Topologia retelei

Topologia unei retele se refera la modalitatea de conectare fizica a calculatoarelor, o astfel de modalitate prin care se realizeaza conexiunea intre calculatoarele unei retele numindu-se topologia fizica a retelei de calculatoare. Exista si o topologie logica care descrie conexiunile posibile intre perechile de puncte de capat care pot comunica . Totusi , ce mai importanta este topologia fizica ( din care deriva si topologia logica ) . Este foarte important cum se alege cea mai buna topologie fizica pentru viitoarea retea , deoarece fiecare topologie are limitari si dezavantaje. Cele mai folosite topologii de conectare sunt :

topologia magistrala ( sau bus )

topologia de tip stea ( star) si extensia sa topologia comutata

topologia de tip inel

Pe langa aceste trei topologii principale , exista si alte topologii mai complexe , ce se obtin prin combinarea celor trei topologii fizice elementare :

topologia star bus

topologia star ring

topologia de retea de tip plasa (mesh).

Aceste topologii se refera la conectarea calculatoarelor din retelel locale.

Topologia magistrala

Se foloseste pentru retele simple, mici sau retele temporare. Consta in interconectarea, folosind un singur cablu deschis la capete, a computerelor retelei. Acest cablu se numeste magistrala ( bus ).

Terminator  Magistrala Terminator

Cablul ( sau bucatile de cablu ) ce formeaza magistrala , nu are nici un dispozitiv activ de amplificare a semnalului . Din acest motiv topologia bus este pasiva . Atunci cand un calculator trimite un semnal cu anumita informatie in retea , toate calculatoarele il primesc, dar numai unul dintre ele ( a carui adresa se gaseste in pachetul de date transmis ) il accepta (celelalte rejectand-ul ). Ca un prim dezavantaj, la un moment dat doar un singur calculator poate transmite date, ceea ce duce la scaderea vitezei de circulatie a datelor in retea. Fiecare computer trebuie sa astepte eliberarea bus-ului inainte de a transmite el mesajul lui. Trebuie de asemenea, sa punem in evidenta faptul ca ambele capete ale retelei trebuie sa se termine printr-o sarcina rezistiva (de obicei aceste sarcini rezistive se numesc terminatori). Acest lucru este necesar pentru ca semnalel transmise pe magistrala sa nu se intoarca . Cand o statie transmite un semnal , acesta se propaga automat in ambele directii ale magistralei. Daca nu ar intalni un rezistor terminal care sa absoarba semnalul, semnalul s-ar intoarce in retea impiedicand transmiterea altor semnale ( date ).

Sa trecem in revista avantajele si dezavantajele acestei retele pentru a determina situatiile in care este recomandata folosirea ei .

Ca si avantaje amintim :

este topologie simpla , eficienta in retele mici, foarte usor de utilizat.

este o topologie care necesita cantitati minime de cablu pentru conectarea calculatoarelor , prin urmare avand cel mai mic cost .

este foarte usor de extins, adaugand o mufa BNC (un fel de T) si adaugand o noua bucata de cablu .

exista dispozitive speciale numite repetitoare ce permit amplificarea semnalului pentru a conecta calculatoare aflate la o distanta mai mare de100 m .

Dezavantajele sunt :

daca traficul de date creste in retea, acest lucru conduce la incetinirea vitezei retel.

se produc receptii eronate ale datelor datorate conectoriloor atasati la cablu , care atenueaza semnalul transmis.

este putin fiabila, intreruperea unui cablu sau lipsa unui conector sau terminator duce la nefunctionalitatea intregii retelei . Aceste defecte sunt si greu de depistat.

Ca o concluzie generala, aceasta topologie nu este recomandata decat pentru retele locale mici, retele peer -to -peer, care sunt retele ieftine destinate utilizarii in birourile mici. Cea mai cunoscuta retea bazata pe topologia magistrala, este reteua Ethernet 10Base2 , cunoscuta si sub numele de thinnet.

