Основы топологий «звезда» и «шина»

Топология — это форма или схема, по которой соединены устройства в сети. Она описывает прокладку кабелей и перемещение данных между устройствами. Выбор топологии влияет на три основных параметра: стоимость, скорость и надёжность. В этом уроке Вы сравните две самые старые и базовые схемы: звезду и шину. Их понимание создаёт основу для более сложных кольцевых и ячеистых топологий, с которыми Вы познакомитесь далее.

В топологии «звезда» каждое устройство подключено к одной центральной точке, обычно к коммутатору (устройству, которое пересылает данные в сети LAN, то есть локальной сети). Устройства не обмениваются данными напрямую друг с другом: весь трафик проходит через центр. Именно такую схему используют почти все современные домашние и офисные сети. От каждого устройства к центральному коммутатору идёт отдельный кабель, поэтому на схеме получается звезда.

Топология «звезда» популярна, потому что её легко управлять и диагностировать. Если один кабель выйдет из строя, подключение потеряет только одно устройство, а остальные продолжат работать. Добавить новое устройство просто: достаточно проложить один кабель к свободному порту коммутатора.

• Надёжность — неисправность одного кабеля не выводит сеть из строя.
• Масштабируемость — устройства добавляются подключением к свободным портам.
• Простое обнаружение неисправностей — проблему можно локализовать в одном соединении.

У звезды есть один очевидный недостаток: центральное устройство является единой точкой отказа. Если коммутатор обесточится или сломается, все подключённые к нему устройства одновременно отключатся от сети. Кроме того, звезде требуется больше кабелей, чем старым схемам, поскольку от каждого устройства к центру ведёт отдельный кабель. Несмотря на эти затраты, надёжность и простота сделали звезду стандартным выбором сегодня.

В топологии «шина» все устройства используют один длинный кабель, называемый магистралью. Каждое устройство подключается к этой единой линии. Когда устройство отправляет данные, сигнал проходит по всему кабелю, и его видят все устройства, но сохраняет его только предназначенный получатель. Шина была распространена в ранних сетях, поскольку требовала совсем немного кабеля и была дёшевой в построении.

На каждом конце кабеля шины требуется терминатор (небольшой резистор). Без терминаторов сигналы отражаются обратно по линии и создают помехи, из-за которых данные искажаются. В шине также использовался CSMA/CD (множественный доступ с контролем несущей и обнаружением коллизий), чтобы устройства могли совместно использовать один провод и не передавали постоянно одновременно.

У топологии «шина» есть серьёзные недостатки, из-за которых она стала частью истории. Поскольку все устройства используют один кабель, передавать данные одновременно может только одно из них, поэтому производительность снижается по мере добавления устройств. Хуже того, любой обрыв или ослабленный разъём в магистрали может вывести из строя всю сеть. Для поиска неисправности приходится проверять весь кабель.

Сравнение этих двух топологий объясняет, почему звезда вытеснила шину:

• Кабели — в шине используется одна общая линия, а в звезде — отдельная линия для каждого устройства.
• Отказоустойчивость — один обрыв выводит шину из строя целиком, а звезда изолирует неисправность.
• Производительность — в шине пропускная способность общая, а коммутаторы в звезде предоставляют каждому устройству отдельный путь.
• Стоимость — шина дешевле по расходу кабеля, но простой обходится значительно дороже.

Ключевое различие заключается в способе совместного использования среды передачи. В шине каждое устройство конкурирует за один кабель, поэтому коллизии (одновременная передача данных двумя устройствами) происходят часто и замедляют работу. Современная коммутируемая звезда избегает этой проблемы: коммутатор предоставляет каждому порту собственный путь без коллизий. Это одна из главных причин, по которым схема «звезда плюс коммутатор» стала стандартом для надёжных и быстрых сетей.

Топология «звезда» встречается повсюду: её используют домашний маршрутизатор, коммутационный шкаф в офисе и стойки в центре обработки данных. Чистая шина практически исчезла из современных сетей Ethernet, хотя её идея сохранилась в некоторых шинных системах, например в старых линиях кабельного телевидения и отдельных промышленных шинах управления. На экзамене Network+ запомните звезду как основной практический вариант, а шину — как исторического предшественника, на примере которого видны ограничения.

Представьте звезду как велосипедное колесо: коммутатор — это втулка, а каждая спица ведёт к одному устройству. Шину представьте как один коридор с дверями вдоль него, где один громкий голос заполняет весь коридор. Колесо продолжает работать, если одна спица ломается; в коридоре наступает тишина, если он обрушивается в любом месте. Эти образы помогают легко вспомнить основные различия на экзамене.

Проверьте своё понимание топологий «звезда» и «шина».

Вы сравнили две самые базовые топологии сети. Топология звезда соединяет каждое устройство с центральным коммутатором, изолирует неисправности и легко масштабируется, но коммутатор является единой точкой отказа. Топология шина использует один магистральный кабель с терминаторами на обоих концах; она дёшева, но любой обрыв нарушает работу всей сети, а при высокой нагрузке сеть замедляется. Коммутируемая звезда сегодня является стандартом, а шина в основном сохранилась как учебный пример. Далее вы изучите топологии кольца и ячеистой сети.