Topologie sieciowe, metody dostępu do nośnika

Topologia sieci

Topologia sieci określa sposób jej wykonania, czyli połączenia urządzeń komputerowych za pomocą medium transmisyjnego. Topologie sieci LAN mogą być opisywane zarówno na płaszczyźnie fizycznej jak i logicznej.
Topologia fizyczna określa geometryczną organizację sieci lokalnej, graficznie przedstawiając jej kształt i strukturę.
Topologia logiczna opisuje reguły komunikacji, z których korzystają urządzenia komunikacyjne w sieci.

Topologia rozgłaszania (logiczna)

Polega na wysyłaniu danych przez hosta do wszystkich hostów podłączonych do medium. Kolejność korzystania z medium określa reguła "kto pierwszy wyśle, ten pierwszy zostanie obsłużony" (ang. first come, first serve). Przykładem takiej topologii jest sieć Ethernet.

Topologia przekazywania tokenu (logiczna)

Polega na kontrolowaniu dostępu do sieci poprzez przekazywanie elektronicznego tokenu (specjalnej ramki danych). Host, który w danym momencie posiada token, może korzystać z medium. Z tej topologii korzystają sieci Token Ring i FDDI.

Topologia magistrali (bus) (fizyczna)

            PC    Laptop   Komputer
terminator|─┴───┬────┴────┬───┴───────|terminator
               PC     Drukarka

W tej topologii wszystkie węzły sieci są połączone ze sobą za pomocą pojedynczego kabla koncentrycznego, który obsługuje tylko jeden kanał i nosi nazwę magistrali. Węzły dołączone są do wspólnej magistrali za pomocą trójników. Oba końce magistrali muszą być zakończone elementami ograniczającymi, czyli terminatorami, które chronią przed odbiciami sygnału.

Topologia pierścienia (ring) (fizyczna)

┌───PC───┐
PC      PC
│        │
PC      PC
└───PC───┘

W tej topologii każda przyłączona do sieci stacja robocza ma dwa połączenia - po jednym do każdego ze swoich najbliższych sąsiadów. Połączenie takie tworzy fizyczną pętlę, czyli pierścień. Dane są przesyłane wokół pierścienia w jednym kierunku. Każda stacja robocza działa podobnie jak wzmacniak, pobierając i odpowiadając na pakiety do niej zaadresowane, a także przesyłając pozostałe pakiety do następnej stacji roboczej.

Topologia gwiazdy (star) (fizyczna)

      PC
      │
PC──SWITCH──PC
      │
      PC

W tej topologii połączenia sieci rozchodzą się z centralnego punktu, którym może być koncentrator lub przełącznik. Każde urządzenie przyłączone do sieci może uzyskiwać dostęp do współdziedziczonego nośnika. Topologia gwiazdy dominuje we współczesnych sieciach LAN.

Topologia rozgałęzionej gwiazdy (fizyczna)

            PC┬PC
              │
            SWITCH
PC            │             PC
├──SWITCH───SWITCH───SWITCH──┤
PC            │             PC
            SWITCH
              │
            PC┴PC

Jest oparta na topologii gwiazdy. Pojedyncze gwiazdy są połączone za pomocą koncentratorów lub przełączników. Topologia ta jest stosowana w przypadku dużych sieci, gdy obszar, który ma być pokryty siecią, jest większy niż pozwala na to topologia gwiazdy.

Topologia siatki (fizyczna)

Każdy PC połączony z każdym

Używana wtedy, gdy każdy węzeł ma własne połączenia ze wszystkimi pozostałymi. Zaletą jest niezawodność uzyskana przez możliwość przesyłania danych wieloma różnymi ścieżkami. Wadą jest wysoki koszt i skomplikowana budowa.

Sieć bezprzewodowa w trybie ad hoc

Każdy PC połączony ze sobą przerywanymi liniami

W ten sposób mogą być budowane małe sieci bezprzewodowe. Urządzenia komunikują się ze sobą bezpośrednio od potrzeb przez stosunkowo krótki czas. Przykładem sieci ad hoc jest sieć złożona z dwóch telefonów komórkowych połączonych w celu przesyłania pliku.

Sieć bezprzewodowa w trybie infrastruktury

W centrum antena, od niej wychodzą przerywane linie do PC

Większe sieci bezprzewodowe wymagają trybu infrastruktury. Wszystkie urządzenia komunikują się z punktami dostępowymi, które pełnią funkcję bramy (do sieci przewodowej) i pośredniczą w komunikacji pomiędzy urządzeniami sieci bezprzewodowej.

Czym jest kanał?

Jest to pojedyncze połączenie między dwoma urządzeniami. W łączu może być wydzielony jeden kanał transmisyjny lub wiele kanałów, z których każdy wykorzystuje część tego łącza.

