Основи локальних мереж
Лекція: Визначення локальних мереж і їх типологія
Місце і роль локальних мереж
Трошки історії комп’ютерного зв’язку
Зв'язок на невеликі відстані в комп’ютерній техніці існувала ще задовго до появи перших ПК.
До великих комп’ютерів (mainframes) приєднувалися багато численні термінали (або "інтелектуальні дисплеї"). Правда, інтелекту в тих терміналах було дуже мало, практично ніякої обробки інформації вони не робили, і основна ціль організації зв’язку складалася в тому щоб розділити інтелект ("машини часу") великого потужного і дорогого комп’ютера між користувачами які працюють за тими терміналами. Це називалося режимом розподілу часу, так як великий комп’ютер послідовно в часі розв’язував задачі багатьох користувачів. В даному випадку досягалося сумісне використання самих дорогих на той час ресурсів обчислення (рис. 1.1).

Мал. 1.1. підключення терміналів до центрального комп’ютера.
Потім були створені мікропроцесори і мікрокомп’ютери. Появилася можливість розташувати комп’ютер на столі у кожного користувача, так як обчислювання, інтелектуальні ресурси подешевшали. Але проте всі інші ресурси залишилися ще довільно дорогими. А що означає голий інтелект без засобів зберігання інформації і її документування? Не буде, же кожного разу виключення живлення заново набирати програму яка виконується, або зберігати на постійній пам’яті з малою ємністю. На допомогу прийшли засоби зв’язку. Об’єднавши декілька комп’ютерів можна було зорганізувати совісне використання комп’ютерної периферії (магнітних дисків, магнітної стрічки, принтерів). При цьому все оброблювання інформації проводилась на місці, але її результати передавались на централізовані ресурси. Тут же разом використовувалось саме цінне що є в системі, але зовсім по іншому. Такий режим дістав назву режим зворотного розділення часу. (мал..1.2). Як і в першому випадку засоби зв’язку знижували вартість комп’ютерної системи в цілому.

Мал..1.2. Об’єднання перших комп’ютерів в мережу.
Згодом появились персональні комп’ютери , котрі вирізнялись від перших мікрокомп’ютерів тим, що мали повний комплект достатньо розвинутий для повністю автономної роботи периферії: магнітні диски, принтери, не кажучи вже про більш розвинених засобах інтерфейсів споживача (монітори, клавіатури, мишки, і т.д.). Периферія стала дешевшою і в ціні стала спів розмірною в порівнянні з комп’ютером. Здавалось б, на що тепер з’єднувати персональні комп’ютери. (Мал1.3.)? Що їм розділяти, якщо і так все розділено і знаходиться на столі в кожного користувача? Інтелекту на місці достатньо периферії також. Що може дати мережа в даному випадку?

Мал.(1.3.) Об’єднання в мережу персональних комп’ютерів.
Саме головне – це знову сумісне використання ресурсу. Це саме зворотне розділення часу, але вже принципово на іншому рівні. Тут воно застосовується не для зниження вартості система, а з метою більш ефективного використання ресурсів системи, котрі знаходяться в наявності комп’ютерів. Наприклад, мережа дозволяє об’єднати об’єм дисків усіх комп’ютерів, забезпечивши доступ кожного з них до дисків усіх решта як до власних.
Але наглядно переваги мережі виявляються в тому випадку, коли всі користувачі працюють з єдиною базою даних, запитуючи в неї та заносячи в неї нову (наприклад в банку, магазині, на складі). Ніякими дискетами тут уже не обійтись: прийшлось б цілими днями переносити дані з кожного комп’ютера на всі решта, отримуючи цілий штат кур’єрів. А з мережею все набагато простіше: любі зміни даних, здійснених з любого комп’ютера, зразу з ж видимі і доступні всім. В такому випадку особливої обробки на місці не потребується і в принципі можна було б обійтись більш дешевшими терміналами (вернутись до першого розглянутого варіанту), але персональні комп’ютери мають більш зручний інтерфейс користувача, полекшуючи роботу персоналу. До того ж можливість складної обробки інформації місці часто може самітно зменшити об’єм даних що передаються.