Topologia de tip stea ( star )

Intr-o retea bazata pe aceasta topologie, calculatoarele sunt conectate la un nod central numit

hub, switch ( concentrator ) , ca in figura de mai jos :

HUB

PC 

Server

Retelele bazate pe aceasta tehnologie sunt cele mai raspandite retele locale, datorita flexibilitatii , scalabilitatii si a unui cost mediu .

Hub-ul este un dispozitiv folosit pentru concentrarea retelei. Exista hub-uri active care regenereaza semnalul electric si il trimite tuturor calculatoarelor conectate la el. Acest tip de hub este de multe ori si un repetor multiport si necesita alimentare . In schimb , hub-urile pasive nu necesita alimentare si nu pot sa amplifice sau regenereze semnalul . Pentru astfel de retele bazate pe topologie stea, se pot folosi mai multe tipuri de cabluri ( uzual se foloseste cablu UTP si mufe RJ45 ). Hub-ul , care este punctul central al retelei , poate fi folosit pentru conectarea unui alt hub ce conecteaza o alta retea ( intr-unul din porturile disponibile, tipic avem 5,8,16 porturi). Acest lucru conduce la crearea unei retele stea hibride, cu hub-uri in cascada.

O topogie de tip stea , are cateva avantaje, ce o recomanda ca una din cele mai bune metode de interconectare a calculatoarelor. Amintim :

usor de modificatsi de extins , fie tragand un cablu de calculator la hub sau legand un alt hub intr-un port din vechiul hub.

hub-urile, care sunt punctele centrale ale retelei , au facilitati de monitorizarea si management centralizat al retelei .

este mult mai fiabila, defectarea unui calculator nu conduce la nefunctionalitatea intregii retele .

se pot folosi mai multe tipuri de cablu in cadrul retelelei. De exemplu, cablu UTP dar si cablu coaxial .

Dezavantajele sunt legate de costurile ridicate datorita necesitatii hub-ului si a unor lungimi mari de cablu . De asemenea , daca hub-ul se defecteaza , toata reteaua nu va mai functiona.

Topologia comutata

Reprezinta ultima topologie aparuta . Ea se aseamana cu topologia de tip stea , dar in locul hub-ului se foloseste un dispozitiv multiport numit comutator sau switch .

SWITCH

Switch-ul invata adresele MAC ( Media Access Control ) si le stocheaza intr-o tabela de cautare interna . Intre expeditorul si destinatarul unui cadru este creata o cale temporara , iar cadrul este trimis de-a lungul acestei cai de cautare temporare. Switch-urile imbunatatesc performantele unei retele LAN in doua moduri importante : maresc banda totala de frecventa disponibila in intreaga retea (se scad sansele de coliziune in retea a pachetelor) si reduc numarul de dispozitive fortate sa partajeze un segment de banda de frecventa .

Topologia de tip inel ( ring )

Se caracterizeaza prin faptul ca fiecare computer este conectat la urmatorul , iar ultimul la primul formand un inel . La aceasta topologie s-a ajuns plecand de la o simpla topologie peer - to - peer si extinzand-o. Cele mai cunoscute sunt retelele Token Ring( inel cu jeton).

Retea bazata pe topologie inel

Acest tip de topologie este utilizata in retelele de mare performanta , retele care necesita ca banda sa fie rezervata pentru trafic sensibil la intarzierile de timp, cum sunt fisierele video si audio sau pentru retelele in care numarul de utilizatori care acceseaza este foarte mare ( banda este capacitatea unui mediu de transmisie de a transfera date , o banda se caracterizeaza prin viteza si latime de banda ) .

