Преимущества и недостатки топологии кольцо

Кольцо́ — топология, в которой каждый компьютер соединён линиями связи только с двумя другими: от одного он только получает информацию, а другому только передаёт. На каждой линии связи, как и в случае звезды, работает только один передатчик и один приёмник. Это позволяет отказаться от применения внешних терминаторов.

Работа в сети кольца заключается в том, что каждый компьютер ретранслирует (возобновляет) сигнал, то есть выступает в роли повторителя, потому затухание сигнала во всём кольце не имеет никакого значения, важно только затухание между соседними компьютерами кольца. Чётко выделенного центра в этом случае нет, все компьютеры могут быть одинаковыми. Однако достаточно часто в кольце выделяется специальный абонент, который управляет обменом или контролирует обмен. Понятно, что наличие такого управляющего абонента снижает надёжность сети, потому что выход его из строя сразу же парализует весь обмен.

Компьютеры в кольце не являются полностью равноправными (в отличие, например, от шинной топологии). Одни из них обязательно получают информацию от компьютера, который ведёт передачу в этот момент, раньше, а другие — позже. Именно на этой особенности топологии и строятся методы управления обменом по сети, специально рассчитанные на «кольцо». В этих методах право на следующую передачу (или, как ещё говорят, на захват сети) переходит последовательно к следующему по кругу компьютеру.

Подключение новых абонентов в «кольцо» обычно совсем безболезненно, хотя и требует обязательной остановки работы всей сети на время подключения. Как и в случае топологии «шина», максимальное количество абонентов в кольце может быть достаточно большое (1000 и больше). Кольцевая топология обычно является самой стойкой к перегрузкам, она обеспечивает уверенную работу с самыми большими потоками переданной по сети информации, потому что в ней, как правило, нет конфликтов (в отличие от шины), а также отсутствует центральный абонент (в отличие от звезды).

В кольце, в отличие от других топологий (звезда, шина), не используется конкурентный метод посылки данных, компьютер в сети получает данные от стоящего предыдущим в списке адресатов и перенаправляет их далее, если они адресованы не ему. Список адресатов генерируется компьютером, являющимся генератором маркера. Сетевой модуль генерирует маркерный сигнал (обычно порядка 2—10 байт во избежание затухания) и передаёт его следующей системе (иногда по возрастанию MAC-адреса). Следующая система, приняв сигнал, не анализирует его, а просто передаёт дальше. Это так называемый нулевой цикл.

Последующий алгоритм работы таков — пакет данных GR, передаваемый отправителем адресату, начинает следовать по пути, проложенному маркером. Пакет передаётся до тех пор, пока не доберётся до получателя.

Содержание

Сравнение с другими топологиями [ править | править код ]

Достоинства [ править | править код ]

• Простота установки;
• Практически полное отсутствие дополнительного оборудования;
• Возможность устойчивой работы без существенного падения скорости передачи данных при интенсивной загрузке сети, поскольку использование маркера исключает возможность возникновения коллизий.

Недостатки [ править | править код ]

• Выход из строя одной рабочей станции и другие неполадки отражаются на работоспособности всей сети;
• Сложность конфигурирования и настройки;
• Сложность поиска неисправностей;
• Необходимость иметь две сетевые платы на каждой рабочей станции;
• Добавление/удаление станции требует временной остановки работы сети.

Применение [ править | править код ]

Наиболее широкое применение получила в волоконно-оптических сетях. Используется в стандартах FDDI, Token ring.

Кольцевая сеть представляет собой конфигурацию, в которой каждый узел соединяется ровно с двумя другими узлами, образуя единый непрерывный путь для сигналов через каждый компьютер — кольцо. Данные перемещаются от узла к узлу, причем каждый из них на своем пути обрабатывает каждый пакет.

Особенности

Кольцевые топологии соединяют все устройства сети в последовательную цепь. Данные перемещаются с одного устройства на другое, пока не достигают места назначения и, наконец, не возвращаются в операционный центр. Эта конфигурация требует меньшего количества кабелей и траншей, чем альтернативные топологии типа “звезда”, и, следовательно, она проще и экономичнее в реализации.

В случае традиционных кольцевых топологий, если одно из устройств в кольце выходит из строя, это влияет на всю сеть. Поэтому можно потерять все потоки с нескольких узлов в сети одновременно. Для разрешения этой проблемы, были разработаны и запатентованы более гибкие кольцевые конфигурации. Это привело к повышенной отказоустойчивости сети и времени переключения при сбое, позволяя данным перемещаться в двух направлениях по кольцу. В сочетании с промышленными коммутаторами Ethernet эластичная кольцевая топология может восстановить сеть за 15–30 миллисекунд, такая скорость позволяет не пропустить ни одного сигнала.

