Topologia sieci komputerowej - model układu połączeń różnych elementów (linki, węzły itd.) sieci komputerowej. Określenie topologia sieci może odnosić się do konstrukcji fizycznej albo logicznej sieci.

Topologia fizyczna opisuje sposoby fizycznej realizacji sieci komputerowej, jej układu przewodów, medium transmisyjnych. Poza połączeniem fizycznym hostów i ustaleniem standardu komunikacji, topologia fizyczna zapewnia bezbłędną transmisję danych. Topologia fizyczna jest ściśle powiązana z topologią logiczną np. koncentratory, hosty.

Topologia logiczna opisuje sposoby komunikowania się hostów za pomocą urządzeń topologii fizycznej.


Topologia logiczna

Topologia rozgłaszania - polega na tym, że host wysyła dane do wszystkich hostów podłączonych do medium. Kolejność korzystania z medium według reguły "kto pierwszy wyśle, pierwszy zostanie obsłużony" (ang. first come, first serve). Przykładem są tutaj sieci Ethernet :

• IEEE 802.3 - 10 Mb Ethernet
• IEEE 802.3u - 100 Mb Ethernet
• IEEE 802.3x - Full Duplex Ethernet
• IEEE 802.3z - 1 Gb Ethernet

• IEEE 802.5 - Token ring
• IEEE 802.6 - Sieci metropolitalne (MAN)
• FDDI

Topologia liniowa (ang. line) - wszystkie elementy sieci (oprócz granicznych) połączone są z dwoma sąsiadującymi.

Jedna z fizycznych topologii sieci komputerowych. Urządzenia sieciowe i komputery w tej topologii - oprócz granicznych - połączone są z dwoma sąsiednimi. Aby móc stworzyć sieć w tej topologii wszystkie urządzenia - oprócz granicznych - muszą posiadać dwa gniazda sieciowe. W topologii liniowej dane są przesyłane przez kolejne połączenia i urządzenia sieciowe aż do dotarcia do celu. Urządzenia napotkane na drodze pełnią rolę wzmacniacza. Jest to najprostszy sposób na stworzenie fizycznego połączenia pomiędzy wieloma komputerami bez użycia dodatkowych urządzeń sieciowych, choć wymaga, aby wszystkie urządzenia w niej pracujące były włączone. Połączenie granicznych urządzeń ze sobą powoduje przejście do topologii pierścienia.

Zalety:

• małe zużycie przewodów
• możliwość zastosowania łączy optoelektronicznych, które wymagają bezpośredniego nadawania i odbierania transmitowanych sygnałów

• awaria pojedynczego przewodu, urządzenia sieciowego lub komputera powoduje przerwanie pracy sieci
• niska skalowalność

Topologia magistrali(ang. bus) - wszystkie elementy sieci podłączone do jednej magistrali. Obecnie stosowana do łączenia urządzeń w topologii punkt-punkt.

Sieć o takiej topologii składa się z jednego kabla koncentrycznego (10Base-2, 10Base-5 lub 10Broad36). Poszczególne części sieci (takie jak hosty) są do niej podłączane za pomocą specjalnych trójników (zwanych także łącznikami T) oraz łączy BNC. Na obu końcach magistrali powinien znaleźć się opornik (ang. terminator) o rezystancji równej impedancji falowej wybranego kabla, aby zapobiec odbiciu się impulsu i tym samym zajęciu całego dostępnego łącza. Ze względu na problemy z doprowadzeniem pojedynczego kabla sieciowego praktycznie bezpośrednio do każdego komputera, sieć w topologii magistrali jest głównie stosowana w przypadku prostego ich rozmieszczenia - niewielkie biura lub sale wykładowe (komputerowe). Dużym problemem tej topologii jest minimalna odporność na awarie. Uszkodzenie magistrali w jednym miejscu praktycznie unieruchamia całą sieć, a znalezienie miejsca uszkodzenia jest trudne.Sieć w topologii magistrali pozwala na realizację wyłącznie jednej transmisji w danym momencie (wyjątkiem jest tutaj 10Broad36, który umożliwia podział kabla na kilka kanałów). Sygnał nadany przez jedną ze stacji jest odbierany przez wszystkie (co bez zastosowania dodatkowych zabezpieczeń umożliwia jego przechwycenie, które opiera się wyłącznie na przestawieniu karty sieciowej w tryb odbierania promiscuous), jednakże tylko stacja, do której pakiet został zaadresowany, interpretuje go. Dużym problemem w tego typu sieciach jest pojawianie się kolizji, czyli próby transmisji przez więcej niż jedną stację, w tym samym momencie. Aby ten problem rozwiązać stosuje się odpowiednie metody detekcji kolizji jak np. CSMA/CD. Maksymalna przepustowość łącza w trzech podanych wyżej standardach sieci Ethernet to 10 Mb/s.

