Структурные параметры проектируемой сети

Локальная сеть (локальная вычислительная сеть, ЛВС) – это комплекс оборудования и программного обеспечения, обеспечивающий передачу, хранение и обработку информации.

Назначение локальной сети - осуществление совместного доступа к данным, программам и оборудованию. Локальная сеть предоставляет возможность совместного использования оборудования. Оптимальный вариант - создание локальной сети с одним принтером на каждый отдел или несколько отделов. Файловый сервер сети позволяет обеспечить и совместный доступ к программам и данным.

В состав локальной сети (ЛВС) входит следующее оборудование:

Активное оборудование – коммутаторы, маршрутизаторы, медиаконвекторы;

Пассивное оборудование – кабели, монтажные шкафы, кабельные каналы, коммутационные панели, информационные розетки;

Компьютерное и периферийное оборудование – серверы, рабочие станции, принтеры, сканеры.

В зависимости от требований, предъявляемых к проектируемой сети, состав оборудования, используемый при монтаже может варьироваться.

Все современные локальные сети делятся на два вида:

Одноранговые локальные сети - сети, где все компьютеры равноправны: каждый из компьютеров может быть и сервером, и клиентом. Пользователь каждого из компьютеров сам решает, какие ресурсы будут предоставлены в общее пользование и кому.

Локальные сети с централизованным управлением. В сетях с централизованным управлением политика безопасности общая для всех пользователей сети.

В зависимости от назначения и размера локальной сети применяются либо одноранговые сети, либо сети с централизованным управлением.

Основные характеристики локальной сети. В настоящее время в различных странах мира созданы и эксплуатируются различные типы ЛВС с различными размерами, топологией, алгоритмами работы, архитектурной и структурной организацией.

Независимо от типа сетей, к ним предъявляются общие требования:

Скорость - важнейшая характеристика локальной сети;

Адаптируемость - свойство локальной сети расширяться и устанавливать рабочие станции там, где это требуется;

Надежность - свойство локальной сети сохранять полную или частичную работоспособность вне зависимости от выхода из строя некоторых узлов или конечного оборудования.

Топология локальных сетей.

Для построения сети могут использоваться такие топологии как звезда, решетчатая топология, полносвязная топология и др.

Под топологией (компоновкой, конфигурацией, структурой) компьютерной сети обычно понимается физическое расположение компьютеров сети друг относительно друга и способ соединения их линиями связи. Важно отметить, что понятие топологии относится, прежде всего, к локальным сетям, в которых структуру связей можно легко проследить. В глобальных сетях структура связей обычно скрыта от пользователей и не слишком важна, так как каждый сеанс связи может производиться по собственному пути.

Топология определяет требования к оборудованию, тип используемого кабеля, допустимые и наиболее удобные методы управления обменом, надежность работы, возможности расширения сети. И хотя выбирать топологию пользователю сети приходится нечасто, знать об особенностях основных топологий, их достоинствах и недостатках надо.

Под топологией сети принято понимать конфигурацию связей графа, интерпретирующего структуру сети. В практике топологического проектирования принято разделять древовидные, распределенные и иерархические топологии сетей. Древовидные сети интерпретируются графами без петель и циклов. Для n-вершинного дерева имеется (n-1) ребро. Данное обстоятельство упрощает проектирование древовидных сетей, поскольку в них между каждой вершиной имеется единственный путь.

Различают корневые (радиальная связь) и бескорневые (кратчайшая связывающая сеть – КСС) деревья. Сети с распределенной структурой представляются произвольными связными графами, описывающими спектр структур, начиная с петлевой (ПСт) и заканчивая полносвязной сетью (ПСС). К этому классу могут быть отнесены и решетчатые структуры (РШ). [8]

Топология иерархической сети связи описывается контурно R-разделимым графом с простым подчинением, позволяющим представить иерархическую структуру композицией подграфом межступенчатых подсетей W_r,r+1, r =  и подсетей отдельных ступеней иерархии W_r, r =  (рисунок 3.1), которые в свою очередь, могут распадаться на зоновые подсети (рисунок 3.2).

 

Рисунок 3.1 – Контурно-разделимый граф

Рисунок 3.2 – «География» сети

 

Для принятой модели предполагается, что к каждому узлу коммутации (УК) подключено одинаковое для данной ступени число УК предыдущей ступени. Спектр возможных топологий дискретизируется некоторым набором базовых, включающих кратчайшую связывающую сеть (КСС), радиальную сеть (РС), первичную сеть (ПС), полносвязную сеть (ПСС), решетчатую структуру (РС) и равномерно k-связную сеть (РКС), (2 ≤ k≤ n-1).

