlot fiziski vai loģiski. Fiziskā topoloģija ir tīkla veidojošo komponentu izvietojums (ierīču atrašanās vieta un kabeļu instalācija). Loģiskā topoloģija attēlo datu plūsmas tīkla, neatkarīgi no tīkla fiziskā izvietojuma. Vienādas topoloģijas tīkliem var atšķirties attālumi starp mezgliem, sakaru vide, datu pārraides ātrumi un signāla tipi.

Point to point

Point-to-point topoloģija ir visvienkāršākā iespējamā tīkla topoloģija un to ļoti plaši lieto teritoriālajos tīklos. Lietojot šo topoloģiju, vienā tīkla segmentā var būt tikai divas ierīces. Point to point savienojumus parasti lieto kā sarežģītāku topoloģiju komponentus.

Kopnes topoloģija

Kopnes topoloģijā visi tīkla mezgli ir pieslēgti koplietojamai sakaru videi (kopnei). Jebkuras ierīces nosūtītos signālus uztver visi pārējie mezgli. Katrs dators pārbauda, kam šie dati ir adresēti, un tas dators, kuram tie ir sūtīti, apstrādā šos datus. Visiem pieslēgtajiem mezgliem ir vienlīdzīgas tiesības, tādēļ ierīces informāciju var nosūtīt tikai secīgi viena pēc otras. Ja divi mezgli raida vienlaicīgi, tās viena otrai rada traucējumus; lai to nepieļautu, kopnē tiek realizēta informācijas apmaiņa pusdupleksā režīmā.

Sākotnējās lokālo tīklu realizācijās šī bija izplatītākā topoloģija, jo to ierīkošanai bija nepieciešami tikai koaksiālie kabeļi un līnijas galu noslēdzēji terminatori. Zvaigznes topoloģijai nepieciešams centrālais mezgls, kas agrāk bija dārgs. Bojājums jebkurā kopnes vietā var apturēt visa tīkla darbību (sliktākajā gadījumā, izraisot signāla atstarošanos no bojājuma vietas uz abām pusēm), vai sadalīt tīklu divos (mazāk iespējams).

Priekšrocības:

• Ātra tīkla izveide (uzstādīšana);
• Zemas izmaksas;
• Atsevišķa datora darbības pārtraukums neietekmē tīkla darbību.

Trūkumi:

• Tīkla problēmas (piemēram, kopnes pārrāvums) un terminatora darbības traucējumi pilnībā paralizē visu tīklu;
• Sarežģīta bojājumu lokalizācija;
• Papildinot tīklu ar jaunām darba stacijām vai pie liela datu pārraides apjoma krītas tīkla veiktspēja.

Zvaigznes topoloģija

Star topology: Šeit visas ierīces ar kabeli ir pieslēgtas pie centrālā mezgla, izmantojot point-to-point savienojumu. Mūsdienās tā ir izplatītākā lokālo tīklu topoloģija. Šāda tīkla funkcionalitāte ir atkarīga no centrālā mezgla uzbūves. Ja tas ir hubs, tad tā ir līdzīga, kā lietojot maģistrāles topoloģiju (hubs sevī koncentrē visu maģistrāli). Bojājums kabelī starp hubu un datoru pārtrauc tīkla funkcionalitāti tikai tam datoram. Bojājums centrālajā mezglā pārtrauc visa tīkla darbību. Šeit ir vieglāk atrast bojājumu kā maģistrāles tīklos, ja ir pārtraucis strādāt viss tīkls, ir skaidrs, ka .bojāts centrālais mezgls (maģistrāles tīklā bija jāpārbauda visu maģistrāli, kas bija liela). Šīs topoloģijas popularitāte palielinājās tāpēc, ka elektronika kļuva lētāka (tai skaitā centrālie mezgli).

Darbības princips tīklā:

Darba stacija, no kuras ir nepieciešams nosūtīt datus, sūta tos uz koncentratoru. Noteiktā laika posmā tikai viena darba stacija var sūtīt datus, ja uz koncentratoru vienlaicīgi pienāk divas informācijas paketes, tad koncentrators nepieņem nevienu no šīm datu paketēm un sūtītājiem ir jāgaida nejauši ģenerēts laika posms un jāsūta datus atkārtoti. Šīs nepilnības tiek novērstas augstāka līmeņa tīkla ierīcēs, tādās kā komutators, kurš atšķirībā no koncentratora, kas padod informācijas paketes uz visiem portiem, padod informāciju tikai uz vienu noteiktu portu saņēmējam. Vienlaicīgi var tikt nodotas vairākas paketes (skaits ir atkarīgs no paša komutatora).

Aktīvais zvaigznes slēgums: Zvaigznes centrā atrodas dators, kas pilda servera funkcijas.

Pasīvais zvaigznes slēgums: Zvaigznes centrā atrodas nevis dators, bet koncentrators vai komutators, kas pilda tās pašas funkcijas, kuras veic atkārtotājs (veic ienākošā signāla atjaunošanu un nosūtīšanu uz citām sakaru līnijām).

Priekšrocības:

• Vienas darba stacijas darbības pārtraukums neietekmē visa tīkla darbību;
• Viegla bojājumu vietu lokalizācija un tīkla pārrāvumu atrašana;
• Augsta tīkla veiktspēja (pie pareizas tīkla arhitektūras);
• Elastīgas administrēšanas iespējas.