Рис. 1.4. Використання локальної для організації сумісної роботи комп’ютерів
Без мережі також неможна обійтися в тому випадку, коли необхідно забезпечити узгоджену роботу декількох комп’ютерів. Ця ситуація частіше за все зустрічається коли ці комп’ютери використовують не для обчислювання і роботою з базою даних, а в задачах управління, вимірювання, контролювання, там де комп’ютер спряжується з тими чи іншими зовнішніми пристроями
(рис. 1.4). Прикладами можуть служити виробничі технологічні системи, а також системи управління навчальними установками і комплексами. Тут мережа дозволяє синхронізувати дії комп’ютерів, розпаралелити і відповідно прискорити процес обробки даних, тобто скласти не тільки периферійні ресурси , но і інтелектуальну потужність.
А саме вказані переваги локальних мереж і забезпечують їх популярність і все велике широке застосування, не дивлячись на всі незручності, пов’язаних з їх установкою і експлуатацією.
Визначення локальної мережі
Способи і засоби обміну інформацією за останній час запропоновано численність: від най простішого переносу файлів за допомогою дискети до всесвітньої комп’ютерної мережі Інтернет, спроможною об’єднати всі комп’ютери світу. Яке ж місце в цій ієрархії відводиться локальним мережам?
Частіше за все термін "локальні мережі" або "локальні обчислювальні мережі" (LAN, Local Area Network) розуміють буквально, то є такі мережі, котрі мають невеликі, локальні розміри, з’єднують близько розташовані комп’ютери. Але достатньо подивитися на характеристики деяких теперішніх локальних мереж, щоб зрозуміти, що таке визначити не точно. Наприклад, деякі локальні мережі легко забезпечують зв'язок на відстані декількох десятків кілометрів. Це вже не розміри кімнати, не будівлі, не близько розташованих будівель, а, може бути навіть цілого міста. З другого боку, по глобальній мережі (WAN, Wide Area Network або GAN, Global Area Network) повністю можуть зв’язуватися комп’ютери, знаходячись на сусідніх столах в одній кімнаті, но її чомусь ніхто називає мережею. Близько розташовані комп’ютери можуть зв’язуватись за допомогою кабелю з’єднуючого роз'єми зовнішніх інтерфейсів (RS232-C, Centronics) або навіть без кабелю по інфрачервоному каналу (IrDA). Но такий зв'язок чомусь також не називається локальним.
Невірно і задоволено визначення локальної мережі, що часто зустрічається, як малій мережі, яка об'єднує невелику кількість комп'ютерів. Дійсно, як правило, локальна мережа зв'язує від двох до декількох десятків комп'ютерів. Але граничні можливості сучасних локальних мереж набагато вищі: максимальне число абонентів може досягати тисячі. Називати таку мережу малої неправильно.
Деякі автори визначають локальну мережу як "систему для безпосереднього з'єднання багатьох комп'ютерів". При цьому мається на увазі, що інформація передається від комп'ютера до комп'ютера без яких-небудь посередників і по єдиній середі передачі. Проте говорити про єдину середу передачі в сучасній локальній мережі не доводиться. Наприклад, в межах однієї мережі можуть використовуватися як електричні кабелі різних типів (витаючи пара, коаксіальний кабель), так і оптоволоконні кабелі. Визначення передачі "без посередників" також не коректно, адже в сучасних локальних мережах використовуються репітери, трансивери, концентратори, комутатори, маршрутизатори, мости, які деколи проводять досить складну обробку передаваної інформації. Не зовсім зрозуміло, чи можна вважати їх за посередників чи ні, чи можна рахувати подібну мережу локальної.
Напевно, найточніше було б визначити як локальну таку мережу, яка дозволяє користувачам не помічати зв'язку. Ще можна сказати, що локальна мережа повинна забезпечувати прозорий зв'язок. По суті, комп'ютери, зв'язані локальною мережею, об'єднуються в один віртуальний комп'ютер, ресурси якого можуть бути доступні всім користувачам, причому цей доступ не менш зручний, чим до ресурсів, що входять безпосередньо в кожен окремий комп'ютер. Під зручністю в даному випадку розуміється висока реальна швидкість доступу, швидкість обміну інформацією між додатками, практично непомітна для користувача. При такому визначенні стає зрозуміло, що ні повільні глобальні мережі, ні повільний зв'язок через послідовний або паралельний порти не потрапляють під поняття локальної мережі.
З даного визначення виходить, що швидкість передачі по локальній мережі обов'язково повинна рости у міру зростання швидкодії найбільш поширених комп'ютерів. Саме це і спостерігається: якщо ще десять років тому за цілком прийнятну вважалася швидкість обміну в 10 Мбіт/с, то зараз вже среднескоростной вважається мережа, що має пропускну спроможність 100 Мбіт/с, активно розробляються, а подекуди використовуються засоби для швидкості 1000 Мбіт/с і навіть більше. Без цього вже не можна, інакше зв'язок стане дуже вузьким местомом, надмірно уповільнюватиме роботу об'єднаного мережею віртуального комп'ютера, знижуватиме зручність доступу до мережевих ресурсів.
Таким чином, головна відзнака локальної мережі від будь-якої іншої - висока швидкість передачі інформації по мережі. Але це ще не все, не менш важливі і інші чинники.
Зокрема, принципово необхідний низький рівень помилок передачі, викликаних як внутрішніми, так і зовнішніми чинниками. Адже навіть дуже швидко передана інформація, яка спотворена помилками, просто не має сенсу, її доведеться передавати ще раз. Тому локальні мережі обов'язково використовують високоякісні і добре захищені від перешкод лінії зв'язки, що спеціально прокладаються.
Особливе значення має і така характеристика мережі, як можливість роботи з великими навантаженнями, тобто з високою інтенсивністю обміну (або, як ще говорять, з великим трафіком). Адже якщо механізм управління обміном, використовуваний в мережі, не дуже ефективний, то комп'ютери можуть довго чекати своєї черги на передачу. І навіть якщо ця передача проводитиметься потім на високій швидкості і безпомилково, для користувача мережі така затримка доступу до всіх мережевих ресурсів неприйнятна. Адже йому не поважно, чому доводиться чекати.
Механізм управління обміном може гарантовано успішно працювати тільки у тому випадку, коли заздалегідь відомо, скільки комп'ютерів (або, як ще говорять, абонентів, вузлів) допустимо підключити до мережі. Інакше завжди можна включити стільки абонентів, що унаслідок перевантаження забуксує будь-який механізм управління. Нарешті, мережею можна назвати тільки таку систему передачі даних, яка дозволяє об'єднувати до декількох десятків комп'ютерів, але ніяк не два, як в разі зв'язку через стандартні порти.
Таким чином, сформулювати відмітні ознаки локальної мережі можна таким чином:
Висока швидкість передачі інформації, велика пропускна спроможність мережі. Прийнятна швидкість зараз - не менше 10 Мбіт/с.
