CAI FIZICE. TOPOLOGII DE BAZA

CAI FIZICE. TOPOLOGII DE BAZA

Modalitatea prin care se realizeaza conexiunea intre calculatoarele unei retele se numeste topologia fizica a retelei de calculatoare. Topologia retelei se refera nu numai la modalitatea fizica de conectare ci si la protocolul de conexiune.

Topologia fizica de tip magistrala (bus)

Aceasta topologie este in general utilizata atunci cand viitoarea retea este simpla, mica sau temporara (fig. 1).

Figura 1. Intr-o topologie de tip bus calculatoarele sunt conectate in linie. 

Intr-o retea de tip bus, cablarea presupune existenta unui cablu, de regula coaxial, fara nici un dispozitiv de amplificare a semnalului. Din acest motiv reteaua se mai numeste si retea pasiva. Atunci cand un calculator trimite un semnal ce contine informatii, toate calculatoarele conectate la retea il primesc, dar numai unul dintre ele (cel a carui adresa corespunde cu adresa inclusa in mesajul transmis) accepta informatia. Celelalte calculatoare o rejecteaza. La un anumit moment de timp, doar un singur calculator poate transmite un mesaj. Fiecare calculator trebuie sa astepte eliberarea liniei pentru a transmite propriul mesaj. Acest fapt, corelat cu numarul de calculatoare conectate, poate afecta viteza de transmisie. Un alt aspect este cel legat de adaptarea bus-ului. Deoarece avem o transmisie de tip pasiv, semnalele electrice genereza unde reflectate. Pentru a evita acest fenomen nedorit, cele doua capete libere ale bus-ului trebuiesc adaptate, prin atasarea unei impedante egale cu impedanta caracteristica a mediului de transmisie.

Avantajele topologiei de tip bus sunt:

- este simpla, foarte eficienta in retele mici, usor de utilizat;

- implica cele mai mici costuri (cele mai mici lungimi de cablu folosite); 

- este foarte usor de extins, folosind circuite repetoare;

- calculatoarele contin placi de retea cu conectori de tip BNC.

Dezavantajele topologiei de tip bus sunt:

- o incarcare prea mare a retelei conduce la micsorarea vitezei de transmisie;

- fiecare conector atasat la cablu produce o atenuare a semnalului transmis;

- este dificil de depanat o astfel de retea: o conexiune imperfecta sau lipsa unui 'terminator' la capatul cablului, poate duce la intreruperea intregii retele.

Topologia fizica de tip stea (star)

Dezvoltata mai tarziu, topologia stea a devenit cea mai populara topologie in domeniul retelelor datorita numarului redus de probleme care pot aparea. In topologia stea, fiecare calculator are o singura conexiune direct legata la un hub sau un concentrator (fig. 2). Un hub este un dispozitiv, instalat intr-o locatie centrala, care functioneaza ca un nod central (nexus) pentru retea. Serverele si calculatoarele client sunt de asemenea atasate acestui hub, dupa cum se observa in figura. Daca un cablu particular se defecteaza, numai calculatorul conectat la acel segment este afectat. Celelalte calculatoare vor continua sa functioneze normal. Topologia stea este folosita in general cu sistemul de cablare twised-pair. Singurul impediment al acestui tip de retea este costul hub-urilor. De obicei acest fapt este contrabalansat de usurinta prin care se instaleaza cablul twisted-pair si pretul scazut al acestui tip de cablu.

Figura 2. Topologie de tip stea

Fiecare calculator comunica cu hub-ul central, care fie retransmite mesajele tuturor celorlalte calculatoare (cazul retelei de tip stea broadcast), fie numai calculatorului destinatie (cazul retelei de tip stea cu comutatie). In cazul retelei de tip broadcast, hubul poate fi activ sau pasiv. Un hub activ regenereaza semnalul electric si il trimite tuturor calculatoarelor conectate la el. Acest tip de hub este numit si repetor multiport. Huburile active precum si comutatoarele (switch) trebuie sa fie alimentate pentru a functiona. Hub-ul pasiv actioneaza doar ca punct de conexiune si nu necesita alimentare.

O retea de tip stea se poate extinde prin conectarea in locul unui calculator a unui hub suplimentar, permitand astfel conectarea unui numar suplimentar de calculatoare.

Avantajele topologiei de tip stea sunt:

- introducerea ca si scoaterea unui calculator se poate face usor, fara a deranja restul retelei.

- utilizarea de hub-uri inteligente, cu microprocesor, permite diagnosticarea intregii retele.

- defectul aparut la nivelul unui calculator nu afecteaza functionarea retelei.

Dezavantajele topologiei de tip stea sunt:

- fiabilitatea retelei este dictata de fiabilitatea hub-ului; defectarea acestuia face ca intreaga retea sa se blocheze.

