Что такое топология сети? Типы, схемы и преимущества

Структура любой сети напрямую влияет на ее функционирование. Рассмотрим метафору транспортной сети (дороги, шоссе, железные дороги). Если какое-либо из этих соединений неожиданно выйдет из строя, возможность доставки еды, одежды и товаров его «конечным пользователям» (его жителям) будет серьезно ограничена.

Точно так же, рассматривая сети в бизнесе, можно с уверенностью сказать, что они чрезвычайно важны.

Системным администраторам нужны инструменты управления сетью, чтобы следить за сетевыми устройствами крупной организации, и топология сети является ценным инструментом для этой цели. Но что это? Как работает топология в сети? Как предприятия могут использовать его для лучшего управления сетью?

Давай выясним!

Сетевые топологии определяют компоновку сетей и относительное размещение потоков трафика. Используя диаграммы топологии сети, администраторы могут эффективно разместить каждый узел для успешной передачи данных.

Архитектура сети существенно влияет на ее способность выполнять предназначенные функции, поддерживать связь и предотвращать сбои. На вопрос «Что такое топология сети?» можно решать с пониманием двух групп в топологии сети.

1. Физическая: топология физической сети относится к соединениям (проводам, кабелям и т. д.) построения сети. Физическая сеть связана с настройкой, обслуживанием и развертыванием.
2. Логическая: логическая топология сети — это всеобъемлющее понимание построения сети, включая то, какие узлы подключены и как данные передаются по сети. Топология логической сети включает физические, виртуальные и облачные компоненты.

Эффективная безопасность Интернета вещей, мониторинг сети и управление ею требуют четкого понимания как физической, так и логической топологии сети, чтобы обеспечить ее эффективность и надежность.

Почему важна топология сети?

На производительность сети существенно влияет ее топология. Правильно выбранная и регулярно поддерживаемая топология сети улучшает такие показатели производительности, как энергоэффективность и скорость передачи данных.

Диаграмма топологии сети — это визуальное представление и интерактивный инструмент для сетевой архитектуры и проектирования. Эти иллюстрации необходимы по нескольким причинам, но, что более важно, они позволяют визуализировать физические и логические макеты, чтобы администраторы могли определять соединения между устройствами при устранении неполадок.

Тип топологии сети зависит от построения сети. Доступны несколько сетевых конфигураций, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки; некоторые из них более оптимальны, чем другие, при определенных условиях.

Типы топологии сети

Построение топологии локальной вычислительной сети (LAN) может создать или разрушить бизнес. Какими бы ни были масштабы и цели вашей сети, вы можете выбирать из различных сетевых топологий, каждая из которых имеет свои преимущества и недостатки.

1. Топология «звезда»

Наиболее распространенной является топология «звезда», в которой каждый узел напрямую связан с одним центральным концентратором через коаксиальный кабель, витую пару или оптоволоконный кабель. Этот центральный узел является сервером. Он управляет передачей данных и работает как повторитель, чтобы свести к минимуму потерю данных. Повторители — это компоненты компьютерной сети, которые восстанавливают или усиливают входящие сигналы перед их повторной передачей.

Плюсы звездообразной топологии. Звездообразные топологии упрощают управление всей сетью из одного места. Это надежная и безопасная конструкция сети, поскольку каждый узел индивидуально подключен к центральному концентратору; если один выходит из строя, остальная часть сети продолжает работать в обычном режиме. Вы также можете добавлять, удалять и изменять устройства, не отключая сеть.

Минусы звездообразной топологии: если центральный концентратор выйдет из строя, остальная сеть перестанет работать. Конфигурации и технические характеристики центрального узла ограничивают пропускную способность и производительность сети в целом. Это делает звездообразные топологии дорогими в настройке и эксплуатации.

2. Кольцевая топология

Узлы в кольцевой топологии располагаются по кругу (или кольцу). Данные могут перемещаться по кольцевой сети в любом направлении, поскольку каждое устройство имеет ровно двух соседей.

Плюсы кольцевой топологии. Кольцевые топологии обычно экономичны и просты в настройке. Сложные двухточечные соединения между узлами упрощают выявление недостатков или неправильных конфигураций. Кроме того, только одна станция в сети может отправлять данные одновременно. Это снижает вероятность коллизий пакетов и делает кольцевые топологии эффективными при безошибочной передаче данных.

Минусы кольцевой топологии: поскольку данные могут перемещаться между узлами в каждом кольце только в одном направлении, если один узел выйдет из строя, потребуется вся сеть. Кроме того, вся сеть должна быть отключена, если вы хотите изменить ее работу или добавить или удалить узлы. И хотя это не конец света, планирование простоя сети может быть трудоемким и дорогостоящим делом.