Плюсы топологии

• Простая настройка. Кольцевая топология довольно просто настраивается. Для подключения компьютеров друг к другу не требуется сервер или центральная рабочая станция. Они могут быть легко связаны между собой, соединяя одно устройство с другим. Она дешевле топологии типа “звезда” или “дерево”, обе из которых требуют центрального или главного устройства для управления узлами.
• Трафик данных. Кольцевая топология может обрабатывать большой объем трафика, поскольку данные передаются однонаправленно. Это упрощает поток данных и предотвращает перегрузку сети. Это также снижает вероятность повреждения данных.
• Устранение неполадок. Когда происходит ошибка, легко определить, где она произошла, поскольку последовательная передача данных, дает понять на каком из узлов связь была разорвана.
• Качество работы при нагрузке. Не все системы могут выдерживать большую потоковую нагрузку на сеть. Например, если сравнивать кольцо с шиной, то первая будет работать значительно лучше. Топология кольцо может достаточно спокойно работать в условиях повышенной нагрузки.
• Нет центрального узла. Некоторые системы имеют структуру, которая подразумевает наличие центрального компьютера, но такая централизация иногда может только навредить сети. Топология кольцо не имеет главного центрального узла, который предназначен для управления и контроля связи между узлами, поэтому проблемы с этим аспектом ей не страшны.
• Пропускная способность. Подключение дополнительных узлов очень мало или совсем не влияет на пропускную способность сети.
• Упорядоченность. Данная топология предполагает, что сеть будет очень упорядоченная, где каждое устройство имеет доступ к токену и возможность передачи.
• Передача данных. Передача данных относительно проста, поскольку пакеты перемещаются только в одном направлении.

Недостатки

• Репликация данных. Репликация данных в кольцевой топологии менее эффективна, чем в звездной. В конфигурации “звезда” центральный сервер или компьютер могут напрямую реплицировать данные на всех других устройствах одновременно. В кольцевой топологии данные будут скопированы с одного устройства на другое до того, как все компьютеры получат одинаковые данные.
• Сбои сети. Хотя легко устранить неполадки при настройке кольцевой топологии, при сбое одного устройства происходит сбой всей сети из-за обрыва линии связи. Пока узел не будет починен или заменен, сеть работать не будет.
• Расширение. Другой недостаток такой конфигурации обнаруживается, при расширении сети. Если в исходной конфигурации есть пять компьютеров, а затем нужно добавить еще пять, то придется отключить всю сеть, прежде чем приступать к ее расширению. Чтобы разместить дополнительные компьютеры в такую систему, необходимо отключить каждое соединение и подключить новые устройства в установку с обратной связью, прежде чем снова перенастраивать всю сеть.
• Одно соединение. В данном типе подключения используется кабель одной длины, соединяющий все компьютеры и образующий петлю. В случае обрыва кабеля все системы в сети не смогут получить доступ к сети. Поэтому возникает полная зависимость от одного кабеля.
• Скорость работы. Пакеты данных должны проходить через каждый компьютер между отправителем и получателем, поэтому это может приводить к замедлению передачи.

Вывод

Как правило, когда речь заходит о кольцевой топологии, то говорят об однонаправленности передачи сигнала, хотя существуют и двунаправленные кольцевые топологии. Чтобы сделать передачу двунаправленной, потребуется два соединения между узлами сети для формирования конфигурации двойного кольца. Кольцевые топологии могут поддерживать большие сети гораздо эффективнее, чем шинные. Также рекомендуется подключать ретранслятор, который поможет минимизировать потери пакетов во время передачи данных.

Двойное кольцо

В глобальных (WAN) и в метрологических локальных сетях (MAN) кольцевая топология используется в качестве связи с клиентами. Как раз в таких случаях обычно используется двунаправленная система передачи, то есть сигнал будет идти в обоих направлениях. Это нужно для того чтобы, иметь два отличных пути к общему коммутатору.

Так как каждая из конфигураций имеет свои ограничения, то нужно исходить в первую очередь из них, так как они позволят лучше понять какая из конфигураций подойдет больше всего. В случае, если ограничения не позволяют использовать длинные дорогостоящие кабели, но при этом нужно сконфигурировать быструю скоростную связь, то кольцевая топология будет лучшим выбором.

Топология сети — это физический и логический способ объединения группы компьютеров в единую сеть. Наиболее распространённая топология сети -"шина", "звезда", "кольцо". Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки и используется в зависимости от ситуации. Все они так или иначе применяются в построении современных локальных сетей. Давайте рассмотрим их ключевые особенности, узнаем сильные и слабые стороны каждой из них.