Низький рівень помилок передачі (або, що теж саме, високоякісні канали зв'язку). Допустима вірогідність помилок передачі даних має бути порядка 10-8 - 10-12.
Ефективний, швидкодіючий механізм управління обміном по мережі.
Заздалегідь чітко обмежена кількість комп'ютерів, що підключаються до мережі.
При такому визначенні зрозуміло, що глобальні мережі відрізняються від локальних перш за все тим, що вони розраховані на необмежене число абонентів. Крім того, вони використовують (або можуть використовувати) не дуже якісні канали зв'язку і порівняно низьку швидкість передачі. А механізм управління обміном в них не може бути гарантовано швидким. У глобальних мережах набагато важливіше не якість зв'язку, а сам факт її існування.
Нерідко виділяють ще один клас комп'ютерних мереж - міські, регіональні мережі (MAN, Metropolitan Area Network), які зазвичай по своїх характеристиках ближче до глобальних мереж, хоча інколи все-таки мають деякі риси локальних мереж, наприклад, високоякісні канали зв'язку і порівняно високі швидкості передачі. В принципі міська мережа може бути локальною зі всіма її перевагами.
Правда, зараз вже не можна провести чіткий кордон між локальними і глобальними мережами. Більшість локальних мереж мають вихід в глобальну. Але характер передаваної інформації, принципи організації обміну, режими доступу до ресурсів усередині локальної мережі, як правило, сильно відрізняються від тих, що прийняті в глобальній мережі. І хоча всі комп'ютери локальної мережі в даному випадку включені також і в глобальну мережу, специфіки локальної мережі це не відміняє. Можливість виходу в глобальну мережу залишається всього лише одним з ресурсів, що розділяються користувачами локальної мережі.
По локальній мережі може передаватися сама різна цифрова інформація: дані, зображення, телефонні розмови, електронні листи і так далі До речі, саме завдання передачі зображень, особливо повнокольорових динамічних, пред'являє найвищі вимоги до швидкодії мережі. Найчастіше локальні мережі використовуються для розділення (спільного використання) таких ресурсів, як дисковий простір, принтери і вихід в глобальну мережу, але це всього лише незначна частка тих можливостей, які надають засоби локальних мереж.
Наприклад, вони дозволяють здійснювати обмін інформацією між комп'ютерами різних типів. Повноцінними абонентами (вузлами) мережі можуть бути не лише комп'ютери, але і інші пристрої, наприклад, принтери, плоттери, сканери. Локальні мережі дають також можливість організувати систему паралельних обчислень на всіх комп'ютерах мережі, що багато разів прискорює вирішення складних математичних завдань. З їх допомогою, як уже згадувалося, можна управляти роботою технологічної системи або дослідницької установки з декількох комп'ютерів одночасно.
Проте мережі мають і досить істотні недоліки, про які завжди слід пам'ятати:
Мережа вимагає додаткових, інколи значних матеріальних витрат на покупку мережевого устаткування, програмного забезпечення, на прокладку сполучних кабелів і навчання персоналу.
Мережа вимагає прийому на роботу фахівця (адміністратора мережі), який займатиметься контролем роботи мережі, її модернізацією, управлінням доступом до ресурсів, усуненням можливих несправностей, захистом інформації і резервним копіюванням. Для великих мереж може знадобитися ціла бригада адміністраторів.
Мережа обмежує можливості переміщення комп'ютерів, підключених до неї, оскільки при цьому може знадобитися перекладання сполучних кабелів.
Мережі є прекрасною середою для розповсюдження комп'ютерних вірусів, тому питанням захисту від них доведеться приділяти значно більше уваги, чим в разі автономного використання комп'ютерів. Адже досить інфікувати один, і всі комп'ютери мережі будуть уражені.
Мережа різко підвищує небезпеку несанкціонованого доступу до інформації з метою її крадіжки або знищення. Інформаційний захист вимагає проведення цілого комплексу технічних і організаційних заходів.
Ніщо не дається дарма. І треба добре подумати, чи варто підключати до мережі всі комп'ютери компанії, або частку з них краще залишити автономними. Можливо, що мережа взагалі не потрібна, оскільки породить значно більше проблем, чим дозволить вирішити.
Тут же слід згадати про такі найважливіші поняття теорії мереж, як абонент, сервер, клієнт.
Абонент (вузол, хост, станція) - це пристрій, що підключений до мережі і бере активну участь в інформаційному обміні. Найчастіше абонентом (вузлом) мережі є комп'ютер, але абонентом також може бути, наприклад, мережевий принтер або інший периферійний пристрій, що має можливість безпосередньо підключатися до мережі. Далі в тексті книги замість терміну "абонент" для простоти використовуватиметься термін "комп'ютер".
Сервером називається абонент (вузол) мережі, який надає свої ресурси іншим абонентам, але сам не використовує їх ресурси. Таким чином, він обслуговує мережу. Серверів в мережі може бути декілька, і зовсім не обов'язково, що сервер - найпотужніший комп'ютер. Виділений (dedicated) сервер - це сервер, що займається тільки мережевими завданнями. Невиділений сервер може окрім обслуговування мережі виконувати і інші завдання. Специфічний тип сервера - це мережевий принтер.
Клієнтом називається абонент мережі, який тільки використовує мережеві ресурси, але сам свої ресурси в мережу не віддає, тобто мережа його обслуговує, а він їй тільки користується. Комп'ютер-клієнт також часто називають робочою станцією. В принципі кожен комп'ютер може бути одночасне як клієнтом, так і сервером.
Під сервером і клієнтом часто розуміють також не самі комп'ютери, а програмні застосування, що працюють на них. В цьому випадку те застосування, яке тільки віддає ресурс в мережу, є сервером, а то додаток, який тільки користується мережевими ресурсами - клієнтом.
Топологія локальних мереж
Під топологією (компоновкою, конфігурацією, структурою) комп'ютерної мережі зазвичай розуміється фізичне розташування комп'ютерів мережі один щодо одного і спосіб з'єднання їх лініями зв'язку. Поважно відзначити, що поняття топології відноситься, перш за все, до локальних мереж, в яких структуру зв'язків можна легко прослідити. У глобальних мережах структура зв'язків зазвичай прихована від користувачів і не дуже важлива, оскільки кожен сеанс зв'язку може проводитися по власному шляху.
Топологія визначає вимоги до устаткування, тип використовуваного кабелю, допустимі і найбільш зручні методи управління обміном, надійність роботи, можливості розширення мережі. І хоча вибирати топологію користувачеві мережі доводиться нечасто, знати про особливості основних топологий, їх достоїнства і недоліки треба.
Існує три базові топології мережі:
Шина (bus) - всі комп'ютери паралельно підключаються до однієї лінії зв'язку. Інформація від кожного комп'ютера одночасно передається решті всіх комп'ютерів (мал. 1.5).

