Návrh  uspořádání sítě - topologie

Topologie sítě znamená uspořádání nebo fyzické umístění uzlů v sítí. Zvolení určité topologie má vliv na typ a možnosti vybavení, růst a správu sítě. Topologie může určovat i jak budou počítače v sítí komunikovat.

Fyzická a logická topologie

Topologie popisuje fyzické nebo logické uspořádání sítě. Topologií se lokální počítačové sítě liší od rozsáhlých počítačových sítí.

Fyzická topologie definuje kabelové rozložení sítě, týká se toho, jakým způsobem ka­belový rozvod spojuje uzly. Existuje několik fyzických topologií, včetně sběrnicové, kruhové, hvězdicové a kruhu spojeného do hvězdy nebo jiné hybridní topologie. Fyzické topologie se dají rozdělit do tří kategorií:

Topologie, které implementují logickou sběrnicovou topologii, zde patří fyzické to­pologie - sběrnicové, hvězdicové a stromové.

Topologie, které implementují logickou kruhovou topologii. Takové topologie jsou dány fyzickými kruhy, které se v čisté podobě vyskytují zřídka. Fyzický kruh je ná­chylný k poruchám. Z tohoto důvodu jsou logické kruhy většinou implementovány hybridní hvězdicově-kruhovou sítí.

Hybridní topologie, které jsou tvořeny kombinací fyzických topologií (hvězdicová kruhová topologie

Logická topologie popisuje, jakým způsobem jsou mezi uzly předávány informace. Existují dvě základní logické topologie:

Sběrnicová, ve které jsou všechny informace rozesílány všem, každý uzel tedy informaci obdrží a informaci zpracuje pouze ten uzel, kterému je zpráva poslána.

Kruhová, ve které jsou informace předávány z uzlu na uzel, dokud nedosáhnou místa určení.

Volba topologie má vliv na řadu vlastnosti sítě jako je rozšiřitelnost (možnost a snad­nost doplňování stanic do existující sítě), rekonfigurovatelnost (možnost modifikovat síť při závadě komponenty), spolehlivost (odolnost sítě proti výpadkům komponent), složitost obsluhy a výkonnost (využití přenosové kapacity média a zpoždění zprávy).

Standardní fyzické topologie

Sběrnice - všechny stanice jsou připojeny na pasivní společné médium, které sdílejí.

Sběrnicová topologie (bus) připomíná datovou trasu, která propojuje několik stanic v síti. Sběrnice je obvykle tvořena souborovým serverem na jednom konci a od něj vedoucím hlavním kabelem. Je snadné přidávat nové stanice, ale obtížné je udržovat bezpečnost sítě. Má ze všech topologií nejmenší nároky na kabelové spojení.

Data v sítí ve formě elektrických signálů jsou posílána všem počítačům v síti, nicméně informaci přijme pouze ten počítač, jehož adresa odpovídá adrese zakódované v počátečním signálu. V daný okamžik může zprávy odesílat vždy pouze jeden počítač. Protože data, neboli elektrický signál, jsou posílána po celé síti, cestují z jednoho konce kabelu na druhý. Aby se zastavilo vrácení signálů, umísti se na oba konce kabelu terminátor, který pohlcuje volné signály. Typickým uživatelem této topologie je síť Ethernet. Pro spojení dvou kabelů je možné použít zařízení zvané opakovač (repeater), který signál zesílí.

Výhody: sběrnice vyžaduje poměrně kratší kabelové vedení ve srovnání s jinými topologiemi; nezávislost stanic na výpadku libovolné stanice; snadné připojení další stanice; snadné všesměrové vysílání.

Nevýhody: úplný výpadek sítě při přerušení kabelu; současně může vysílat pouze jeden uzel.

Hvězda - z historického hlediska jde o nejstarší topologii, kde jedna stanice je centrálním uzlem a přes ní probíhá veškerá komunikace v síti. Hvězdicová topologie (star) snadno zvládne začlenění nových stanic. Využívá k příjmu a vysílání zpráv stejného přístupu jako telefonní systém. V této síti musí všechny zprávy procházet centrálním počítačem, jenž řídí tok všech dat. U této architektury je snadné přidávat nové stanice, vše co je potřebné, je kabel od centrálního počítače k síťovému rozhraní každého nového počítače. Správce sítě může některým stanicím přiřadit vyšší prioritu než jiným. Výpadek centrálního počítače má za následek zhroucení celé sítě.

Kruh - každý počítač je propojen přímo s předchozím a následujícím počítačem v kruhu.

Zpráva se pohybuje od odesílatele postupně přes sousední uzly ke svému příjemci. Kruhová topologie (ring) kombinuje výhody hvězdy a sběrnice a skládá se z několika uzlů propojených vzájemně do tvaru kruhu, kde se zprávy šíří jedním směrem od uzlu k uzlu.

Výhody: lehce rozšiřitelná struktura; malý počet spojů; není centrální uzel.

Nevýhody: výpadek jedné stanice způsobí rozpad celé sítě.

Hybridní topologie – hvězdicově sběrnicová a hvězdicově prstencová. Hvězdicově sběrnicová topologie kombinuje několik hvězdicových sítí navzájem propojených pomocí lineární sběrnice. Hvězdicově prstencová topologie se někdy nazývá hvězda zapojena do kruhu. Ke spojení počítačů se používají rozbočovače (víceportové opakovače).

Rozbočovače a opakovače

Sítě typu hvězda a komplexní sběrnicové sítě mohou vyžadovat speciální zařízení umožňující propojení různých uzlů. Sdílená tiskárna může například vyžadovat několik spo­jení z různých zdrojů.

Rozbočovač je zařízení, které takový způsob propojení umožňuje vytvo­řit. Existuje několik typů rozbočovačů. Některé jsou tvořeny jednoduchými hardwarovými zařízeními, která spojení pouze přijímají (pasivní rozbočovače). Mnohem složitější jsou aktivní rozbočovače, které umožňují sledování a řízení toku informací do různých síťových uzlů.

Opakovač (repeater) je hardwarové zařízení, které sídlí ve fyzické vrstvě referenčního modelu OSI, a které slouží pro propojení dvou segmentů stejné sítě. Má za úkol zesilovat elektrický signál a zároveň omezovat interference na kabelovém signálu, který přenášejí z jednoho kabelu do druhého. Opakovač může být i součástí jiného zařízení, jako je rozbočo­vač (hub) či dokonce uzel.

Logická topologie

Logická topologie definuje logické rozložení sítě. Toto rozložení specifikuje, jakým způsobem mezi sebou komunikují prvky v sítí, a jak jsou přenášen informace v síti. Mezi dvě hlavní topologie patří sběrnice a kruh.

Ve sběrnicové logické topologii jsou informace vysílány současně ke všem uzlům. Uzly, ale čtou pouze zprávy, které jsou určené pouze pro ně určené. Před zahájením vysílání je nutné čekat, dokud nebude síť dočasně volná.

V kruhové topologii probíhá komunikace od jednoho uzlu k dalšímu. Informace jsou předávány sekvenčně v pořadí určeném předdefinovaným procesem.