Topologie pierścienia i siatki

Gwiazda i magistrala to podstawy, ale na egzaminie znaczenie mają także dwie inne klasyczne topologie: pierścień i siatka. Pierścień łączy urządzenia w zamkniętą pętlę, natomiast siatka łączy urządzenia wieloma nadmiarowymi ścieżkami. Każda z tych topologii rozwiązuje inny problem — pierścień zapewnia uporządkowany dostęp, a siatka odporność na awarie. Zrozumienie obu topologii daje pełniejszy obraz wpływu kształtu sieci na niezawodność i koszty.

W topologii pierścienia każde urządzenie łączy się dokładnie z dwoma sąsiadami, tworząc zamkniętą pętlę. Dane przemieszczają się wokół pierścienia w jednym kierunku, przechodząc przez każde urządzenie, aż dotrą do celu. Nie ma tu centralnego koncentratora. Pierścień był stosowany w technologiach takich jak Token Ring i FDDI (Fiber Distributed Data Interface), w których uporządkowany system przekazywania kolejki decydował o tym, kto może nadawać.

W pierścieniach często stosowano mechanizm przekazywania tokenu, aby uniknąć kolizji. Mała wiadomość nazywana tokenem krąży po pętli; nadawać może tylko urządzenie, które posiada token. Po zakończeniu transmisji przekazuje token dalej. Gwarantuje to sprawiedliwy dostęp bez kolizji — jest to rzeczywista przewaga nad magistralą. Wadą jest konieczność oczekiwania na token nawet wtedy, gdy sieć jest nieużywana.

Prosty pierścień ma problem z podatnością na awarie: jeśli jedno urządzenie lub łącze w pętli ulegnie awarii, dane nie mogą już przebyć całej drogi, co może spowodować przerwę w działaniu całej sieci. Aby temu zaradzić, niektóre rozwiązania korzystają z podwójnego pierścienia (dwóch pętli poruszających się w przeciwnych kierunkach), dzięki czemu ruch może ominąć uszkodzenie, zmieniając kierunek. Ta nadmiarowość zwiększała niezawodność, ale podnosiła koszty i złożoność. Pierścienie zostały w dużej mierze zastąpione przez przełączane gwiazdy.

W topologii siatki urządzenia łączą się bezpośrednio z wieloma innymi urządzeniami, tworząc wiele ścieżek między dowolnymi dwoma punktami. Pełna siatka łączy każde urządzenie ze wszystkimi pozostałymi, natomiast częściowa siatka łączy tylko niektóre urządzenia. Większa liczba łączy oznacza większą nadmiarowość: jeśli jedna ścieżka ulegnie awarii, ruch po prostu wybiera inną. Siatka zapewnia bardzo wysoką niezawodność kosztem większych wydatków na łącza i okablowanie.

Liczba łączy w pełnej siatce szybko rośnie. Dla n urządzeń pełna siatka wymaga n(n-1)/2 połączeń — sześciu łączy dla czterech urządzeń, ale aż 45 łączy dla dziesięciu. Koszty szybko stają się wysokie. Częściowa siatka dodaje nadmiarowe łącza tylko tam, gdzie są najbardziej potrzebne, równoważąc odporność na awarie z kosztami. Dlatego szkielet Internetu i krytyczne łącza WAN wykorzystują topologię częściowej siatki.

Siatka jest topologią o największej odporności na awarie, ponieważ nie ma pojedynczego punktu awarii. Dzięki wielu alternatywnym ścieżkom sieć może automatycznie omijać uszkodzone łącza lub niedziałające urządzenia. Jest to dokładnie to, czego potrzeba w Internecie, gdzie awarie nie mogą odcinać całych regionów.

• Ścieżki nadmiarowe pozwalają przetrwać awarie.
• Samonaprawiające się trasowanie wyszukuje nowe trasy.
• Kosztowna pod względem okablowania i sprzętu.

Siatka nie jest rozwiązaniem wyłącznie przewodowym. Sieci bezprzewodowej siatki korzystają z wielu punktów dostępowych, które przekazują sobie ruch, rozszerzając zasięg na duży obszar bez konieczności prowadzenia kabli wszędzie. Jeśli jeden węzeł przestanie działać, sąsiednie węzły kierują ruch inną trasą. Domowe systemy Wi-Fi mesh wykorzystują tę ideę, pokrywając cały dom sygnałem za pomocą kilku niewielkich jednostek komunikujących się ze sobą.

Rzeczywiste sieci rzadko korzystają z jednego czystego kształtu. Topologia hybrydowa łączy różne rozwiązania — na przykład kilka sieci gwiazdowych połączonych w częściową siatkę przełączników. Zapewnia to łatwe zarządzanie gwiazdą na brzegach oraz nadmiarowość siatki w rdzeniu. Na egzaminie należy spodziewać się diagramów z rzeczywistych sieci, które łączą różne topologie, zamiast przedstawiać jeden kształt znany z podręcznika.

Pierścień należy wybrać wtedy, gdy potrzebny jest uporządkowany dostęp bez kolizji i można zaakceptować jego podatność na awarie lub zastosować podwójny pierścień — choć we współczesnych sieciach przełączanych zwykle lepiej sprawdza się gwiazda. Siatkę należy wybrać wtedy, gdy niezawodność ma kluczowe znaczenie i budżet na to pozwala, na przykład w przypadku łączy szkieletowych i centrów danych o wysokiej dostępności. Znajomość zalet każdego rozwiązania pomaga czytać diagramy sieci i odpowiadać na pytania sytuacyjne na egzaminie.

Proszę wyobrazić sobie pierścień jako grupę osób przekazujących sobie wokół koła jeden przedmiot służący do zabierania głosu: wszystko przebiega uporządkowanie, ale jeśli jedna osoba opuści krąg, przedmiot nie może zakończyć pełnego obiegu. Siatka przypomina sieć dróg między miastami: po zamknięciu jednej drogi ruch łatwo wybiera objazd. Pierścień stawia na porządek, a siatka na odporność. Te obrazy ułatwiają przypomnienie sobie ich zastosowań.

Proszę sprawdzić swoją wiedzę na temat topologii pierścienia i siatki.

Poznano dwie kolejne topologie. Pierścień łączy urządzenia w zamkniętą pętlę i często wykorzystuje przekazywanie tokenu, aby zapewnić uporządkowany dostęp bez kolizji, ale pojedyncza przerwa może zakłócić działanie pętli, chyba że zastosowano podwójny pierścień. Siatka łączy urządzenia wieloma nadmiarowymi ścieżkami, dzięki czemu jest najbardziej odpornym na awarie rozwiązaniem — kosztem dużych wydatków na okablowanie. Pełna siatka łączy wszystko ze wszystkim, a częściowa siatka dodaje nadmiarowość wybiórczo. Rzeczywiste sieci zwykle łączą różne topologie w rozwiązania hybrydowe.