Topologia rețelelor este studiul de aranjament sau cartografierea a elementelor (legături, noduri, etc) dintr-o rețea, în special interconexiunile fizice (reale) și logice (virtuale) dintre noduri.
O rețea locală (EN:Local Area Network) este un exemplu de rețea care reprezintă atât o topologie fizică cît și o topologie logică. Orice nod în rețeaua locală va avea una sau mai multe link-uri către unul sau mai multe noduri din rețea. Pentru determinarea topologiei fizice a rețelei, toate nodurile și link-urile sunt reprezentate în formă de graf. De asemenea, reprezentarea fluxului de date dintre noduri în formă de graf determină topologia logică a rețelei. Se poate de menționat că topologia logică și fizică pot fi identice în orice rețele particulare, dar de asemea ele pot fi diferite.
O rețea locală (EN:Local Area Network) este un exemplu de rețea care reprezintă atât o topologie fizică cît și o topologie logică. Orice nod în rețeaua locală va avea una sau mai multe link-uri către unul sau mai multe noduri din rețea. Pentru determinarea topologiei fizice a rețelei, toate nodurile și link-urile sunt reprezentate în formă de graf. De asemenea, reprezentarea fluxului de date dintre noduri în formă de graf determină topologia logică a rețelei. Se poate de menționat că topologia logică și fizică pot fi identice în orice rețele particulare, dar de asemea ele pot fi diferite.
Tipurile de topologii
- topologii fizice - tratează aspectul spațial și organizarea fizica a stațiilor din retea și a cablurilor
- topologii de semnal
- topologii logice - se referă la modul în care se realizează comunicarea în rețea, la modul în care datele circulă între stații
- tipul de echipament necesar
- caracteristicile echipamentului
- extinderea rețelei
- modul de administrare a rețelei
Topologia Point-to-Point
Cea mai simplă topologie din această categorie este o legătură (EN:Link) permanentă între două terminații (EN:endpoint). Topologiile de tip switched point-to-point sunt modelele de bază a telefoniei convenționale. Valoarea definitivă a rețelelor point-to-point este o valoare garantată dinte cele două terminații. Valoarea a conexiunilor de tip on-demand point-to-point este proporțională cu numărul de perechi de potențialii abonați și a fost exprimată în Legea lui Metcalfe.
Topologia Magistrală (BUS)
Tipul de topologie de rețea în care toate nodurile de a rețelei sunt conectate la un mediu comun de transmisie care are exact două terminații (EN:endpoints), toate datele care sunt transmise între noduri în rețea este transmis în cursul acestei parti comune de transport și de mediu în așa măsură ca să fie primite de către toate nodurile din rețea, aproape simultan (fără a ține seama de întârzieri răspîndite).
Cele două terminații care fac parte din magistrala comuna de transport sunt oprite în mod normal, cu un dispozitiv care se numește terminală (EN:terminator). Dispozitivul respectiv absoarbe energia care rămîne în semnal astfel prevenind reflectarea sau propagarea semnalului în direcția opusă, care poate provoca interferență sau poate duce chiar la degradarea semnalului.
Topologiile BUS sunt cel mai simplu mod de a conecta mai mulți clienți, dar au adesea probleme cînd doi clienți doresc simultan să transmită date pe aceiași magistrală. Astfel sistemele care folosesc arhitectura de rețea de tip magistrală au proiectate niște scheme pentru evitarea coliziunilor de date pe magistrala comună, cel mai des este folosită metoda Carrier Sense Multiple Access care controlează resursele partajate a magistralei comune.
Carrier Sense Multiple Access (CSMA) este un protocol Media Access Control (MAC) în care un nod înainte de a transmite informația pe magistrala comună verifică prezența altui trafic de pe mediul comun de transmisie.
Cele două terminații care fac parte din magistrala comuna de transport sunt oprite în mod normal, cu un dispozitiv care se numește terminală (EN:terminator). Dispozitivul respectiv absoarbe energia care rămîne în semnal astfel prevenind reflectarea sau propagarea semnalului în direcția opusă, care poate provoca interferență sau poate duce chiar la degradarea semnalului.
