A számítógépes hálózatok

Topológiák

Pont-Pont (point-to-point)

Az egymással kommunikálni szándékozó hosztokat páronként összekötik, és az üzenetek az így létrejövő csatornán keresztül haladnak. Ha a rendszerben több hoszt is van a hálózatban, a csomagok egy vagy több közbülső állomáson áthaladva jutnak el a forrástól a célállomásig. Az adó által indított információt a vevő számítógép ellenőrzi (neki szólt-e az üzenet). Ha nem ő volt a címzett, továbbküldi a következő, vele kapcsolatban levő gépnek.

A kialakítás előnye, hogy a kommunikációs problémákat a két hoszt és a közöttük lévő csatorna hordozza, ezért adott esetben a hibakeresés jelentősen leegyszerűsödhet. Sok gépet tartalmazó hálózatban azonban nagyon sok összeköttetést kell létrehozni, ez viszont áttekinthetetlenné válhat. Ennek a megoldásnak ez a legnagyobb hátránya.

A hosztok összekapcsolása több különböző módon oldható meg.

Pont-pont összeköttetésekből felépülő nagyobb hálózat struktúrája lehet: (a): csillag, (b): gyűrű, (c): fa, (d): teljes, (e): egymást metsző gyűrű, (f): háló.

Pont-Pont topológiák

Üzenetszórásos (multipoint)

Az üzenetszórásos összeköttetésnél egyetlen közös üzenettovábbító csatorna található, és az egyes hosztok erre kapcsolódnak, erre vannak felfűzve. Ha bármelyik gép küld egy üzenetet (egy csomagot) – a csatorna közös volta miatt – azt minden állomás veszi. Annak érdekében, hogy az adott hoszt fel tudja ismerni, hogy az információ neki szól-e, minden gépnek és eszköznek egyedi címe van. Ezt a címet természetesen el kell helyezni a küldendő információban (a csomagban). A hosztok ezt a címet ellenőrzik, és csak akkor foglalkoznak az üzenettel, ha nekik szól.

Az üzenetszórásos rendszerek lehetővé teszik olyan üzenetek küldését is, amely a hálózat minden gépének szól. Ehhez egy speciális címkód szükséges. Ezt a módszert broadcastingnak nevezzük. A közös csatorna használata miatt (nagyobb gépszám esetén) a kialakítás kevesebbe kerül a multipont-topológia esetében, mint a pont-pont összekapcsolásnál. A közös csatorna azonban nemcsak előnyökkel jár. Problémát jelent, hogy előfordulhat olyan eset, amikor egyszerre több állomás szeretne üzenetet küldeni a csatornán. Mivel a csatorna közös, az üzenetek összekeverednek, és az összekeveredett üzenetek értelmezhetetlenek. Ezt a jelenséget ütközésnek nevezzük. A probléma kivédéséhez különböző közeghozzáférési eljárásokat dolgoztak ki, amely feloldja a versenyhelyzetet a csatorna igénybevételéért, és ezzel együtt az ütközést is.

Az üzetnetszórásos összeköttetés is többféle topológia segítségével valósulhat meg. Ilyen topológiák: (a): sín (busz), (b): gyűrű, (c): hibrid (vegyes) topológia.

Üzenetszórásos topológiák

Csillag

A csillag topológiában minden hoszt egy központi HUB-hoz (elosztóhoz) csatlakozik, amelyen keresztül valamennyi hoszt kommunikálhat bármelyik másik hoszttal. Egyszerre csak egy hoszt lehet aktív forgalmazó, a többinek meg kell várnia, míg az éppen adó befejezi, majd eltérő várakozási idő után újból megvizsgálják, hogy adhatnak-e, és az első szabad jelzést érzékelő elkezdi a csomagküldést. Ez a topológia jól skálázható (azaz a megnövekedett igényeket viszonylag egyszerű bővítésekkel ki lehet elégíteni), bár ha a csillagágak száma meghaladja a HUB fogadóképességét, akkor a HUB bővítésére vagy cseréjére van szükség.

Előnye, hogy egy hoszt kiesése nem zavarja a többi működését, és viszonylag könnyű a hibák felderítése. Kábelhiba esetén csak az a munkaállomás válik használhatatlanná, amelyik a kábelre volt csatlakoztatva. Hátránya, hogy ha az egyik gép üzen a másiknak, előbb a központi berendezés kapja meg a csomagot, majd azt a célállomásnak továbbítja. Emiatt a központi gép gyakran túlterhelt. Strukturált kábelezéssel csökkenthető a központi berendezés és a hálózati szegmensek leterheltsége. Hátránya továbbá, hogy a centrumban lévő HUB működési zavara az egész hálózatot lebénítja. További negatívum, hogy több kábel szükséges a kialakításához, mint a gyűrű és a busz topológia esetében.

Ez ma a leggyakrabban alkalmazott topológia, melyet CAT5-ös kábelezéssel valósítanak meg.