- multe retele de tip stea necesita un echipament special pentru retransmi-terea prin broadcast sau comutatie a traficului.

- costul cablarii este relativ ridicat fata de alte topologii.

Topologia fizica de tip inel (ring)

In general, o topologie bus in care cele doua capete sunt conectate, formeaza o topologie de tip inel (fig. 3). Topologia de tip inel este utilizata atunci cand traficul este sensibil la timpii de intarziere (fisiere audio sau video) sau atunci cand numarul de utilizatori care acceseaza datele este foarte mare. Fiecare calculator este conectat la urmatorul aflat in inel si fiecare retransmite urmatorului calculator ceea ce a primit de la precedentul. Mesajele parcurg inelul intr-o singura directie. Pentru ca fiecare calculator retransmite ceea ce a primit, un inel este o retea activa si nu se pune problema atenuarii semnalului.

Fig. 3. Topologie de tip inel

Unele retele de tip inel utilizeaza o metoda de trecere a unui jeton de la un calculator la altul. Jetonul este un mesaj foarte scurt care este transfereat de a lungul inelului pana la calculatorul care vrea sa transmita date altui calculator. Acest calculator modifica mesajul jetonului, adauga adresa destinatarului si informatia dorita si transmite acest pachet in retea. Fiecare calculator aflat pe traseu dupa expeditor primeste odata cu jetonul si informatiile utile. El transfera pachetul la calculatorul urmator. Acest proces se repeta pana cand calculatorul destinatie isi recunoaste adresa. Calculatorul destinatar transmite in aceeasi maniera si in acelasi sens, un mesaj de confirmare. La primirea confirmarii, emitatorul creeaza un nou jeton si-l lanseaza in retea, permitand altui calculator sa captureze jetonul si sa transmita informatii. Viteza de circulatie a jetonului este sficient de mare pentru a reduce timpii de intarziere. De exemplu un jeton poate traversa o retea inel cu lungimea de 200 m, de circa 10 000 de ori intr-o secunda (MCSE: Networking essentials, 1998).

Avantajele topologiei inel sunt:

- toate calculatoarele au acces in mod egal la mediul de transmisie;

- atunci cand sunt multe solicitari, reteaua continua sa functioneze, mai lent, dar nu se intrerupe.

Dezavantajele topologiei inel sunt:

- defectarea unui calculator afecteaza functionarea intregii retele.

- introducerea sau scoaterea unui echipament din retea se poate face numai cu intreruperea temporara a retelei.

- este dificila depistarea unui defect in retea.

Topologia fizica de tip star-bus

Este o retea obtinuta prin interconectarea mai multor hub-uri cu ajutorul topologiei de tip bus, hub-uri ce au conectate la porturile lor calculatoare in topologie de tip stea (fig. 4).

Figura 4. Topologie star-bus.

Topologia fizica de tip star-ring

In topologia star-ring, cunoscuta si sub denumirea token-ring, este o retea de tip stea (fizic) dar care se comporta ca o topologie in inel (logic). Topologia logica descrie modalitatea in care circula semnalul nu cum arata cablurile. In cazul token-ring, sunt folosite hub-uri speciale pentru a crea o cale de date care paseaza semnalele de la o statie la alta intr-un proces care se termina la statia de la care a pornit. In concluzie, topologia acestei retele este aceea a unei stele fizice dar din punct de vedere logic este un inel (fig. 5). 

Figura 5. Topologie star-ring (token-ring).

Topologia fizica de tip plasa (mesh)

Topologia mesh (plasa) este un exemplu de sistem de legaturi care nu este folosit aproape deloc. Descriind o retea in care fiecare calculator contine o conexiune dedicata la fiecare alt calculator ne lovim de o noua problema (cresterea costurilor) in timp ce incercam sa rezolvam altele (siguranta in functionare si reducerea timpilor de acces).

Fiecare calculator are propria lui legatura la fiecare dintre calculatoarele prezente (fig. 6), avand dreptul de a transmite liber la orice destinatie (in afara de momentul in care primeste date). Problemele apar pe masura ce numarul de calculatoare creste. Chiar si o retea modesta cu 10 noduri ar necesita 45 NIC (network interface card) si 45 de cabluri.

Figura 6. Retea de tip mesh.

Retelele de tip mesh pot fi foarte usor depanate si un defect la o statie nu duce la intreruperea retelei, asa cum se intampla in cazul altor topologii. Legaturile redundante permit transferul datelor intre calculatoare pe mai multe rute, ceea ce confera cea mai buna fiabilitate dintre toate variantele. Din pacate, instalarea ca si reconfigurarea unei astfel de retele sunt operatii ce devin tot mai complicate pe masura ce creste numarul calculatoarelor.

In practica se foloseste o varianta hibrida, care imbina topologia mesh cu cea de tip bus sau star (topologie de tip arbore - tree).