Topologiile BUS sunt cel mai simplu mod de a conecta mai mulți clienți, dar au adesea probleme cînd doi clienți doresc simultan să transmită date pe aceiași magistrală. Astfel sistemele care folosesc arhitectura de rețea de tip magistrală au proiectate niște scheme pentru evitarea coliziunilor de date pe magistrala comună, cel mai des este folosită metoda Carrier Sense Multiple Access care controlează resursele partajate a magistralei comune.
Carrier Sense Multiple Access (CSMA) este un protocol Media Access Control (MAC) în care un nod înainte de a transmite informația pe magistrala comună verifică prezența altui trafic de pe mediul comun de transmisie.
Avantajele Topologiei BUS
Avantajele- Ușor de implementat și de extins
- Necesită mai puțină lungime de cablu decît rețelele stea
- Sunt bine adaptate pentru rețele temporare și mici care nu necesită viteze mari, în plus se poate ușor de configurat
- Sunt mai puțin costisitoare deoarece se folosește numai un cablu
- Lungimea cablului este limitată și la fel numărul de stații
- Dacă există probleme cu cablul, toată rețeaua se „prăbușește”
- Costurile de întreținere pot fi mari pe o perioadă lungă de timp
- Performanța degradează dacă sunt conectate prea multe calculatore
- Este necesar terminația corectă a semnalului
- Capacitatea de încarcare semnificativă (fiecare tranzacție trebuie să ajungă la destinație)
- Lucrează mai bine cu un număr limitat de noduri
- Este mai lentă decît alte topologii
- Dacă un calculator se defectează atunci toată rețeaua se „prăbușește”
Topologia Star(stea)
Tipul de topologie de rețea în care fiecare din nodurile de rețea este conectat la un nod central, numit hub sau switch. Toate datele care sunt transmise dintre nodurile din rețea este transmis în acest nod central, care apoi sunt retransmise la unele sau la toate celelalte noduri în rețea. Această conexiune centralizată permite o conexiune permanentă chiar dacă un dispozitiv de rețea iese din funcție. Singura amenințare este ieșirea din funcție a nodului central, care duce la pierderea legăturii cu toată rețeaua.
- O performanță sporită: Trecerea pachetelor de date (EN:data packets) prin noduri inutile este prevenită de această topologie. Această topologie după sine induce o mare încărcătură asupra nodului central, cu toate acestea dacă acest nod are capacitatea respectivă, atunci o utilizare intensivă de către un dispozitiv din rețea nu va afecta celelalte dispozitive din rețeaua respectivă.
- Izolarea dispozitivelor: Fiecare dispozitiv este izolat inerent de către legătura (EN:link) care se conectează la nodul central. Acest lucru face izolarea dispozitivelor individuale destul de simplu, și permite deconectarea lui în orice moment de la nodul central. Această procedură de izolare previne orice eșec non-centralizat care va afecta toată rețeaua.
- Primul dezavantaj este dependența sistemului cu privire la funcționarea nodului central. În timpul ce eșecul unei legături individuale duce numai la izolarea unui singur nod, pe cînd defecțiunea nodului central duce la perderea legăturii dintre toate nodurile.
- Scalabilitatea și performanța rețelei tot depind de nodul central. Marimea rețelei este limitată de numărul de conexiuni pe care nodul central poate să le suporte.
- Traficul dintre un nod și nodul central este izolat de celelalte, dar dacă un nod din rețea ocupă o parte semnificativă din capacitatea de procesare a nodului central atunci celelalte noduri pot să se confrunte cu scăderea performanței a rețelei.
Topologia Extended Star (Stea extinsă)
Primul dezavantaj este dependența sistemului cu privire la funcționarea nodului central. În timp ce eșecul unei legături individuale duce numai la izolarea unui singur nod, defecțiunea nodului central duce la pierderea legăturii dintre toate nodurile. Scalabilitatea și performanța rețelei depind de nodul central. Marimea rețelei este limitată de numărul de conexiuni pe care nodul central poate să le suporte. Traficul dintre un nod și nodul central este izolat de celelalte, dar dacă un nod din rețea ocupă o parte semnificativă din capacitatea de procesare a nodului central atunci celelalte noduri pot să se confrunte cu scăderea performanței rețelei.