Этот вид организации локальной сети предусматривает использование единственного кабеля, при помощи которого объединяются между собой все использующиеся рабочие станции. Каждая из них передаёт сигнал всем компьютерам, подключённым к линии, но принимает данные лишь тот, адрес которого обозначен в пакете. Остальные просто игнорируют полученную информацию.

В топологии "общая шина" обязательно используются терминаторы, которые находятся на концах основного кабеля и глушат сигналы, попадающие к ним, дабы избежать их отражения. Без этих устройств в такой сети неизбежно возникали бы коллизии, из-за которых нормальная работа была бы невозможна. Конечно, коллизии всё равно возникают, но благодаря терминаторам их количество минимально. Если это всё-таки произошло, то станция просто отправляет пакет заново через случайный промежуток времени, определяемый алгоритмом.

Достоинства топологии "шина"

Данная организация сети имеет ряд преимуществ перед другими способами. Среди них — низкая стоимость конструкции и простота её создания. Организовать такую локальную сеть достаточно просто, нужно лишь протянуть "общую шину" и подключить к ней компьютеры через специальные разъёмы. Эта топология предполагает малый расход сетевого кабеля, так как используются лишь небольшие его отрезки, соединяющие "шину" с рабочей станцией.

Имеет смысл использовать "общую шину" в небольших офисах или, наоборот, на магистралях, соединяющих несколько сетей вместе. Одно из преимуществ этой топологии в том, что при поломке одной из рабочих станций работоспособность сети не нарушается. Остальные ее участники могут продолжить свою работу как ни в чём не бывало. При подключении нового компьютера нет нужды останавливать работу сети, что также является бесспорным плюсом "общей шины".

Недостатки "общей шины"

Недостатки этой топологии обусловлены теми же причинами, что и её достоинства. Например, соединение всех компьютеров одним кабелем существенно снижает надёжность сети. Обрыв "шины" в любом месте положит конец всей системе. При этом в сетях с такой топологией очень трудно диагностировать неисправность. Ещё один минус "шины" состоит в её низкой производительности. Все данные такой сети проходят по одному кабелю. Это делает невозможным работу на больших скоростях.

Ещё один камень в огород "общей шины" — зависимость скорости работы от количества компьютеров в сети. Так как рабочим станциям приходится общаться по одному каналу связи, то чем больше компьютеров будет подключено к такой сети, тем ниже будет скорость её работы. То есть "общая шина" хорошо подходит для небольшого количества узлов, которым не требуется серьёзный уровень безопасности. Ведь с безопасностью у этого вида топологии также есть проблемы. Дело в том, что каждый клиент в подобной сети имеет доступ к информации остальных компьютеров.

Топология "кольцо"

Этот вид организации локальной сети устроен так, что каждый компьютер в нём соединён со следующим, пока цепь не замкнётся, образовав кольцо. Сигнал в такой сети проходит в одну сторону, от одного компьютера к другому, пока не достигнет адресата. Для определения рабочей станции, которая передаёт информацию в данный момент, используется маркер. Компьютеры передают его по очереди до тех пор, пока он не попадёт к узлу, желающему отправить данные. Тогда он отправляет информацию пакетами, один за другим, не дожидаясь подтверждения о доставке. Рабочая станция, получающая данные, в свою очередь, отправляет отчёт о получении пакета. После получения подтверждения о доставке компьютер отправляет маркер дальше по кругу, чтобы кто-то другой смог им воспользоваться. Таким незатейливым образом организована топология сети "кольцо". У такой конструкции есть как достоинства, так и недостатки.

Плюсы "кольца"

Преимущество этой топологии — в её простоте. Такую сеть очень просто реализовать, и она не требует серьёзных расходов на кабель. Сетевой шнур нужен лишь для прокладки от одного компьютера к другому, дополнительные затраты отсутствуют. Также в "кольце" можно добиться высокой скорости передачи данных, ведь для отправки пакета не нужно дожидаться отчёта о доставке.

Ещё один плюс сетей с подобной организацией — они могут иметь большую протяжённость. При этом нет нужды усиливать сигнал с помощью дополнительного оборудования, так как каждая рабочая станция обновляет и восстанавливает данные сама. Но за простотой и дешевизной этой топологии скрываются недостатки, сделавшие её применение очень ограниченным.