Trūkumi:

• Centrālā koncentratora darbības pārtraukums ietekmē visa tīkla darbību;
• Tīkla izveidei nepieciešams daudz vairāk kabeļu nekā vairums citu topoloģiju tīkliem;
• Darba staciju pieslēgumu skaits ir ierobežots (atkarīgs no portu skaita centrālajā koncentratorā).

Gredzena topoloģija

Ring topology: Gredzena un dubultā gredzena topoloģijās savieno katru ierīci ar divām tai blakus esošajām ierīcēm, visam tīklam veidojot gredzenu. Fiziski šī topoloģija bieži vien ir līdzīga maģistrāles topoloģijai, tikai te ir vairāk vadu un labāka noturība pret bojājumiem. Mūsdienās šo dažreiz fiziski implementē kā zvaigzni, kur gredzens atrodas centrālajā mezglā. Šo topoloģiju lieto token ring tīkli.

Dubultā gredzena topoloģija lieto divus gredzenus paralēli. Tad ja kāds savienojums nedarbojas, šos divus gredzenus var apvienot vienā, izveidojot vienu veselu (tiesa gan, gandrīz divreiz garāku) gredzenu.

Darbības princips tīklā:

Darbība gredzena tīklā tiek realizēta tā, ka katrs tīklā ieslēgtais dators retranslē (atjauno) signālu, tādēļ signāla vājināšanās visā tīklā nav nozīmīga, jo nozīmīga ir tikai signāla vājināšanās starp blakus esošiem tīkla datoriem. Šajā tīklā nav atsevišķa izdalīta centra un visi datori var būt vienlīdzīgi, taču parasti tīklā tiek izdalīts viens dators, kas vada un kontrolē informācijas apmaiņu, bet šajā gadījumā jāņem vērā tas fakts, ka, ja šis dators pārstāj darboties, tad pārstāj funkcionēt viss tīkls. Datori šajā tīklā nav vienlīdzīgi (kā tas ir maģistrāles topoloģijā). Viens no tīkla datoriem saņem informāciju no datora, kas tajā pašā brīdī veic informācijas pārraidīšanu, ātrāk, bet pārējie datori šo informāciju saņem vēlāk (pēc ķēdes principa). Šādā tīklā informācijas pārraide notiek pēc speciāli izstrādātas metodes, kura paredz nodot informācijas pārraidīšanas tiesības nākamajam datoram, kurš atrodas aiz šobrīd raidošā datora, un tā tas notiek pa apli.

Jaunu datoru pieslēgšana šādam tīklam prasa visa tīkla darbības pārtraukšanu uz laiku, kamēr tiks pieslēgts jaunais dators. Gluži tāpat kā maģistrāles topoloģijā, šajā tīklā var būt ļoti liels datoru skaits (līdz pat tūkstoš datoru). Šāds tīkls parasti ir visnoturīgākais pret pārslodzi un nodrošina drošu informācijas plūsmu, jo šādā tīklā nav konfliktu (pretstatā maģistrāles topoloģijai) un nav centrālā abonenta (kā tas ir zvaigznes topoloģijā).

Gredzena topoloģijā atšķirībā no citām topoloģijām (zvaigznes, maģistrāles) netiek izmantota konkurējošā datu sūtīšanas metode, jo dators datus saņem no tā datora, kas atrodas pirms šī datora, un nosūta šos datus nākamajam, ja tie nav domāti šim konkrētajam datoram. Adresētu saraksts tiek ģenerēts datorā, kas ir marķiera modulētājs. Tīkla modulis ģenerē marķiera signālu un nodod to tālāk nākamajai sistēmai (dažreiz tas notiek MAC adrešu augšanas secībā).

Priekšrocības:

• Viegla tīkla uzstādīšana;
• Nav nepieciešamas gandrīz nekādas papildus speciālas iekārtas;
• Stabila tīkla darbība bez nozīmīgiem ātrumu kritumiem pie lielas tīkla noslodzes, jo marķieru izmantošana izslēdz kolīziju rašanās iespēju.

Trūkumi:

• Tīklā esoša datora darbības apstāšanās (pārtraukšana) un tīkla kabeļa bojājums (pārrāvums) ietekmē visa tīkla darbību;
• Sarežģīta tīkla konfigurēšana;
• Apgrūtināta traucējumu un bojājumu meklēšana;
• Uz katra pieslēgtā datora nepieciešamas divas tīkla kartes.

Koka topoloģija

Tas ir viens saknes mezgls, kas ar point-to-point savienots ar vienu vai vairākiem nākamā (zemāka) līmeņa mezgliem. Katrs no tiem tāpat savienots ar saknes mezglu un citiem (atkal zemāka līmeņa) mezgliem. Šī ir hierarhiska topoloģija un to lieto lielos tīklos.

Hibrīda topoloģija

Hibrīda topoloģija/Hibrīda tīkls. Hibrīda tīkls savieno divas vai vairāk topoloģijas tādā veidā, ka gala tīkls neatbilst nevienai standarda topoloģijai (piem zvaigznes, gredzena, kopnes u.c.) Piemēram koka tīkls ir hibrīda topoloģija, kurā zvaigznes tīkls savienojas ar kopnes tīklu. Ja divi vienādi tīkli savienojas tie paliek par tādiem pašiem tīkliem kādi bija. Piemēram ja koka tīkls savienojas ar koka tīklu, tas tāpat paliek koka tīkls. Hibrīda tīkls vienmēr veidojas kad divi vai vairāk dažādi tīklu veidi savienojas vienā.