Під топологією (компонуванням, конфігурацією, структурою) комп’ютерної мережі звичайно розуміється фізичне розташування комп’ютерів мережі друг щодо друга й спосіб з’єднання їхніми лініями зв’язку. Важливо відзначити, що поняття топології ставиться, насамперед, до локальних мереж, у яких структуру зв’язків можна легко простежити. У глобальних мережах структура зв’язків звичайно схована від користувачів не занадто важлива, тому що кожний сеанс зв’язку може виконуватися по своєму власному шляху.

Топологія визначає вимоги до устаткування, тип використовуваного кабелю, можливі й найбільш зручні методи керування обміном, надійність роботи, можливості розширення мережі.

Існує три основних топології мережі:

шина (bus), при якій всі комп’ютери паралельно підключаються до однієї лінії зв’язку й інформація від кожного комп’ютера одночасно передається всім іншим комп’ютерам (рис. 1);
зірка (star), при якій до одного центрального комп’ютера приєднуються інші периферійні комп’ютери, причому кожний з них використовує свою окрему лінію зв’язку (рис. 2);
кільце (ring), при якій кожний комп’ютер передає інформацію завжди тільки одному комп’ютеру, наступному в ланцюжку, а одержує інформацію тільки від попереднього комп’ютера в ланцюжку, і цей ланцюжок замкнутий в «кільце» (рис.3).

Рис. 1. Мережна топологія «шина»

Рис. 2. Мережна топологія «зірка»

Рис. 3. Мережна топологія «кільце»

На практиці нерідко використовують і комбінації базових топологій, але більшість мереж орієнтовані саме на ці три. Розглянемо тепер коротко особливості перерахованих мережних топологій.

Топологія шина (bus)

«Шина» — топологія комп'ютерної мережі, яку часто називають також «лінійною шиною» (linear bus). У ній використовується один кабель, що іменується магістраллю або сегментом, до якого підключені всі комп'ютери мережі. Дана топологія є найбільш простою і поширеною реалізацією мережі.

Топологія шина самою своєю структурою припускає ідентичність мережного устаткування комп'ютерів, а також рівноправність всіх абонентів по доступу до мережі. Комп'ютери в шині можуть передавати інформацію тільки по черзі, тому що лінія зв'язку в цьому випадку єдина. Якщо кілька комп'ютерів будуть передавати інформацію одночасно, вона спотвориться в результаті накладення (конфлікту, колізії). У шині завжди реалізується режим так називаного напівдуплексного (half duplex) обміну (в обох напрямках, але по черзі, а не одночасно).

У топології шина відсутній явно виражений центральний абонент, через який передається вся інформація, це збільшує її надійність (адже при відмові центра перестає функціонувати вся керована їм система). Додавання нових абонентів у шину досить просто й зазвичай можливо навіть під час роботи мережі. У більшості випадків при використанні шини потрібна мінімальна кількість сполучного кабелю в порівнянні з іншими топологіями.

У мережі з топологією «шина» комп'ютери адресують дані конкретному комп'ютеру, передаючи їх по кабелю у вигляді електричних сигналів.

Дані у вигляді електричних сигналів передаються всім комп'ютерам мережі; проте інформацію приймає тільки той комп'ютер, чия адреса відповідає адресі одержувача, зашифрованій в цих сигналах. Причому в кожен момент часу вести передачу може тільки один комп'ютер.

Оскільки дані в мережу передаються лише одним комп'ютером одномоментно, її продуктивність залежить від кількості комп'ютерів, підключених до шини. Чим більше комп'ютерів, тим більше їх число чекає передачі, і тим повільніша мережа. Проте вивести пряму залежність між пропускною спроможністю мережі і кількістю комп'ютерів в ній не можна, оскільки, окрім числа комп'ютерів, на швидкодію мережі впливає безліч інших чинників, наприклад:

тип апаратного забезпечення мережевих комп'ютерів;
частота, з якою комп'ютери передають дані;
тип працюючих мережевих додатків;
тип мережевого кабелю;
відстань між комп'ютерами в мережі.