3. Сетчатая топология

Ячеистая сеть представляет собой сложную структуру, состоящую из двухточечных соединений, в которых встречаются узлы. Ячеистые сети могут быть как полными, так и частичными. В частичной сетке узлы имеют только два или три соединения, в то время как в топологии полной сетки все узлы взаимосвязаны.

Сетчатые топологии выглядят как паутина; у них есть два способа отправки данных: маршрутизация и лавинная рассылка. При маршрутизации данных узлы используют логику для поиска кратчайшего пути от источника к месту назначения. При лавинной передаче данных информация отправляется на все узлы в сети без использования логики маршрутизации.

Плюсы ячеистой топологии: Ячеистые топологии надежны и стабильны. Сеть с меньшей вероятностью выйдет из строя из-за всех соединений узлов. Например, если одно устройство выходит из строя, оно не может вывести из строя всю сеть.

Минусы ячеистой топологии: Ячеистые топологии требуют огромного объема работы. После развертывания для каждой связи между узлами требуется кабель и конфигурация, для настройки которых требуется время. Как и в случае с другими топологиями, затраты на прокладку кабелей быстро растут, и было бы преуменьшением сказать, что ячеистым сетям требуется много кабелей!

4. Топология шины

В шинной топологии все устройства в сети подключаются к одному кабелю, идущему от одного конца сети к другому. Это часто называют «линейной топологией» или «магистральной топологией». Направление потока данных в сети совпадает с направлением кабеля.

Плюсы шинной топологии. Шинные топологии — ценный и недорогой вариант для небольших сетей, поскольку они имеют простую компоновку, которая позволяет всем устройствам подключаться с помощью одного коаксиального кабеля или кабеля RJ45. Если требуется больше узлов, легко добавить дополнительные узлы путем подключения кабелей.

Минусы топологии «звезда»: К сожалению, они менее безопасны, чем другие топологии, потому что используют только один кабель для отправки данных. Если кабель порвется, вся сеть исчезнет. Ремонт может занять много времени и много денег.

5. Топология дерева

Как следует из названия, основной узел служит стволом сети в древовидной топологии, а другие узлы расходятся наружу в виде ветвей. Топология дерева представляет собой комбинацию топологий «шина» и «звезда». Топология дерева представляет собой расположение родитель-потомок с его узлами. Два связанных узла имеют только одно общее соединение, потому что узлы, подключенные к центральному концентратору, линейно связаны с другими узлами.

Глобальные сети часто используют древовидную топологию для размещения множества рассредоточенных устройств.

Плюсы древовидной топологии: сочетание компонентов топологии «звезда» и «шина» позволяет легко добавлять узлы и увеличивать сеть. Также легко выяснить, что не так с сетью, потому что администраторы могут самостоятельно протестировать каждую ветвь на наличие проблем с производительностью.

Минусы древовидной топологии: работоспособность корневого узла влияет на всю сеть в древовидной топологии. Если центральный концентратор выходит из строя, связи между ветвями узла разрываются, но связи между системами ветвей остаются прежними. Кроме того, когда вы добавляете больше узлов в топологию дерева, управление может быстро усложниться, и это будет стоить больших денег. Это связано с тем, что структура сети является иерархической и линейной.

Гибридные сетевые топологии

Гибридные топологии объединяют две или более различных топологических структур. Например, топология дерева сочетает в себе шаблоны шины и звезды. Гибридные архитектуры наиболее популярны в организациях, где каждый отдел имеет топологию сети в соответствии со своими требованиями и потреблением сети.

Основным преимуществом гибридных архитектур является их гибкость, поскольку существует несколько ограничений построения сети, которые гибридная конфигурация не может поддерживать.

Отображение сетевых топологий

Диаграммы топологии полезны, когда вы начинаете проектировать сеть. Они позволяют вам наблюдать за тем, как будет перемещаться информация, позволяя прогнозировать возможные узкие места. Визуальное представление облегчает создание эффективной схемы сети, а также служит полезным ориентиром для устранения неполадок.

Диаграмма топологии расскажет вам о работе вашей собственной сети. Это может помочь вам увидеть, какое оборудование или узлы требуют мониторинга, обновления или замены.

Пример отображения сети и инвентаризации в реальном времени
Источник изображения: Аувик

Этот процесс должен начинаться со списка всех сетевых устройств. В этот список входят маршрутизаторы, брандмауэры и серверы. Затем следует определить топологию сети, что поможет в построении диаграммы топологии сети. Крайне важно убедиться, что устройства расположены в областях, наиболее подходящих для обмена данными, после чего можно провести линии от сетевых устройств. Эти линии представляют собой соединения между узлами сети.

После создания предварительного наброска общих входных данных мы можем использовать инструменты построения диаграмм, чтобы визуализировать их. Шаблон для схемы сети может быть включен в программное обеспечение. Узлы сети могут быть помечены, а линии могут быть закодированы цветом для четкой диаграммы.