Мал. 1.5. Мережева топологія шина.
Зірка (star) - до одного центрального комп'ютера приєднується решта
периферійних комп'ютерів, причому кожен з них використовує окрему лінію зв'язку (мал. 1.6). Інформація від периферійного комп'ютера передається тільки центральному комп'ютеру, від центрального - одному або декільком периферійним.

Мал. 1.6. Мережева топологія зірка.

Кільце (ring) - комп'ютери послідовно об'єднані в кільце.
Передача інформації в кільці завжди проводиться тільки в одному напрямі. Кожен з комп'ютерів передає інформацію тільки одному комп'ютеру, наступному в ланцюжку за ним, а отримує інформацію тільки від попереднього в ланцюжку комп'ютера (мал. 1.7).

Мал. 1.7. Мережева топологія кільце.
На практиці нерідко використовують та інші топології локальних мереж, проте більшість мереж орієнтована саме на три базові топології.
Перш ніж перейти до аналізу особливостей базових мережевих топологий, необхідно виділити деякі найважливіші чинники, що впливають на фізичну працездатність мережі і безпосередньо пов'язані з поняттям топологія.
Справність комп'ютерів (абонентів), підключених до мережі. В деяких випадках поломка абонента може заблокувати роботу всієї мережі. Інколи несправність абонента не впливає на роботу мережі в цілому, не заважає решті абонентів обмінюватися інформацією.
Справність мережевого устаткування, тобто технічних засобів, безпосередньо підключених до мережі (адаптери, трансивери, роз'єми і так далі). Вихід з буд мережевого устаткування одного з абонентів може позначитися на всій мережі, але може порушити обмін тільки з одним абонентом.
Цілісність кабелю мережі. При обриві кабелю мережі (наприклад, із-за механічних дій) може порушитися обмін інформацією у всій мережі або в одній з її часток. Для електричних кабелів настільки ж критичне коротке замикання в кабелі.
Обмеження довжини кабелю, пов'язане із загасанням сигналу, що розповсюджується по ньому. Як відомо, в будь-якій середі при розповсюдженні сигнал ослабляється (затухає). І ніж більшу відстань минає сигнал, тим більше він затухає (мал. 1.8). Необхідно стежити, щоб довжина кабелю мережі не була більше граничної довжини Lпр, при перевищенні якої загасання стає вже неприйнятним (приймаючий абонент не розпізнає сигнал, що ослабів).