Шина — пасивна топологія. Це означає, що комп'ютери тільки «прослуховують» дані що передаються по мережі, але не переміщають їх від відправника до одержувача. Тому, якщо який-небудь комп'ютер вийде з ладу, то це не позначиться на роботі мережі. У активних топологіях комп'ютери регенерують сигнали і передають їх далі по мережі.

Електричні сигнали розповсюджуються від одного кінця кабелю до іншого. Якщо не вживати ніякого спеціального заходу, сигнал, досягаючи кінця кабелю, віддзеркалиться і створюватиме перешкоди, не дозволяючи комп'ютерам здійснювати передачу. Тому на кінцях кабелю електричні сигнали необхідно гасити.

Для того, щоб запобігти віддзеркаленню електричних сигналів, на кожному кінці кабелю встановлюють термінатори (terminators), що поглинають ці сигнали. Будь-який кінець мережевого кабелю повинен бути до чого-небудь підключений: до комп'ютера або до баррел-конектора (його використовують для збільшення довжини кабелю). До будь-якого вільного, тобто ні до чого не підключеного, кінцю кабелю потрібно під'єднувати термінатор.

Порушення цілісності мережевого кабелю відбувається при його розриві або від'єднанні одного з його кінців. Можлива також ситуація, коли на одному або декількох кінцях кабелю відсутні термінатори, що приводить до віддзеркалення електричних сигналів і, як наслідок, до «падіння» мережі. Комп'ютери залишаються повністю працездатними, але до тих пір, поки сегмент розірваний, вони не можуть взаємодіяти один з одним.

Переваги:

Невеликий час установки мережі;
Дешевизна (потрібно менше кабелю і мережевих пристроїв);
Простота настройки;
Вихід з ладу робочої станції не відбивається на роботі мережі.

Недоліки:

Несправності в мережі, такі як обрив кабелю і вихід з ладу термінатора, повністю блокують роботу всієї мережі;
Складна локалізація несправностей;
З додаванням нових робочих станцій падає продуктивність мережі.

Топологія кільце (ring)

Топологія «Кільце» – це топологія, у якій кожний комп’ютер з’єднаний лініями зв’язку тільки із двома іншими: від одного він тільки одержує інформацію, а іншому тільки передає.

Цей вид організації локальної мережі влаштований так, що кожний комп’ютер в ньому з’єднаний з наступним, поки ланцюг не замкнеться, утворивши кільце. Сигнал у такій мережі проходить в одну сторону, від одного комп’ютера до іншого, поки не досягне адресата. Для визначення робочої станції, яка передає інформацію в даний момент, використовується маркер. Комп’ютери передають його по черзі до тих пір, поки він не потрапить до ПК, що бажає відправити дані. Тоді він відправляє інформацію пакетами, один за іншим, не чекаючи підтвердження про доставку. Робоча станція, яка отримує дані, в свою чергу, відправляє звіт про отримання пакета. Після отримання підтвердження про доставку комп’ютер відправляє маркер далі по колу, щоб хтось інший зміг ним скористатися. Таким нехитрим чином організована топологія мережі “кільце”. У такої конструкції є як переваги, так і недоліки.

Іноді топологія «кільце» виконується на основі двох кільцевих ліній зв’язку, що передають інформацію в протилежних напрямках. Мета подібного рішення – збільшення (в ідеалі удвічі) швидкості передачі інформації. До того ж при ушкодженні одного з кабелів мережа може працювати з іншим кабелем (правда, гранична швидкість зменшиться).

Плюси “кільця”

Простота. Перевага цієї топології – в її простоті. Таку мережу дуже просто реалізувати, і вона не вимагає серйозних витрат на кабель. Мережевий шнур потрібен лише для прокладки від одного комп’ютера до іншого, додаткові витрати відсутні. Також в “кільці” можна добитися високої швидкості передачі даних, адже для відправки пакета не потрібно чекати звіту про доставку.
Велика протяжність. Ще один плюс мереж з подібною організацією — вони можуть мати велику протяжність. При цьому немає потреби посилювати сигнал з допомогою додаткового обладнання, так як кожна робоча станція відновлює і відновлює дані сама.

Але за простотою і дешевизною цієї топології ховаються недоліки, які зробили її застосування є дуже обмеженим.