Под степенью вершины понимается число ребер, инцидентных вершине. Для РКС степень вершины совпадает со связностью. В последней графе таблицы 1.1 приведены значения n, при которых структурные параметры имеют отображение в граф. Индексы i и j могут принимать значение 1, 2, 3, …

 

Таблица 3.1 – Аналитические соотношения, связывающие основные структурные параметры

Тип структуры	Диаметр графа, d		Степень вершины, k	Средняя длина маршрута,	Допустимые значения, n
РС	1		n	1	i+1
КСС	n-1		2(1-1/n)	(n+1)/3
ПСТ	(n-1)/2		2	(n+1)/4	2i+1
	n/2				(i+1)
РШ	nv+ng-2		4(1-1/		(i+1)х (j+1)
РКС	(n-1)/k, k=2, n-1	(n/(k-1))+1, k=3,n-2	2≤k≤n-2		(2i+1)х (k-1)
ПСС	n/2(k-1) k=2,3, n-1	n/2(k-1)+1 k=4,n-2	3≤k≤n-1		2i(k-1)

 

Таблица 3.2 – Основные структурные параметры

Тип структуры	Число ребер,m	Средняя длина КС, l
РС	n-1
КСС	n-1
ПСТ	n
РШ	(ng-1)nv+(nv-1)ng
РКС	nk/2
ПСС	n(n-1)/2	[(0,32 +0,13 )n-(0,32 +0,13 )]/(n-1)

 

Вывод формул расчета средней (географической) длины l КС выполнен при условии равномерного размещения оконечных пунктов в прямоугольнике со сторонами z₁×z₂(км). Переменной n_g обозначено число оконечных пунктов в одном горизонтальном ряду, а n_v в вертикальном. Формулы для PC и ПСС предполагают выполнение условия .Согласно определению контурно R-разделимого графа, считается, что для зоновых подсетей отдельных ступеней иерархии возможен любой из ниже перечисленных принципов организации, а для межуровневых подсетей – только радиальный. [8]

 

 

Таблица 3.3 – Коэффициенты компактности территории для аппроксимации территории сети

Форма территории	Значение коэффициента kf
Круг	0,985
Правильный шестиугольник	0,99
Квадрат, прямоугольник	1
Эллипс с соотношением осей 2:1	1,07
Правильный треугольник	1,17

Существует три базовые топологии сети:

Шина (bus) — все компьютеры параллельно подключаются к одной линии связи. Информация от каждого компьютера одновременно передается всем остальным компьютерам

Звезда (star) — бывает двух основных видов:

Активная звезда (истинная звезда) - к одному центральному компьютеру присоединяются остальные периферийные компьютеры, причем каждый из них использует отдельную линию связи. Информация от периферийного компьютера передается только центральному компьютеру, от центрального — одному или нескольким периферийным.

Пассивная звезда, которая только внешне похожа на звезду активную. В настоящее время она распространена гораздо более широко, чем активная звезда. Достаточно сказать, что она используется в наиболее популярной сегодня сети Ethernet. В центре сети с данной топологией помещается не компьютер, а специальное устройство — коммутатор или, как его еще называют, свитч (switch), который восстанавливает приходящие сигналы и пересылает их непосредственно получателю.

Кольцо (ring) — компьютеры последовательно объединены в кольцо. Передача информации в кольце всегда производится только в одном направлении. Каждый из компьютеров передает информацию только одному компьютеру, следующему в цепочке за ним, а получает информацию только от предыдущего в цепочке компьютера.

На практике нередко используют и другие топологии локальных сетей, однако большинство сетей ориентировано именно на три базовые топологии.

Полносвязная топология соответствует сети, в которой каждый узел сети связан со всеми остальными. Каждый узел в сети должен иметь большое количество коммуникационных портов, достаточное для связи с каждым из остальных узлов сети. Для каждой пары узлов должна быть выделена отдельная электрическая линия связи. Основным недостатком полносвязной является то, что требуется большое количество кабеля для соединения всех узлов между собой.

Рисунок 3.3 – Виды топологий

 

Преимуществами ПСС является то, что в случае отказа одного из узлов в сети ПСС, все остальные узлы не остаются без соединения и продолжают дальше нормально взаимодействовать, а скорость обмена информацией в такой сети достаточно высокая по сравнению с РШ структурой сети. ПСС является структурой, обеспечивающей высокую надежность за счет того, что каждый узел физически соединен со всеми остальными, что обеспечивает высокую степень избыточности.

Полносвязная топология обычно используется в соединениях между собой маршрутизаторов распределенных сетей WAN.

Рассчитаем количество ребер полносвязной топологии по формуле 3.1 и построим граф сети для заданного количества маршрутизаторов:

                                        (3.1)

где m – число ребер,

n – число вершин (маршрутизаторов)

Следовательно, граф проектируемой сети имеет вид, представленный на рисунке 3.7.

М4

М6

М7

М5

Рисунок 3.7 – Граф проектируемой сети