Topologie počítačových sítí
Funkčnost počítačových sítí do jisté míry také závisí na tzv. topologii počítačové sítě. Pod pojmem topologie rozumíme rozmístění počítačové sítě a všech jejích komponent
a jejich skutečné (fyzické) nebo logické (virtuální) podoby. Při popisu topologií se využívá teorie grafů a taktéž matematiky.
Svazovat topologii se skutečným rozvržením počítačů v síti je ovšem někdy zavádějící. Může se stát, že počítače v malé síti v kanceláři či učebně fyzicky vypadají, že jsou zapojeny do kruhu, což ovšem nemusí nutně znamenat, že jejich topologie je kruhová.
V podstatě rozeznáváme tři druhy topologií:
1. Fyzická topologie
– je dána zapojením kabelů, způsobem propojení jednotlivých uzlů
a způsobem šíření signálu.
2. Logická topologie
– se zabývá způsobem vzájemné komunikace jednotlivých uzlů
a nemusí být shodná s fyzickou topologií
3. Signálová topologie
– mapuje skutečné propojení mezi uzly v síti sledováním, kudy signál prochází.
Nejčastěji se používá fyzická a logická topologie a proto si ji rozebereme podrobněji
v následujících podkapitolách.
Fyzická topologie
Jak již bylo uvedeno výše, fyzická topologie se zabývá především fyzickým rozmístěním sítě, tj. především kabeláží a propojením jednotlivých stanic. Nejčastější topologie jsou sběrnice, kruh, hvězda, strom a páteřní topologie.
Sběrnicová (bus) topologie
Tato topologie patří mezi nejstarší, proto ji také uvádíme jako první. Stanice jsou připojeny na pasivní společné medium, které bývá zpravidla koaxiální kabel a data ve formě elektrických signálů jsou posílána všem po síti, přijme je však jen ta stanice, jejíž adresa je uvedena v hlavičce vysílaných dat. V devadesátých letech dvacátého století byla tato topologie dominantní, dnes se již příliš nepoužívá. Schematické znázornění můžete najít na Obr. 2.
Mezi výhody takového rozmístění patří především nízká cena, nezávislost jednotlivých stanic při odpojení jiné stanice a je to snadné řešení pro všesměrové vysílání. Jako výhodu lze také brát to, že při tomto zapojení není potřeba použití aktivních síťových prvků.
Na druhé straně, podstatnou nevýhodou je závislost jednotlivých stanic na hlavním vedení, kdy při přerušení tohoto vedení dochází k nefunkčnosti sítě. Dále bývá problémem vyřešení přístupu k mediu z hlediska vysílání dat, protože v danou chvíli může odesílat pouze jedna stanice.
Kruhová (ring) topologie
Pro tuto topologii je typické spojení stanice přímo z předchozím a dalším zařízením, přičemž celá síť pak tvoří kruh – viz Obr. 3. Byla využívána především v zahraničí, u nás nebyla příliš rozšířena díky technologickému zpoždění před rokem 1989 a následném nástupu jiných, lepších topologií.
Výhodou této topologie je její jednoduchá rozšiřitelnost – pokud chci připojit novou stanici, tak prostě rozpojím kruh, připojím novou stanici a taktéž ji připojím k následné stanici, tak aby nebyl kruh porušen. Další výhody jsou v malém počtu spojů a tím i nižší možnosti kritických míst a také snadné vysílání zpráv, které chodí jednoduše v kruhu mezi všemi účastníky.
Velkou nevýhodou kruhové topologie je to, že pokud je nefunkční nebo odpojená jedna stanice, dochází k porušení a výpadku sítě. To samé se stane, když je kabel přerušen v libovolném místě sítě.
V praxi jsou většinou veden ne jeden kabel, ale pár, kde po jedné lince uzel data posílá a po druhé je přijímá. Každý takový uzel je připojen aktivně, tzn. že signál přijme a pokud není adresát, tak signál opraví, logicky a elektricky zregeneruje a pošle dál. Tím odpadá nutnost používat aktivních prvků v této síti. Na rozdíl od sběrnicové technologie je zde řízený tok dat.
Hvězdicová (star) topologie
I když je tato topologie nejspíš nejstarší (vzpomeňme si na první terminálové sítě zmíněné výše), je stále v současnosti nejpoužívanější. Je založena na centrálním prvku, kterým byl dříve terminálový server, později server a dnes některý z aktivních prvků (rozbočovač nebo směrovač), na který jsou jednotlivé stanice přímo připojeny jak je pěkně vidět na Obr. 4.
Z tohoto je zřejmá taktéž její nesporná výhoda a to, že funkčnost sítě je nezávislá na výpadku jednotlivých prvků a také na přerušení libovolného kabelu. Oproti tomu jediné slabé místo této topologie je centrální prvek. Je zřejmé, že při výpadku tohoto prvku je celá síť nefunkční.
Stromová (tree) topologie
Spojením více aktivních prvků hvězdicových topologií do většího útvaru získáme tzv. stromovou topologii – viz Obr. 5. Tato topologie se používá především v rozsáhlých počítačových sítích ve velkých firmách, školách apod., kde jsou jednotlivé oddělení zapojeny „do hvězdice“ a jejich centrální prvky jsou propojeny opět „do hvězdice“ s ostatními centrálními prvky a na pozici kořene bývá přepínač nebo rozbočovač. V případě výpadku tohoto kořenového centrálního prvku dochází k rozpadu sítě na více podsítí, ve kterých komunikace funguje, ale nefunguje komunikace mezi jednotlivými dalšími podsítěmi.
Páteřní (backbone) topologie
Poslední topologií zmiňovanou zde je topologie páteřní jejíž podstatou je vytvoření nezávislé hlavní části, která propojuje jednotlivé důležité celky a k níž se připojují různé podsítě a segmenty. V případě výpadku kteréhokoli segmentu zůstává provoz na páteřní síti neohrožen. Typickým příkladem páteřní sítě je síť CESNET, která propojuje většinu akademických měst v České republice. Přenosové rychlosti v hlavní části bývají zpravidla velmi vysoké a mezi nevýhody můžeme počítat především vysoké náklady spjaté s vybudováním takovéto sítě.
Logická topologie
Druhé rozdělení sítí na ně nahlíží z hlediska logického, a to především jakým způsobem mezi sebou komunikují prvky v síti, jak se přenášejí informace apod., na rozdíl od fyzických topologií, které sítě zkoumají spíše z hlediska kabeláže a propojení.
I když některé názvy logických topologií jsou shodné s fyzickými, nemusí se vždy shodovat i reálně. Nejčastější logické topologie jsou dvoubodový spoj, sběrnice a kruh. Při dvoubodovém spoji jsou data (nikoliv signál) zasílána jen mezi dvěma uzly, ve sběrnicové topologii jsou informace vždy posílány všem uzlům a všechny je obdrží zhruba ve stejný okamžik a v kruhové topologii jsou informace zasílány sekvenčně podle předem daného pořadí z jednoho uzlu na uzel následující.