Физическая и логическая топологии

Слово «топология» на самом деле обозначает два разных понятия, и их смешение приводит к путанице. Физическая топология описывает физическое расположение кабелей и устройств — провода, которых можно коснуться. Логическая топология описывает фактическое движение данных между устройствами независимо от физической прокладки кабелей. Сеть может физически выглядеть как одна форма, но логически работать как другая. Это различие часто проверяют на экзамене.

Физическая топология — это фактическая схема прокладки кабелей: какое устройство подключено к какому порту, где находятся коммутаторы и как кабели проложены через стены и стойки. Если бы вы обходили здание и прослеживали кабели, вы документировали бы физическую топологию. Большинство современных сетей физически построено по схеме звезда, где каждое устройство соединено кабелем с центральным коммутатором.

Логическая топология описывает путь, по которому идут данные, и способ совместного использования среды устройствами — то есть поток трафика. Она отвечает на такие вопросы: данные передаются всем сразу или перемещаются от точки к точке? Доступ регулируется обнаружением коллизий или передачей маркера? Логическая топология определяется технологией и конфигурацией, а не физическим расположением кабелей.

Классический пример — старое маркерное кольцо: физически оно было построено как звезда — каждое устройство кабелем подключалось к центральному MAU, то есть к многостанционному блоку доступа, — но логически данные двигались по кольцу, переходя от устройства к устройству. Таким образом, одна и та же сеть одновременно была физической звездой и логическим кольцом. Поэтому нельзя определить поток данных, просто взглянув на кабельную разводку.

Классический Ethernet с концентратором — ещё один пример несоответствия. Устройства подключены к центральному концентратору, поэтому физическая форма — звезда. Но концентратор повторяет каждый сигнал на всех портах, поэтому каждое устройство слышит каждую передачу — данные движутся так, словно сеть построена по общей схеме шина. Физически это звезда, а логически — шина. Современные коммутаторы изменили это, отправляя данные только на нужный порт.

Разделение физической и логической топологий помогает правильно устранять неполадки. Неисправность кабеля относится к проблемам физического уровня, которые выявляют вручную и с помощью тестера кабелей. Проблема потока трафика — например, широковещательный шторм или неверная настройка VLAN — относится к логическим и решается в конфигурации устройств. Понимание того, с каким уровнем вы работаете, подсказывает, какой инструмент выбрать, и экономит время.

Сетевые специалисты ведут два вида схем. Физическая схема показывает стойки, порты, кабельные трассы и расположение — она полезна специалистам по кабельным системам. Логическая схема показывает IP-подсети, VLAN и пути трафика — она полезна для планирования и обеспечения безопасности. В реальной работе ожидается качественная документация обоих видов, и на экзамене это проверяется как лучшая практика.

• Физическая — кабели, порты, расположение.
• Логическая — подсети, VLAN, поток данных.

Современные коммутаторы сделали физическую и логическую топологии более похожими друг на друга. Коммутатор запоминает, какое устройство подключено к каждому порту, и пересылает кадры только туда, поэтому физическая звезда логически тоже ведёт себя как соединение «точка — точка». Однако логическое разделение по-прежнему выполняется поверх физической проводки с помощью VLAN (виртуальных локальных сетей), которые разделяют один физический коммутатор на несколько логических сетей. Эту тему вы изучите позже.

Отличный современный пример различия логической и физической топологий — это VLAN. Несколько устройств, подключённых к одному физическому коммутатору, можно поместить в разные логические сети, которые не смогут напрямую обмениваться данными. Физически это одна звезда, но логически — несколько отдельных сегментов. Это показывает, что логическая топология настраивается программно независимо от кабелей.

Увидев схему сети на экзамене, спросите себя, какое представление на ней показано. Схема кабельных трасс и стоечных блоков является физической; схема диапазонов IP и стрелок трафика — логической. В некоторых ситуационных вопросах специально описывается физическая звезда с логическим поведением шины или кольца, чтобы проверить, понимаете ли вы разницу. Не спешите и сначала определите, какое представление показано.

Представьте систему метро. Физическая топология — это места, где проложены рельсы и вырыты туннели. Логическая топология — это маршрутная схема, по которой следуют пассажиры: какие поезда с какими соединяются и как иногда используют одни и те же пути по разным схемам. Одни и те же туннели могут поддерживать несколько логических маршрутов. Сети работают так же: одна физическая структура может передавать множество логических потоков.

Проверьте своё понимание физической и логической топологий.

Вы узнали, что у топологии есть два значения. Физическая топология — это фактическая кабельная разводка и размещение устройств; логическая топология — это реальный поток данных. Они могут различаться: старое маркерное кольцо было физической звездой, но логическим кольцом, а Ethernet на основе концентратора — физической звездой, но логической шиной. Это различие помогает устранять неполадки: для физических неисправностей нужен тестер кабелей, а для логических проблем — изменения конфигурации. VLAN показывают, что логическая топология задаётся программно независимо от проводки.