Podział w zależności od sposobu wykorzystania łączy

Transmisja w paśmie podstawowym (baseband)

Polega na utworzeniu w łączu tylko jednego kanału transmisyjnego, za pomocą którego jest przesyłany tylko jeden ciąg sygnałów.

Transmisja szerokopasmowa

Polega na podziale pojedynczego łącza na wiele kanałów przez przydzielenie im różnych częstotliwości lub przez podział czasu transmisji w szczeliny czasowe, w których są przesyłane dane z różnych kanałów.

Technologia Ethernet | CSMA/CD

Nazwa ta odnosi się obecnie do wszystkich sieci pochodnych, korzystających z dostępu do nośnika metodą CSMA/CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection). W metodzie tej urządzenia rywalizują ze sobą o dostęp do nośnika.

Jak działa?

• Stacja, która chce transmitować dane, może uzyskać dostęp w każdej chwili.
• Stacja najpierw nasłuchuje czy w sieci odbywa się ruch.
• Jeżeli stacja wykryje ruch, to czeka do momentu kiedy nośnik będzie wolny.
• Jeżeli dwie stacje robocze nadają w tym samym czasie, to następuje kolizja (transmisja musi zostać powtórzona).
• Po wykryciu kolizji stacja nadaje do wszystkich sąsiednich urządzeń o wystąpieniu kolizji.
• Przed ponownym wznowieniem transmisji, stacja odczekuje losowo wybrany czas, co zabezpiecza sieć przed ponowną kolizją.

CSMA/CA

Metoda Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance jest stosowana w sieciach bezprzewodowych. Transmisja w sieci z unikaniem kolizji może być zrealizowana poprzez zgłoszenie żądania transmisji.

Sposób działania

• Stacja, która chce wysłać dane najpierw sprawdza czy w sieci nie nadaje inne urządzenie.
• Jeżeli inne urządzenie nadaje, czeka na zakończenie transmisji.
• Jeżeli nie wykryła innej transmisji, sprawdza czy od ostatniego nadawania upłynął określony czas T.
• Jeżeli czas T nie upłynął, ponownie dokonuje sprawdzenia.
• Jeżeli upłynął czas T, stacja zgłasza żądanie transmisji i czeka ustalony czas T, nasłuchując czy inna stacja nie zgłosiła żądania.
• Jeżeli stwierdzi inne żądanie, czeka na losowy odcinek czasu i rozpoczyna procedurę od początku.
• Jeżeli nie stwierdzi innego żądania, rozpoczyna transmisję.

Token Ring

W tej sieci stacje sieciowe są podłączone bezpośrednio do urządzeń MAU (Multi Access Unit), które są ze sobą połączone tak, aby tworzyły jeden duży pierścień. Token Ring stosuje metodę dostępu do nośnika, nazywaną przekazywaniem żetonu. Jeżeli stacja sieciowa posiada żeton, ale nie jest gotowa do wysyłania danych, to przesyła żeton do następnej w kolejności stacji sieciowej. Stacja może przetrzymać żeton tylko przez określony czas. W sieciach Token Ring nie występują kolizje.

FDDI (Fiber Distributed Data Interface)

Jest to cyfrowa sieć o topologii podwójnych pierścieni przeciwbieżnych, oparta na nośniku światłowodowym. W tej sieci jest wykorzystywany mechanizm przekazywania żetonu. Informacje mogą być transmitowane w każdym pierścieniu, ale podczas normalnej pracy jest wykorzystywany tylko pierścień podstawowy (primary ring). Drugi pierścień dodatkowy (secondary ring) stanowi połączenie rezerwowe. Sieć FDDI charakteryzuje się dużą niezawodnością pracy.

Priorytet żądań

Metoda dostępu na tej zasadzie jest wykorzystywana w sieciach opartych na specyfikacji IEEE 802.12. W metodzie tej centralny koncentrator (wzmacniak) kolejno sprawdza stan portów do niego przyłączonych w celu określenia, które z nich zgłaszają żądanie transmisji. Po otrzymaniu zgłoszenia koncentrator określa jego priorytet. Każdy port, który nie przeprowadza transmisji, przesyła sygnał nośny (informację, że jest wolny). Aby zapewnić, że żadne z żądań nie będzie zawsze ignorowane, żądania o priorytecie normalnym, które oczekują dłużej niż 250ms, otrzymują priorytet wysoki.

Sieci przełączane

W tych sieciach dostęp do sieci realizowany jest za pomocą przełączników. Przełącznik jest wieloplatformowym urządzeniem, które uczy się adresów urządzeń i zapamiętuje je w wewnętrznej tabeli. Następnie tworzy między nadawcą i odbiorcą tymczasowe ścieżki przełączane, którymi przesyłane są dane.