A napjainkban használt technika fizikailag ugyan csillag-topológia, mivel minden hálózati végpont össze van kötve egy külön vezeték segítségével a HUB-bal vagy a switch-csel, ám logikailag busz-topológiát valósítanak meg, mivel üzenetszórásos technikával minden hálózati végpont megkapja az üzenetet.

Csillag topológia

Gyűrű

A gyűrű topológiának két típusát különböztethetjük meg. Beszélhetünk gyűrű topológiáról pont-pont kapcsolat és üzenetszórásos kapcsolat esetében is. A mai hálózatok szempontjából egyértelműen az üzenetszórásos gyűrű topológia a fontosabb. A gyűrű topológiánál a gerincvezeték egy logikai gyűrűt alkot, ehhez kapcsolódnak a hálózat hosztjai, és ezek képesek újból kisugározni a nem nekik szóló csomagokat, tehát a jel nem gyengül, azaz nem kell ismétlőket alkalmazni. Lezárókra nincs szükség. A gyűrű topológia könnyen megvalósítható és csekély a hardverigénye. Hátránya a nehézkes karbantartás, mivel egy gép kiesése a teljes hálózati tevékenységet leállítja.

Minden állomás, beleértve a szervert is, két szomszédos állomással áll közvetlen kapcsolatban. Az üzeneteket a gépek mindig a szomszédjuknak adják át, s ha az nem a szomszédnak szólt, akkor az is továbbítja. A csomagok mindig egy irányban haladnak. Hátránya, hogy egyetlen kábel hibájából a rendszer működésképtelenné válik.

Gyűrű topológia

Fa

A pont-pont topológia ezen típusánál a hosztok a fa ágaihoz hasonlóan kapcsolódnak egymáshoz. Több csillag összekapcsolásával kaphatjuk. Egy-egy ilyen ágat alhálózatnak is nevezünk. A kapcsolódás egyfajta hierarchiát is jelent. Ha egy számítógép az Internetről információt szeretne kérni, tudnia kell a célgép IP-címét. Ezért a gépünk (a fa legalján, mint egy levél) kérést intéz az egy szinttel felette található géphez. Ez a gép nagy valószínűséggel még nem tud választ adni a kérdezőnek, ezért ő is a felette lévő gépet kérdezi mindaddig, míg a csúcshoz nem jut a kérdés. A fa elágazásai a központi gépek.

Előnye a kis kábelezési költség, valamint, nagyobb hálózatok is kialakíthatók.

Hátránya, hogy egy kábel kiesése egy egész alhálózatot tönkretehet.

Fa topológia

Háló (teljes)

A háló topológiában minden hoszt össze van kötve azzal a hoszttal, amelyikkel kommunikálni kíván, ezért rendkívül jó üzemelési biztonságot nyújt, nagy a hibatűrése. Jelentős hátránya viszont, hogy már néhány gép esetén is rendkívül nagy a hardverigény (hálózati csatoló és kábel).

Ezért jobbára csak több szervert tartalmazó hálózat részeként, a szerverek összekötésére használják. A háló topológia egy speciális változata, mikor minden hoszt össze van kötve a többi hoszttal: ezt teljes topológiának nevezzük.

Teljes topológia

Sín (busz)

A hosztok egy gerinchálózatra kapcsolódnak, ez a busz. Valamennyi adó erre küldi adatait, és minden hoszt csak a neki szóló csomagokat veszi le. A buszon minden adat átáramlik. Ha a busz megszakad, akkor hiába van két számítógép között fizikai kapcsolat, az adatkapcsolat mégsem üzemel. A gerinc nyomvonalát úgy kell megtervezni, hogy a lehető legrövidebb legyen, és érintenie kell minden gépet. Amennyiben ezt koaxiális kábellel valósítjuk meg, gondoskodni kell a főkábel mindkét oldali lezárásáról. Az ilyen hálózat megvalósítása viszonylag olcsó, mert kevés hardverelemet igényel, továbbá megépítése is viszonylag egyszerű. Hátránya a fokozott hibalehetőség. Az esetleges hibahely is viszonylag nehezen határozható meg.

Ennek a topológiának a legismertebb megvalósítása a koax-kábeles Ethernet hálózat. Ez a hálózat 10 Mbit/s átviteli sebességre képes, a hossza maximum 150-180 m lehetett. A 10 Mbps-os Ethernet sem túl gyors, de még ez az adatátviteli sebesség is erősen romlik a 10 fölötti gépszám növelésével. Tehát alacsony gépszám (tíz alatt), szerény adatátviteli igények és egyszerűbb üzembiztonság esetén javasolt ez a topológia.

Sín topológia

Hibrid

Lényegében bármely elemi topológia előfordulhat egy teljes hálózat részeként, leggyakoribb mégis a busz és a csillag együttes alkalmazása. A vegyes topológiák az egyes elemi topológiák előnyei és hátrányai ötvöződnek a legjobb teljesítmény-ár viszony elérése érdekében. Akkor szoktak a leggyakrabban vegyes topológiát használni, ha egy már meglévő, de régebbi, vagy eltérő topológiájú hálózathoz kell csatlakoztatni egy új hálózati egységet.

Busz-csillag topológia

Gyűrű-csillag topológia