Zalety:

• małe użycie kabla
• brak dodatkowych urządzeń (koncentratorów, switchów)
• niska cena sieci
• małe koszty produkcji
• odporność na uszkodzenia mechaniczne i zakłócenia elektromagnetyczne

• lokalizacja usterek jest trudna
• tylko jedna możliwa transmisja w danym momencie (wyjątek: 10Broad36)
• potencjalnie duża liczba kolizji
• awaria głównego kabla powoduje unieruchomienie całej domeny kolizyjnej
• słaba skalowalność
• słabe bezpieczeństwo

Topologia pierścienia (ang. ring) - poszczególne elementy są połączone pomiędzy sobą odcinkami przewodów tworząc zamknięty pierścień.

Jedna z fizycznych topologii sieci komputerowych. Komputery połączone są za pomocą jednego nośnika informacji w układzie zamkniętym - okablowanie nie ma żadnych zakończeń (tworzy krąg). W ramach jednego pierścienia można stosować różnego rodzaju łącza. Długość jednego odcinka łącza dwupunktowego oraz liczba takich łączy są ograniczone. Sygnał wędruje w pętli od komputera do komputera, który pełni rolę wzmacniacza regenerującego sygnał i wysyłającego go do następnego komputera. W większej skali, sieci LAN (Local Area Network) mogą być połączone w topologii pierścienia za pomocą grubego przewodu koncentrycznego lub światłowodu. Metoda transmisji danych w pętli nazywana jest przekazywaniem żetonu dostępu. Żeton dostępu jest określoną sekwencją bitów zawierających informację kontrolną. Przejęcie żetonu zezwala urządzeniu w sieci na transmisję danych w sieci. Każda sieć posiada tylko jeden żeton dostępu. Komputer wysyłający, usuwa żeton z pierścienia i wysyła dane przez sieć. Każdy komputer przekazuje dane dalej, dopóki nie zostanie znaleziony komputer, do którego pakiet jest adresowany. Następnie komputer odbierający wysyła komunikat do komputera wysyłającego o odebraniu danych. Po weryfikacji, komputer wysyłający tworzy nowy żeton dostępu i wysyła go do sieci.

Zalety:

• małe zużycie przewodów
• możliwość zastosowania łącz optoelektronicznych, które wymagają bezpośredniego nadawania i odbierania transmitowanych sygnałów

• awaria pojedynczego przewodu lub komputera powoduje przerwanie pracy całej sieci jeśli nie jest zainstalowany dodatkowy sprzęt
• złożona diagnostyka sieci
• trudna lokalizacja uszkodzenia
• pracochłonna rekonfiguracja sieci
• wymagane specjalne procedury transmisyjne
• dołączenie nowych stacji jest utrudnione, jeśli w pierścieniu jest wiele stacji
• sygnał krąży tylko w jednym kierunku

Topologia podwójnego pierścienia (ang. double ring) - poszczególne elementy są połączone pomiędzy sobą odcinkami tworząc dwa zamknięte pierścienie.

Topologia podwójnego pierścienia (ang. dual-ring) - składa się z dwóch pierścieni o wspólnym środku (dwa pierścienie nie są połączone ze sobą). Topologia podwójnego pierścienia jest tym samym co topologia pierścienia, z tym wyjątkiem, że drugi zapasowy pierścień łączy te same urządzenia. Innymi słowy w celu zapewnienia niezawodności i elastyczności w sieci każde urządzenie sieciowe jest częścią dwóch niezależnych topologii pierścienia. Dzięki funkcjom tolerancji na uszkodzenia i odtwarzania, pierścienie można przekonfigurować tak, żeby tworzyły jeden większy pierścień, a sieć mogła funkcjonować w przypadku uszkodzenia medium.

Zalety

• możliwość zastosowania łącz optoelektronicznych, które wymagają bezpośredniego nadawania i odbierania transmitowanych sygnałów
• możliwe wysokie osiągi, ponieważ każdy przewód łączy dwa konkretne komputery

• złożona diagnostyka sieci
• trudna lokalizacja uszkodzenia
• pracochłonna rekonfiguracja sieci
• wymagane specjalne procedury transmisyjne
• dołączenie nowych stacji jest utrudnione, jeśli w pierścieniu jest wiele stacji
• duża ilość kabli

Topologia gwiazdy (ang. star) - komputery są podłączone do jednego punktu centralnego, koncentratora (koncentrator tworzy fizyczną topologię gwiazdy, ale logiczną magistralę) lub przełącznika. Stosowana przy łączeniu urządzeń przy pomocy kabla skrętnego lub światłowodu. Każdy pojedynczy przewód jest stosowany do połączenia z siecią dokładnie jednego urządzenia.

Topologia gwiazdy (ang. star network) - sposób połączenia komputerów w sieci komputerowej, charakteryzujący się tym, że kable sieciowe połączone są w jednym wspólnym punkcie, zwanym punktem dostępu (ang. access point), w którym znajduje się koncentrator lub przełącznik. Sieć o topologii gwiazdy zawiera przełącznik (switch) i koncentrator (hub) łączący do niego pozostałe elementy sieci. Większość zasobów znajduje się na serwerze, którego zadaniem jest przetwarzać dane i zarządzać siecią. Pozostałe elementy tej sieci nazywamy terminalami - korzystają one z zasobów zgromadzonych na serwerze. Same zazwyczaj mają małe możliwości obliczeniowe. Zadaniem huba jest nie tylko łączyć elementy sieci, ale także rozsyłać sygnały oraz wykrywać kolizje w sieci.