Мал. 1.8. Загасання сигналу при розповсюдженні по мережі.
Топологія шина
Топологія шина (або, як її ще називають, спільна шина) самій своєю структурою передбачає ідентичність мережевого устаткування комп'ютерів, а також рівноправ'я всіх абонентів по доступу до мережі. Комп'ютери в шині можуть передавати тільки по черзі, оскільки лінія зв'язку в даному випадку єдина. Якщо декілька комп'ютерів передаватимуть інформацію одночасно, вона спотвориться в результаті накладення (конфлікту, колізії). У шині завжди реалізується режим так званого напівдуплексного (half duplex) обміну (у обох напрямах, але по черзі, а не одночасно).
У топології шина відсутня явно виражений центральний абонент, через якого передається вся інформація, це збільшує її надійність (адже при відмові центру перестає функціонувати вся керована ним система). Додавання нових абонентів в шину досить просто і зазвичай можливо навіть під час роботи мережі. В більшості випадків при використанні шини потрібна мінімальна кількість сполучного кабелю в порівнянні з іншими топологиями.
Оскільки центральний абонент відсутній, вирішення можливих конфліктів в даному випадку лягає на мережеве устаткування кожного окремого абонента. У зв'язку з цим мережева апаратура при топології шина складніша, ніж при інших топологиях. Проте із-за широкого розповсюдження мереж з топологією шина (перш за все найбільш популярній мережі Ethernet) вартість мережевого устаткування не дуже висока.

Мал. 1.9. Обрив кабелю в мережі з топологією шина.
Важлива перевага шини полягає в тому, що при відмові будь-якого з комп'ютерів мережі, справні машини зможуть нормально продовжувати обмін.
Здавалося б, при обриві кабелю виходять дві цілком працездатні шини (мал. 1.9). Проте треба враховувати, що із-за особливостей розповсюдження електричних сигналів по довгих лініях зв'язку необхідно передбачати включення на кінцях шини спеціальних пристроїв, що погоджують, термінаторів, показаних на(мал. 1.5 і 1.9) у вигляді прямокутників. Без включення терминаторов сигнал відбивається від кінця лінії і спотворюється так, що зв'язок по мережі стає неможливим. В разі розриву або пошкодження кабелю порушується узгодження лінії зв'язку, і припиняється обмін навіть між тими комп'ютерами, які залишилися сполученими між собою. Докладніше про узгодження буде викладено в спеціальному розділі книги. Коротке замикання в будь-якій точці кабелю шини виводить з ладу всю мережу.
Відмова мережевого устаткування будь-якого абонента в шині може вивести з буд всю мережу. До того ж таку відмову досить важко локалізувати, оскільки всі абоненти включені паралельно, і зрозуміти, який з них вийшов з буд, неможливо.
При проходженні по лінії зв'язку мережі з топологією шина інформаційні сигнали ослабляються і ніяк не відновлюються, що накладає жорсткі обмеження на сумарну довжину ліній зв'язку. Причому кожен абонент може отримувати з мережі сигнали різного рівня залежно від відстані до передавального абонента. Це пред'являє додаткові вимоги до приймальних вузлів мережевого устаткування.
Якщо прийняти, що сигнал в кабелі мережі ослабляється до гранично допустимого рівня на довжині Lпр, то повна довжина шини не може перевищувати величини Lпр. У цьому сенсі шина забезпечує найменшу довжину в порівнянні з іншими базовими топологиями.
Для збільшення довжини мережі з топологією шина часто використовують декілька сегментів (часток мережі, кожен з яких є шиною), сполучених між собою за допомогою спеціальних підсилювачів і відновників сигналів - репітерів або повторювачів (на мал. 1.10 показано з'єднання двох сегментів, гранична довжина мережі в цьому випадку зростає до 2 Lпр, оскільки кожен з сегментів може бути довжиною Lпр). Проте таке нарощування довжини мережі не може продовжуватися нескінченно. Обмеження на довжину пов'язані з кінцевою швидкістю розповсюдження сигналів по лініях зв'язку.