Топология "кольцо": недостатки

При организации сети такого типа нужно помнить, что её надёжность оставляет желать лучшего. Причина этого в том, что работоспособность ее зависит от каждого компьютера, который в неё входит. То есть, если одна из рабочих станций ломается, то вся сеть прекращает функционировать. Топология "кольцо" также предполагает, что для подключения нового компьютера нужно полностью остановить работу сети, а это очень неудобно как для администратора, так и для пользователей.

Ещё одна причина не использовать эту топологию — низкая производительность при большом количестве рабочих станций. Так как данные постоянно идут по кругу, то каждый новый клиент в сети замедляет её работу. Более того, один старый компьютер способен сделать сеть типа "кольцо" невероятно медленной, независимо от скорости остальных членов кольца. Всё это существенно ограничивает применение этой топологии в современных сетях, но в некоторых случаях её использование оправдано.

"Звезда"

Наверное, самая распространённая топология сети — "звезда". "Кольцо", рассмотренное выше, используется гораздо реже, да и "общая шина" тоже. В сети с топологией "звезда" рабочие станции напрямую подключены к концентратору. Этот важный элемент сети может быть как активным, восстанавливающим сигнал, так и пассивным, который просто обеспечивает физическое соединение кабеля. Сервер также подключён к концентратору, как и другие компьютеры, что делает связь между ними предельно простой.

Обычно размер сети с топологией "звезда" ограничен только количеством портов на хабе, но теоретически их не может быть более 1024, хотя трудно представить концентратор с таким количеством портов. Через хаб проходит весь трафик в сети типа "звезда", так что от этого устройства целиком и полностью зависит надёжность и работоспособность всей системы.

Плюсы топологии "звезда"

Если вам нужно построить быструю и надёжную сеть, то отличный выбор — топология "звезда". "Кольцо" или "общая шина" также могут быть использованы на некоторых участках сети. Плюсы "звезды" — в её надёжности и простоте. К каждой рабочей станции идёт отдельный сетевой кабель, что весьма удобно и практично. Благодаря этому в такой сети очень просто находить и исправлять неполадки, да и её обслуживание отнимает куда меньше времени и нервов. При подключении новых компьютеров к сети типа "звезда" она сохраняет свою работоспособность в отличие от других вариантов построения. Например, топология "кольцо" не может похвастать подобной гибкостью.

Скорость в сети с топологией "звезда" ограничена лишь пропускной способностью кабеля и портов концентратора. Также в такой сети отсутствуют столкновения передаваемой информации. Каждый компьютер передаёт свои данные через отдельный кабель. Если нужна большая сеть, то можно объединить несколько сетей с топологией "звезда". Несмотря на все свои достоинства, этот тип организации сетей имеет и недостатки.

Недостатки "звезды"

Если в сети с топологией "звезда" сломается концентратор, то она прекратит свою работу. Такая зависимость от одного элемента системы существенно снижает надёжность сети. Ещё одна проблема — дороговизна установки. Для каждой рабочей станции выделен собственный кабель, который требуется провести и закрепить. Так что к цене кабеля можно прибавить стоимость коммуникаций и коробов для него, и получится, что "звезда" обойдётся гораздо дороже, чем, например, топология "кольцо".

Ещё один недостаток топологии "звезда" — максимальная длина кабеля до рабочей станции. Она не должна превышать 100 м, в противном случае сигнал будет ослабевать и искажаться. Следовательно, радиус покрытия такой сети не превышает 200х200 метров. Для дальнейшего расширения нужно будет добавлять в сеть дополнительные концентраторы.

Комбинирование топологий

Итак, вы ознакомились со всеми вариантами, но так и не решили, какая вам нужна топология — "шина", "звезда", "кольцо"? Это неудивительно, так как современные сети зачастую требуют комбинирования топологий. Например, несколько серверов могут быть объединены в "общую шину", но от каждого из них будет разветвляться сеть с топологией "звезда". В зависимости от решаемой задачи устройство локальной сети может быть самым разнообразным. Можно встретить такие варианты, в которых каждый компьютер соединён с каждым, хотя это большая редкость. Ещё один интересный вариант — два "кольца", имеющие один общий компьютер.

На предприятиях часто можно встретить разные топологии в рамках одного здания. Вся сеть может быть построена в виде "звезды", но в отдельных кабинетах организована топология "кольцо" или "общая шина". В крупных сетях совмещение разных видов сетевой организации нередко является единственным вариантом решения поставленной задачи. Ведь, в конце концов, неважно, что у вас — "звезда", "кольцо", "шина". Топология сети нужна лишь для решения практических задач. Ваша сеть работает стабильно и решает все возложенные на неё задачи? Тогда неважно, какая топология использовалась при её создании.