Преимущества отображения топологии сети

Четко определенная топология сети упрощает сетевым администраторам планирование, устранение неполадок, укрепление безопасности и распределение сетевых ресурсов.

• Улучшенное планирование. Сетевая топология предлагает полное представление о шаблонах использования для всех сетевых компонентов. Вы можете добавлять или удалять дополнительные активы в зависимости от того, используются ли определенные активы слишком много или слишком мало.
• Наглядность для устранения неполадок: пользователи могут понять свои сети, сопоставив физические и логические сети. Карта физической сети отображает соединения между оборудованием, включая кабели, серверы, стойки и маршрутизаторы. Логическая сеть показывает точки потока данных, такие как коммутаторы, маршрутизаторы, брандмауэры и шлюзы. Это помогает точно определить местонахождение проблемы, помогая пользователям визуализировать физические и логические компоненты их сетевой архитектуры.
• Оптимизация повышения безопасности: отображение сети в режиме реального времени позволяет пользователям обнаруживать ошибочные или подозрительные подключения и блокировать их в сети.

Проблемы сетевого картирования

При всех своих преимуществах разработка и поддержка сетевых карт не так проста, как кажется. Это включает в себя трудоемкую ручную работу, постоянное зондирование сети и регулярные отчеты о состоянии. Компании часто сталкиваются с препятствиями при разработке эффективных карт топологии сети.

• Как последовательно обновлять сетевые изменения. Поскольку большинство сетей являются динамическими, ваша карта сети также должна развиваться вместе с вашей сетью. Только обновленные карты сети полезны по назначению, тогда как устаревшие могут вводить в заблуждение.
• Как получить доступ и получить представление о многих сетевых картах. Сетевые администраторы используют различные карты и методы отображения, чтобы полностью охватить свои сети. Им приходится переключаться между множеством инструментов и решений для создания, проверки и изменения этих карт, что отнимает много времени и неэффективно.
• Как не отставать от новых технологий. Сетевые администраторы должны следить за тем, чтобы их инструменты регулярно обновлялись и исправлялись для поддержки новых технологий и снижения рисков появления новых сетевых уязвимостей, даже при использовании эффективного программного обеспечения для автоматизации сети.

Как выбрать лучшую топологию сети

Ни одна топология сети не идеальна и даже не лучше других. Вы определите наилучшую структуру для своей организации, учитывая требования и масштаб вашей сети. Это основные факторы, которые следует учитывать.

• Длина кабеля: чем больше кабеля используется в топологии сети, тем больше трудозатрат требуется для его прокладки.
• Тип кабеля: выберите кабель в зависимости от требований сети вашей компании, таких как приложения, расстояние передачи и желаемая производительность. Например, стоимость кабелей с витой парой ниже, чем у коаксиальных кабелей, но у первого меньше пропускная способность. Волоконно-оптические кабели работают хорошо и передают данные быстрее, чем витая пара или коаксиальные кабели. Однако их установка обычно намного дороже.
• Затраты: Учитывая, что более сложные сетевые топологии требуют больше времени и ресурсов, важным фактором является стоимость установки.
• Масштабируемость. Использование легко адаптируемой топологии сети на начальном этапе сэкономит вам время и усилия, если вы планируете расширять свою сеть и бизнес.

Инструменты и программное обеспечение для топологии сети

Необходимость вкладывать средства в инструменты управления сетью с функциями визуализации растет по мере того, как к активам компании добавляется все больше и больше сетевых устройств. Доступны различные инструменты, такие как инструменты настройки и администрирования, программное обеспечение для повышения производительности сети и программное обеспечение для картирования сети.

Например, программное обеспечение для настройки сети автоматизирует повторяющиеся действия. Эта технология может автоматически обнаруживать сетевые узлы, выявлять риски и часто способствовать созданию сложных сетевых топологий.

В зависимости от конкретных целей компании найти более простое программное обеспечение может быть непросто, учитывая обилие подобных решений на рынке. Ниже приведен список покупателей, которые ищут первоклассное программное обеспечение для управления сетью.

Ваша сеть — это ваша чистая стоимость

Карты топологии вашей сети должны быть тесно связаны с потребностями вашей сети как компании. Управление конфигурацией, визуальное отображение и общий мониторинг производительности являются важными компонентами управления топологией. Основная цель — понять ваши задачи по правильной разработке и поддержке сетевой архитектуры вашей организации.

Благодаря четко определенной и хорошо спланированной сетевой топологии ваша компания может быстро выявлять и устранять проблемы, повышая эффективность передачи и транспортировки данных.

Хотите узнать больше о топологии сети? Узнайте, как сетевые топологии упрощают управление сетью!