Мал. 1.10. З'єднання сегментів мережі типа шина за допомогою репітера.
Топологія зірка
Зірка - це єдина топологія мережі з явно виділеним центром, до якого підключається решта всіх абонентів. Обмін інформацією йде виключно через центральний комп'ютер, на який лягає велике навантаження, тому нічим іншим, окрім мережі, він, як правило, займатися не може. Зрозуміло, що мережеве устаткування центрального абонента має бути істотно складнішим, ніж устаткування периферійних абонентів. Про рівноправ'я всіх абонентів (як в шині) в даному випадку говорити не доводиться. Зазвичай центральний комп'ютер найпотужніший, саме на нього покладаються всі функції по управлінню обміном. Ніякі конфлікти в мережі з топологією зірка в принципі неможливі, оскільки управління повністю централізоване.
Якщо говорити про стійкість зірки до відмов комп'ютерів, то вихід з буд периферійного комп'ютера або його мережевого устаткування ніяк не відбивається на функціонуванні частки мережі, що залишилася, зате будь-яку відмову центрального комп'ютера робить мережа повністю непрацездатною. У зв'язку з цим повинні прийматися спеціальні заходи по підвищенню надійності центрального комп'ютера і його мережевої апаратури.
Обрив кабелю або коротке замикання в нім при топології зірка порушує обмін тільки з одним комп'ютером, а решта всіх комп'ютерів може нормально продовжувати роботу.
На відміну від шини, в зірці на кожній лінії зв'язку знаходяться тільки два абоненти: центральний і один з периферійних. Найчастіше для їх з'єднання використовується дві лінії зв'язку, кожна з яких передає інформацію в одному напрямі, тобто на кожній лінії зв'язку є тільки один приймач і один передавач. Це так звана передача крапка-крапка. Все це істотно спрощує мережеве устаткування в порівнянні з шиною і позбавляє від необхідності застосування додаткових, зовнішніх терминаторов.
Проблема загасання сигналів в лінії зв'язку також вирішується в зірці простіше, ніж в разі шини, адже кожен приймач завжди отримує сигнал одного рівня. Гранична довжина мережі з топологією зірка може бути удвічі більше, чим в шині (тобто 2 Lпр), оскільки кожен з кабелів, що сполучає центр з периферійним абонентом, може мати довжину Lпр.
Серйозний недолік топології зірка полягає в жорсткому обмеженні кількості абонентів. Зазвичай центральний абонент може обслуговувати не більше 8-16 периферійних абонентів. У цих межах підключення нових абонентів задоволене просто, але за ними воно просто неможливе. У зірці допустиме підключення замість периферійного ще одного центрального абонента (в результаті виходить топологія з декількох сполучених між собою зірок).
Зірка, показана на(мал. 1.6), носить назву активної або дійсної зірки. Існує також топологія, звана пасивною зіркою, яка тільки зовні схожа на зірку (мал. 1.11). В даний час вона поширена набагато ширше, ніж активна зірка. Досить сказати, що вона використовується в найбільш популярній сьогодні мережі Ethernet.
В центрі мережі з даною топологією поміщається не комп'ютер, а спеціальний пристрій - концентратор або, як його ще називають, хаб (hub), яке виконує ту ж функцію, що і репітер, тобто відновлює сигнали, що приходять, і пересилає їх у всі інші лінії зв'язку.

Мал. 1.11. Топологія пасивна зірка і її еквівалентна схема.
Виходить, що хоча схема прокладки кабелів подібна до дійсної або активної зірки, фактично мова йде про шинній топології, оскільки інформація від кожного комп'ютера одночасно передається до решти всіх комп'ютерів, а ніякого центрального абонента не існує. Безумовно, пасивна зірка дорожча за звичайну шину, оскільки в цьому випадку потрібний ще і концентратор. Проте вона надає цілу лаву додаткових можливостей, пов'язаних з перевагами зірки, зокрема, спрощує обслуговування і ремонт мережі. Саме тому останнім часом пасивна зірка все більше витісняє дійсну шину, яка вважається за малоперспективну топологію.
Можна виділити також проміжного типа топології між активною і пасивною зіркою. В цьому випадку концентратор не лише ретранслює сигнали, що поступають на нього, але і проводить управління обміном, проте сам в обміні не бере участь (так зроблено в мережі 100VG-AnyLAN).
Велика гідність зірки (як активною, так і пасивною) полягає в тому, що всі точки підключення зібрані в одному місці. Це дозволяє легко контролювати роботу мережі, локалізувати несправності шляхом простого відключення від центру тих або інших абонентів (що неможливе, наприклад, в разі шинної топології), а також обмежувати доступ сторонніх осіб до життєво важливих для мережі точок підключення. До периферійного абонента в разі зірки може личити як один кабель (по якому йде передача в обох напрямах), так і два (кожен кабель передає в одному з двох зустрічних напрямів), причому останнє зустрічається набагато частіше.
Спільним недоліком для всіх топологий типа зірка (як активною, так і пасивною) є значно більший, ніж при інших топологиях, витрата кабелю. Наприклад, якщо комп'ютери розташовані в одну лінію (як на мал. 1.5), то при виборі топології зірка знадобиться у декілька разів більше кабелю, чим при топології шина. Це істотно впливає на вартість мережі в цілому і помітно ускладнює прокладку кабелю.
Топологія кільце
Кільце - це топологія, в якій кожен комп'ютер сполучений лініями зв'язку з двома іншими: від одного він отримує інформацію, а іншому передає. На кожній лінії зв'язку, як і в разі зірки, працює тільки один передавач і один приймач (зв'язок типа крапка-крапка). Це дозволяє відмовитися від застосування зовнішніх терминаторов.
Важлива особливість кільця полягає в тому, що кожен комп'ютер ретранслює (відновлює, підсилює) сигнал, що приходить до нього, тобто виступає в ролі репітера. Загасання сигналу у всьому кільці не має ніякого значення, важливе тільки загасання між сусідніми комп'ютерами кільця. Якщо гранична довжина кабелю, обмежена загасанням, складає Lпр, то сумарна довжина кільця може досягати NLпр, де N - кількість комп'ютерів в кільці. Повний розмір мережі в межі буде NLпр/2, оскільки кільце доведеться скласти удвічі. На практиці розміри кільцевих мереж досягають десятків кілометрів (наприклад, в мережі FDDI). Кільце в цьому відношенні істотно перевершує будь-які інші топології.
Чітко виділеного центру при кільцевій топології немає, всі комп'ютери можуть бути однаковими і рівноправними. Проте досить часто в кільці виділяється спеціальний абонент, який управляє обміном або контролює його. Зрозуміло, що наявність такого єдиного абонента, що управляє, знижує надійність мережі, оскільки вихід його з буд відразу ж паралізує весь обмін.
Строго кажучи, комп'ютери в кільці не є повністю рівноправними (у відзнаку, наприклад, від шинної топології). Адже один з них обов'язково отримує інформацію від комп'ютера, ведучого передачу в даний момент, раніше, а інші - пізніше. Саме на цій особливості топології і будуються методи управління обміном по мережі, спеціально розраховані на кільце. У таких методах право на наступну передачу (або, як ще говорять, на захоплення мережі) переходить послідовно до наступного по кругу комп'ютера. Підключення нових абонентів в кільце виконується досить просто, хоча і вимагає обов'язкової зупинки роботи всієї мережі на час підключення. Як і в разі шини, максимальна кількість абонентів в кільці може бути досить велике (до тисячі і більше). Кільцева топологія зазвичай володіє високою стійкістю до перевантажень, забезпечує упевнену роботу з великими потоками передаваної по мережі інформації, оскільки в ній, як правило, немає конфліктів (на відміну від шини), а також відсутній центральний абонент (на відміну від зірки), який може бути переобтяжений великими потоками інформації.