Cum functioneaza o retea de tip inel ? Fiecare calculator este conectat la urmatorul aflat in inel si fiecare retransmite urmatorului calculator ceea ce a primit de la precedentul. Mesajele circula intr-o singura directie Cum fiecare calculator retransmite ceea ce primeste reteaua de tip inel este o retea activa pentru ca semnalul nu se pierde si nici nu apar atenuari ale acestuia . Exista un tip mai performant de retea inel , numita retea Token Ring (avand ca autor firma IBM), care utilizeaza o metoda de trecere a unui jeton de la un calculator la altul . Un mesaj foarte scurt denumit jeton este transferat de-a lungul retelei ( de-a lungul inelului ce se formeaza ) pana la calculatorul care vrea sa transmita informatii unui alt calculator.

Acest calculator modifica continutul jetonului , adauga adresa electronica a destinatarului si informatia dorita si trimite tot acest pachet in retea. Fiecare calculator aflat pe traseu dupa expeditor primeste jetonul si informatiile, apoi le retransmite mai departe pana cand adresa electronica se potriveste cu adresa calculatorului destinatie. Daca destinatarul nu este de gasit, mesajul se intoarce la emitator. De asemenea, calculatorul care si-a recunoscut adresa, trimite emitatorului un mesaj de confirmare indicandu-i acestuia primirea informatiilor. Dupa primirea confirmarii, emitatorul creeaza un nou jeton si-l lanseaza in retea, permitand altui calculator sa captureze jetonul si astfel, sa transmita informatii. Jetonul va circula din nou pana cand un alt calculator il va captura.

Trebuie sa remarcam faptul ca traversarea retelei de catre jeton se face foarte , foarte repede , aproximativ de 10000 ori intr-o secunda intr-o retea inel de 200 m. Exista si extensii ale acestor retele inel. De exemplu, alte retele inel mai rapide folosesc mai multe jetoane la un moment dat. Alte retele au doua inele separate fizic, fiecare dintre ele avand un contor care permite o recuperare mult mai usoara in cazul defectarii unui inel.

In finalul prezentarii acestei topologii sa trecem in revista avantajele si dezavantajele sale. Ca si avantaje amintim :

deoarece fiecare calculator are acces in mod egal la suportul de transmisie , nici un calculator nu poate monopoliza reteaua .

datorita impartirii egale a resurselor retelei are loc o degradarea lenta a vitezei de transfer a datelor odata cu cresterea numarului de utilizatori.

Dezavantaje :

intreruperea unui calculator poate afecta functionalitatea intregii retele.

este dificila depistarea unui defect intr-o astfel de retea .

Vom prezenta mai departe topologiile complexe , obtinute prin combinarea celor anterioare .

Topologia star bus

In practica cele mai multe topologii folosite sun combinatii ale celor prezentate mai sus. Cea mai cunoscuta este topologia star bus , care se obtine prin extinderea topologiei stea. Acest lucru se obtine prin interconectarea mai multor hub-uri cu ajutorul topologiei hub, fiecare hub avand la porturile sale calculatoare legate in stea. O astfel de conectare mai este cunoscuta si sub denumirea de conectare in cascada .

Topologia star ring

Mai este cunoscuta si sub denumirea de topologie stea conectata in inel. Cablul care conecteaza calculatoarele este dispus in forma de stea in exteriorul hub-ului si sub forma de inel in interiorul lui. In aceasta topologie pot fi conectate si hub-uri exterioare hub-ului central, astfel extinzandu-se inelul din interiorul hub-ului .

Observatii : Exista alte doua topologii derivate din cele stea si inel : topologie stea ierarhica si topologie inel ierarhica. Cele in stea ierarhica folosesc hub-uri sau switch-uri intr-o maniera ierarhica , de obicei un hub central la care sunt legate celelalte hub-uri. Cele inel ierarhice constau in conectarea unor inele intr-o maniera ierahica.

Topologie stea ierarhica  Topologie inel ierarhica

Topologie de retea de tip plasa (mesh )

Este un alt tip de topologie care se obtine prin adaugarea de conexiuni redundante (duplicate) intre echipamentele retelei. De obicei , nu toate calculatoarele sunt conectate intre ele , doar anumite calculatoare au legaturi suplimentare . Retele de tip plasa se caracterizeaza prin faptul ca au o mare toleranta la defecte si pot fi depanate usor. Totusi implica costuri suplementare datorita adaugarii de legaturi redundante .