Topologia Mesh
Topologia mesh reprezintă o rețea care este destinată pentru transportarea datelor, instrucțiunilor și servicii de transport voce prin nodurile de rețea. Datorită acestei topologii putem dispune de conexiuni continue chiar dacă există legături deteriorate sau blocate. Întro rețea mesh dacă toate nodurile sunt interconectate atunci rețeaua se numește complet conectată (EN:fully connected). Rețelele mesh diferă de celelalte rețele, prin faptul că toate părțile componente pot să facă legătură între ele prin „sărituri”, ele în general nu sunt mobile. Rețelele mesh pot fi văzute ca rețele de tip ad-hoc. Rețelele mobile ad hoc (EN:MANET'S – Mobile Ad hoc networks) și rețelele mesh sunt strîns înrudite, dar rețelele MANET mai au totuși să se ocupe de problemele introduse de mobilitatea nodurilor. Rețelele mesh au proprietatea de auto-revindecare: rețeaua poate fi în stare funcțională chiar dacă un nod se defectează sau dacă sunt probleme cu conexiunea. Acest concept se aplică la rețelele fără fir, la rețelele prin cablu și a softului de interacțiune. Rețelele mesh fără fir (EN:wireless) este cea mai frecventă topologie folosită în zilele de azi. Aceste rețele au fost dezvoltate inițial pentru aplicații militare, dar au fost supuse unei evoluții semnificative în ultimii zece ani. Progresul echipamentului de transmisuni de date a permis rețelelor mesh să ofere un larg spectru de servicii cum ar fi client-access, servicii backhaul. Nodurile mesh au devenit mai performante, unele modele pot suporta mai multe cartele radio, fiecare operând la diferite frecvențe.
Exemple
La începutul anului 2007, compania americană MERAKI a lansat un mini mesh router fără fir. Aceasta este un exemplu de rețea mesh fără fir (care suportă viteze de pînă la 50 Mbit/s). Dispozivul Meraki Mini a fost optimizat pentru rețelele fără fir avînd o acoperire de 250 metri. Acesta este un exemplu de rețea mesh cu un singur nod mesh care este utilizat de către o cumunitate în comparație cu rețelele mesh multifuncționale care oferă o infrastructură mai mare. Cele mai mari firme care oferă noduri de rețea mesh avansate sunt BELAIR, STRIX SYSTEMS ȘI MESH DYNAMICS.
Un proiect a Mit Media Lab a produs un laptop XO-1 care este destinat pentru instituții de invățămînt subprivilegiate din țările în curs de dezvoltare care utilizează tehnologia mesh (bazată pe standardul IEEE 802.11) pentru a crea o infrastructură robustă și necostisitoare. Conexiunile instantanee făcute de laptop sunt revindecate de către proiect pentru a reduce necesitatea de infrastructură externă, cum ar fi internetul, pentru a ajunge la toate zonele, pentru că un nod conectat ar putea partaja conexiunea cu alte noduri din apropiere. Un concept similar a fost implementat de către GreenPacket cu aplicația sa Sunbuddy.
În Cambridge, Marea Britanie, pe data de 3 iunie 2006 la evenimentul „Strawbery Fair” a fost utilizată rețeaua mesh pentru a rula servicii de televiziune mobilă, internet și radio la aproximativ 80.000 de persoane.
Campania urbană de rețele fară fir (CUWiN) dezvoltă un proiect de producere a softului de tip open source pentru rețele mesh.