Мал. 1.12. Мережа з двома кільцями.
Сигнал в кільці проходить послідовно через всі комп'ютери мережі, тому вихід з буд хоч би одних з них (або ж його мережевого устаткування) порушує роботу мережі в цілому. Це істотний недолік кільця.
Так само обрив або коротке замикання в будь-якому з кабелів кільця робить роботу всієї мережі неможливої. З трьох що розгледіли топологий кільце найуразливіший до пошкоджень кабелю, тому в разі топології кільця зазвичай передбачають прокладку двох (або більш) паралельних ліній зв'язку, одна з яких знаходиться в резерві.
Інколи мережа з топологією кільце виконується на основі двох паралельних кільцевих ліній зв'язку, передавальних інформацію в протилежних напрямах (мал. 1.12). Мета подібного рішення - збільшення (у ідеалі - удвічі) швидкості передачі інформації по мережі. До того ж при пошкодженні одного з кабелів мережа може працювати з іншим кабелем (правда, гранична швидкість зменшиться).
Інші топології
Окрім трьох що розгледіли базових топологий нерідко застосовується також мережева топологія дерево (tree), яку можна розглядувати як комбінацію декількох зірок. Причому, як і в разі зірки, дерево може бути активним або достеменним (мал. 1.13) і пасивним (мал. 1.14). При активному дереві в центрах об'єднання декількох ліній зв'язку знаходяться центральні комп'ютери, а при пасивному - концентратори (хаби).

Мал. 1.13. Топологія активне дерево

Мал. 1.14. Топологія пасивне дерево. К - концентратори
Досить часто застосовуються комбіновані топології, серед яких найбільш поширена зоряна-шинна (мал. 1.15) і зоряне-кільце (мал. 1.16).

Мал. 1.15. Приклад зоряно-шинної топології.

Мал. 1.16. Приклад зоряно-кільцевої топології.
У зоряно-шинній (star-bus) топології використовується комбінація шини і пасивної зірки. До концентратора підключаються як окремі комп'ютери, так і цілі шинні сегменти. Насправді реалізується фізична топологія шина, що включає всі комп'ютери мережі. У даній топології може використовуватися і декілька концентраторів, сполучених між собою і створюючих так звану магістральну, опорну шину. До кожного з концентраторів при цьому підключаються окремі комп'ютери або шинні сегменти. В результаті виходить зоряно-шинне дерево. Таким чином, користувач може гнучко комбінувати переваги шинною і зоряною топологий, а також легко змінювати кількість комп'ютерів, підключених до мережі. З погляду розповсюдження інформації дана топологія рівноцінна класичній шині.
В разі зоряно-кільцевої (star-ring) топології в кільце об'єднуються не самі комп'ютери, а спеціальні концентратори (змальовані на мал. 1.16 у вигляді прямокутників), до яких у свою чергу підключаються комп'ютери за допомогою зіркоподібних подвійних ліній зв'язку. Насправді всі комп'ютери мережі включаються в замкнуте кільце, оскільки усередині концентраторів лінії зв'язку утворюють замкнутий контур (як показано на мал. 1.16). Дана топологія дає можливість комбінувати переваги зоряною і кільцевий топологий. Наприклад, концентратори дозволяють зібрати в одне місце всі точки підключення кабелів мережі. Якщо говорити про розповсюдження інформації, дана топологія рівноцінна класичному кільцю.
На закінчення треба також сказати про сіткову топологію (mesh), при якій комп'ютери зв'язуються між собою не одній, а багатьма лініями зв'язку, створюючими сітку (мал. 1.17 ).