Zonele functionale ale unei retele LAN

Topologiile existente pentru conectarea diverselor componente dintr-o retea ofera un mod important de optimizare pentru diversele zone functionale ale unei retele LAN. Retelele locale contine patru zone functionale distincte : conectivitatea statiilor, conectivitatea serverelor, conectivitatea WAN ( conectarea la retelele de arie mare) si coloana principala. Fiecare dintre aceste zone foloseste o anumita topologie elementara sau complexa. Este foarte important modul de topologie care se foloseste pentru fiecare zona. Le vom trece in revista mai departe .

Conectivitatea statiilor. Functia principala a majoritatii retelelor locale este conectivitatea statiilor, care , asa cum sugereaza numele este portiunea din reteaua locala utilizata pentru interconecatrea in retea a statiilor divertilor utilizatori. In general , in aceasta zona nu se impun conditii dure de performanta (poate cu exceptia statiilor de lucru CAD-CAM, a videoconferintelor ) . Pentru aceasta zona ( ce conecteaza statiile si echipamentele periferice ) se folosesc topologiile elementare sau eventual, topologii hibride.

Conectivitatea serverelor . Serverele sunt mai robuste decat statiile de lucru ale utilizatorilor. Ele sunt puncte de concentrarea a traficului din retea si trebuie sa serveasca mai multi clienti si/sau alte servere. Conectivitatea serverelor trebuie sa fie mai solida decat conectivitatea statiilor in ce priveste largimea de banda disponibila si robustetea metodei de acces.

Conectivitatea WAN. O alta problema importanta o reprezinta modul de conectarea al retelei locale la o retea WAN ( cum ar fi de exemplu conectarea la reteaua INTERNET). Tipic, conectivitatea intregii retele locale se face cu ajutorul unei singure conexiuni de la coloana principala a retelei la un router . Conectarea retelei LAN la un router este o legatura cruciala a retelei. Folosirea unei tehnologii incorecte , cu latime de banda mica poate duce la deteriorarea nivelului de performanta pentru toate intrarile si iesirile in si din reteaua locala spre WAN. Se recomanda sa nu se foloseasca legaturi bazate pe concurenta ( care sunt folosite de mai multe retele, cazul dial-up) . Mai mult retelele locale care au un trafic intens WAN -LAN trebuie sa foloseaca o conexiune cu latime de banda mare si cu o metoda de acces neconcurential . Practic, daca conexiunea este slaba apar strangulari ale traficului de date ( mai ales in cazul conexiunilor de INTERNET ) .

Conectivitatea coloanei principale. Intr-o retea LAN, coloana principala (backbone) este portiunea retelei utilizata pentru conectarea tuturor hub-urilor ( sau switch-rilor ) din retea. Coloana principala a unei retele LAN realizeaza o functie cruciala : interconecteaza toate sursele conectate local, si daca este cazul , reteaua WAN.

Alegerea topologiei pentru coloana principala nu este o sarcina simpla . Exista solutii simple dar care nu ofera performante mari , in schimb exista solutii costisitoare care ofera suficienta performanta . Cea mai folosita tehnologie este cea magistrala, in care hub-urile sunt conectate in cascada , coloana numindu-se coloana principala serie ( am intanit-o ca si topologie star bus ) . Ea se recomanda pentru retele mici. Exista si alte moduri de conectare. Amintim folosirea topologia ierarhica , mod care se numeste coloana principala distribuita . Apoi, exista si topologia coloana principala restransa care folosesete un router central care sa conecteze toate segementele LAN dintr-o cladire. Routerul creaza efectiv mai multe domenii de coliziune si difuzare , marind astfel performantele fiecarui segment din reteaua locala. Ca o ultima solutie se foloseste coloana principala paralela care este o topologie obtinuta prin modificarea a coloanei principale restranse folosind mai multe routere.