SMesh este o rețea mesh (EN:multi hop) fără fir care utilizează standardul IEEE 802.11 dezvoltată de către Distributed System and Networks Lab la Universitatea John Hopkins (Baltimore, Maryland, SUA). O schemă handoff permite clienților de a utiliza serviciile unei rețele mesh fără întreruperi datorită algoritmului ROAM-a (EN:REAL-TIME OPTIMALLY ADAPTING MESH), o facilitate adecvată pentru aplicații care rulează în timp real, cum ar fi VoIP.
Multe rețele mesh operează pe mai multe benzi radio (EN:radio bands). De exemplu rețelele mesh de tip Fire Tide și Wave Relay au posibilitatea de a comunica între noduri pe frecvența 5.2 GHz sau 5.8 GHz , dar comunicarea de la nod la client se efectuează la frecvența 2.4 GHz (802.11). Acest lucru este realizat de către SDR (Software Defined Radio).
Proiectul SolarMesh a examinat posibilitatea de alimentare energetică a rețelelor mesh (802.11) cu energie solară și baterii reîncarcabile. Puncte de access (802.11) au fost gasite inadecvate din cauza cerințelor de alimentare continuă. IEEE (EN:Institute of Electrical and Electronical Engeneers) a depus foarte mari eforturi pentru standardizarea rețelelor 802.11 cu scopul de a reduce consumul de energie electrică dar rularea aplicațiilor care se alimentaează cu radiația solară vor putea implica numai un nod de rețea unde opțiunea de economisirea a energiei electrice asupra amplificatorului de semnale nu va avea loc.(EN:relay-link).
Un proiect a Mit Media Lab a produs un laptop XO-1 care este destinat pentru instituții de invățămînt subprivilegiate din țările în curs de dezvoltare care utilizează tehnologia mesh (bazată pe standardul IEEE 802.11) pentru a crea o infrastructură robustă și necostisitoare. Conexiunile instantanee făcute de laptop sunt revindecate de către proiect pentru a reduce necesitatea de infrastructură externă, cum ar fi internetul, pentru a ajunge la toate zonele, pentru că un nod conectat ar putea partaja conexiunea cu alte noduri din apropiere. Un concept similar a fost implementat de către GreenPacket cu aplicația sa Sunbuddy.
În Cambridge, Marea Britanie, pe data de 3 iunie 2006 la evenimentul „Strawbery Fair” a fost utilizată rețeaua mesh pentru a rula servicii de televiziune mobilă, internet și radio la aproximativ 80.000 de persoane.
Campania urbană de rețele fară fir (CUWiN) dezvoltă un proiect de producere a softului de tip open source pentru rețele mesh.
SMesh este o rețea mesh (EN:multi hop) fără fir care utilizează standardul IEEE 802.11 dezvoltată de către Distributed System and Networks Lab la Universitatea John Hopkins (Baltimore, Maryland, SUA). O schemă handoff permite clienților de a utiliza serviciile unei rețele mesh fără întreruperi datorită algoritmului ROAM-a (EN:REAL-TIME OPTIMALLY ADAPTING MESH), o facilitate adecvată pentru aplicații care rulează în timp real, cum ar fi VoIP.
Multe rețele mesh operează pe mai multe benzi radio (EN:radio bands). De exemplu rețelele mesh de tip Fire Tide și Wave Relay au posibilitatea de a comunica între noduri pe frecvența 5.2 GHz sau 5.8 GHz , dar comunicarea de la nod la client se efectuează la frecvența 2.4 GHz (802.11). Acest lucru este realizat de către SDR (Software Defined Radio).
Proiectul SolarMesh a examinat posibilitatea de alimentare energetică a rețelelor mesh (802.11) cu energie solară și baterii reîncarcabile. Puncte de access (802.11) au fost gasite inadecvate din cauza cerințelor de alimentare continuă. IEEE (EN:Institute of Electrical and Electronical Engeneers) a depus foarte mari eforturi pentru standardizarea rețelelor 802.11 cu scopul de a reduce consumul de energie electrică dar rularea aplicațiilor care se alimentaează cu radiația solară vor putea implica numai un nod de rețea unde opțiunea de economisirea a energiei electrice asupra amplificatorului de semnale nu va avea loc.(EN:relay-link).