Мал. 1.17. Сіткова топологія: повна (а) і часткова (б).
У повній сітковій топології кожен комп'ютер безпосередньо пов'язаний з рештою всіх комп'ютерів. В цьому випадку при збільшенні числа комп'ютерів різко зростає кількість ліній зв'язку. Крім того, будь-яка зміна в конфігурації мережі вимагає внесення змін до мережевої апаратури всіх комп'ютерів, тому повна сіткова топологія не набула широкого поширення.
Часткова сіткова топологія передбачає прямі зв'язки тільки для найактивніших комп'ютерів, передавальних максимальні об'єми інформації. Решта комп'ютерів з'єднується через проміжні вузли. Сіткова топологія дозволяє вибирати маршрут для доставки інформації від абонента до абонента, обходячи несправні ділянки. З одного боку, це збільшує надійність мережі, з іншої ж - вимагає істотного ускладнення мережевої апаратури, яка повинна вибирати маршрут.
Багатозначність поняття топології
Топологія мережі указує не лише на фізичне розташування комп'ютерів, як часто вважають, але, що набагато важливіше, на характер зв'язків між ними, особливості розповсюдження інформації, сигналів по мережі. Саме характер зв'язків визначає ступінь відмовостійкої мережі, необхідну складність мережевої апаратури, найбільш відповідний метод управління обміном, можливих типів середи передачі (каналів зв'язку), допустимий розмір мережі (довжина ліній зв'язку і кількість абонентів) необхідність електричного узгодження і багато що інше.
Більш того, фізичне розташування комп'ютерів, що сполучаються мережею, майже не впливає на вибір топології. Як би не були розташовані комп'ютери, їх можна з'єднати за допомогою будь-якої заздалегідь вибраної топології (мал. 1.18).

Мал. 1.18. Приклади використання різних топологий.

В тому випадку, якщо комп'ютери, що сполучаються, розташовані по контуру круга, вони можуть з'єднуватися, як зірка або шина. Коли комп'ютери розташовані навколо якогось центру, їх допустимо з'єднати за допомогою топологий шина або кільце.
Нарешті коли комп'ютери розташовані в одну лінію, вони можуть з'єднуватися зіркою або кільцем. Інша справа, яка буде необхідна довжина кабелю.
Строго кажучи, в літературі при згадці про топологію мережі, автори можуть мати на увазі чотири абсолютно різні поняття, що відносяться до різних рівнів мережевої архітектури:
Фізична топологія (географічна схема розташування комп'ютерів і прокладки кабелів). У цьому сенсі, наприклад, пасивна зірка нічим не відрізняється від активної, тому її нерідко називають просто зіркою.
Логічна топологія (структура зв'язків, характер розповсюдження сигналів по мережі). Це найбільш правильне визначення топології.
Топологія управління обміном (принцип і послідовність передачі права на захоплення мережі між окремими комп'ютерами).
Інформаційна топологія (напрям потоків інформації, передаваній по мережі).
Наприклад, мережа з фізичною і логічною топологією шина може як метод управління використовувати естафетну передачу права захоплення мережі (бути в цьому сенсі кільцем) і одночасно передавати всю інформацію через виділений комп'ютер (бути в цьому сенсі зіркою). Або мережа з логічною топологією шина може мати фізичну топологію зірка (пасивна) або дерево (пасивне).
Мережа з будь-якою фізичною топологією, логічною топологією, за топологію управління обміном може вважатися зіркою в сенсі інформаційної топології, якщо вона побудована на основі одного сервера і декількох клієнтів, що спілкуються тільки з цим сервером. В даному випадку справедливі всі міркування про низьку відмовостійку мережі до неполадок центру (сервера). Так само будь-яка мережа може бути названа шиною в інформаційному сенсі, якщо вона побудована з комп'ютерів, що є одночасно як серверами, так і клієнтами. Така мережа буде мало чутлива до відмов окремих комп'ютерів.
Закінчуючи огляд особливостей топологий локальних мереж, необхідно відзначити, що топологія все-таки не є основним чинником при виборі типа мережі. Набагато важливіше, наприклад, рівень стандартизації мережі, швидкість обміну, кількість абонентів, вартість устаткування, вибране програмне забезпечення. Але, з іншого боку, деякі мережі дозволяють використовувати різні топології на різних рівнях. Цей вибір вже цілком лягає на користувача, який повинен враховувати всі перераховані в даному розділі міркування.