Zalety:

• Większa przepustowość.
• Łatwa lokalizacja uszkodzeń ze względu na centralne sterowanie.
• Wydajność.
• Łatwa rozbudowa.
• Awaria komputera peryferyjnego nie blokuje sieci.
• Przejrzystość sieci
• Niska cena

• Duża liczba połączeń (duże zużycie kabli).
• Gdy awarii ulegnie centralny punkt (koncentrator lub przełącznik), to nie działa cała sieć.

Topologia gwiazdy rozszerzonej - posiada punkt centralny (podobnie do topologii gwiazdy) i punkty poboczne (jedna z częstszych topologii fizycznych Ethernetu).

Topologia rozgałęzionej gwiazdy oparta jest na topologii gwiazdy. W tej topologii każde z urządzeń końcowych działa jako urządzenie centralne dla własnej topologii gwiazdy. Pojedyncze gwiazdy połączone są przy użyciu koncentratorów lub przełączników. Jest to topologia o charakterze hierarchicznym i może być konfigurowana w taki sposób, aby ruch pozostawał lokalny. Topologia ta stosowana jest głównie w przypadku rozbudowanych sieci lokalnych, gdy obszar, który ma być pokryty siecią, jest większy niż pozwala na to topologia gwiazdy, np. w przypadku dużych instytucji.

Zalety:

• Pozwala na stosowanie krótszych przewodów,
• ogranicza liczbę urządzeń, które muszą być podłączone z centralnym węzłem.

• Duży koszt urządzeń.

Topologia hierarchiczna - zwana także topologią drzewa, jest kombinacją topologii gwiazdy i magistrali, budowa podobna do drzewa binarnego.

Topologia hierarchiczna (zwana również topologią drzewa lub rozproszonej gwiazdy) jest utworzona z wielu magistrali liniowych połączonych łańcuchowo. Zasada jej działania polega na dublowaniu poszczególnych magistrali. Początkowa pierwszą magistralę liniową dołącza się do koncentratora, dzieląc ją na dwie lub więcej magistral za pomocą przewodów koncentrycznych - w ten sposób powstają kolejne magistrale. Proces dzielenia można kontynuować, tworząc dodatkowe magistrale liniowe wychodzące z magistral odchodzących od pierwszej magistrali, co nadaje topologii cechy topologii gwiazdy. Jeśli jedną magistralę podzieli się na trzy magistrale i każdą z nich na kolejne trzy to w efekcie otrzymamy łącznie trzynaście magistral. Tworzone są kolejne poziomy drzewa, ale ich liczba jest ograniczona. Na końcu tego drzewa zawsze znajdują się pojedyncze terminale (urządzenia) podłączane do magistral.

Zaletami topologii hierarchicznej są:

• łatwa konfiguracja
• sieć zazwyczaj nie jest czuła na uszkodzenie danego komputera czy kabla
• łatwa rozbudowa sieci komputerowej poprzez dodawanie kolejnych rozgałęzień

• duża ilość kabli
• trudności w odnajdywaniu błędów

Topologia siatki - oprócz koniecznych połączeń sieć zawiera połączenia nadmiarowe; rozwiązanie często stosowane w sieciach, w których wymagana jest bezawaryjność

Topologia ta jest używana wtedy, gdy niezbędne jest zapewnienie wysokiej przepustowości, wysokiego bezpieczeństwa oraz wyeliminowanie kolizji sieciowych. Im bardziej te cechy są pożądane, tym sieć posiada więcej połączeń pomiędzy węzłami. Internet oparty jest na topologii siatki częściowej - możliwe jest dotarcie bardzo dużą liczbą różnych ścieżek z jednego węzła do drugiego. W praktyce stworzenie dużej sieci opartej na pełnej siatce jest niewykonalne, gdyż liczba połączeń rośnie kwadratowo wraz z dołączaniem kolejnych węzłów sieci. Istnieją dwa typy topologii siatki:

• pełna siatka (ang. full mesh) - każdy węzeł sieci ma fizyczne połączenie z każdym innym węzłem w danej sieci,
• częściowa siatka (ang. partial mesh) - węzły mają różną liczbę połączeń sieciowych do innych węzłów.

• wysoka niezawodność
• brak kolizji w przypadku siatki pełnej; ograniczona liczba kolizji w przypadku siatki częściowej
• uszkodzony komputer nie wpływa na pracę sieci w przypadku siatki pełnej; ograniczony wpływ w przypadku siatki częściowej
• przesył danych wieloma ścieżkami - Shortest Path Bridging (SPB; IEEE 802.1aq)

• wysoki koszt
• skomplikowana budowa