Топологія “кільце”: недоліки

Менша надійність. При організації мережі такого типу потрібно пам’ятати, що її надійність залишає бажати кращого. Причина цього в тому, що її працездатність залежить від кожного комп’ютера, який до неї входить. Тобто, якщо одна з робочих станцій ламається, то вся мережа перестає функціонувати.
Топологія “кільце” також передбачає, що для підключення нового комп’ютера потрібно повністю зупинити роботу мережі, а це дуже незручно як для адміністратора, так і для користувачів.
Ще одна причина не використовувати цю топологію — низька продуктивність при великій кількості робочих станцій. Так як дані постійно йдуть по колу, то кожен новий клієнт в мережі уповільнює її роботу. Більш того, один старий комп’ютер здатний зробити мережу типу “кільце” неймовірно повільною, незалежно від швидкості інших членів кільця. Все це суттєво обмежує застосування цієї топології в сучасних мережах, але в деяких випадках її використання виправдане.

Топологія зірка (star)

Топологія «Зірка» - це топологія з явно виділеним центром, до якого підключаються всі інші абоненти. Весь обмін інформацією йде винятково через центральний комп’ютер, на який у такий спосіб лягає дуже більше навантаження, тому нічим іншим, крім мережі, воно займатися не може. Зрозуміло, що мережне устаткування центрального абонента повинне бути істотно більше складним, чим устаткування периферійних абонентів. Про рівноправність абонентів у цьому випадку говорити не доводиться. Як правило, саме центральний комп’ютер є самим потужним, і саме на нього покладають всі функції по керуванню обміном. Ніякі конфлікти в мережі з топологією «зірка» у принципі неможливі, тому що керування повністю централізоване, конфліктувати нема чому.

Якщо говорити про стійкість зірки до відмов комп’ютерів, то вихід з ладу периферійного комп’ютера ніяк не відбивається на функціонуванні частини мережі, що залишилася, зате будь-яка відмова центрального комп’ютера робить мережу повністю непрацездатною. Тому повинні прийматися спеціальні заходи щодо підвищення надійності центрального комп’ютера і його мережної апаратури. Обрив будь-якого кабелю або коротке замикання в ньому при топології «зірка» порушує обмін тільки з одним комп’ютером, а всі інші комп’ютери можуть нормально продовжувати роботу.

На відміну від шини, у зірці на кожній лінії зв’язку перебувають тільки два абоненти: центральний і один з периферійних. Найчастіше для їхнього з’єднання використовується дві лінії зв’язку, кожна з яких передає інформацію тільки в одному напрямку. Таким чином, на кожній лінії зв’язку є тільки один приймач і один передавач. Все це істотно спрощує мережне встаткування в порівнянні із шиною й рятує від необхідності застосування додаткових зовнішніх термінаторів. Проблема загасання сигналів у лінії зв’язку також вирішується в «зірці» простіше, ніж в «шині», адже кожний приймач завжди одержує сигнал одного рівня. Серйозний недолік топології «зірка» складається у жорсткому обмеженні кількості абонентів. Звичайно центральний абонент може обслуговувати не більше 8-16 периферійних абонентів. Якщо в цих межах підключення нових абонентів досить просто, то при їхньому перевищенні воно просто неможливо. Правда, іноді в зірці передбачається можливість нарощування, тобто підключення замість одного з периферійних абонентів ще одного центрального абонента (у результаті виходить топологія з декількох з’єднаних між собою зірок).

Зірка, показана на мал. 1, зветься активної, або справжньої зірки. Існує також топологія, що називається пасивною зіркою, що тільки зовні схожа на зірку (рис. 2).

Рис. 2. Топологія «пасивна зірка»

У центрі мережі з даною топологією міститься не комп’ютер, а концентратор, або хаб (hub), що виконує ту ж функцію, що й репітер. Він відновлює сигнали, що надходять, й пересилає їх в інші лінії зв’язку. Хоча схема прокладки кабелів подібна справжній або активній зірці, фактично ми маємо справу із шинною топологією, тому що інформація від кожного комп’ютера одночасно передається до всіх інших комп’ютерів, а центрального абонента не існує. Природно, пасивна зірка виходить дорожче звичайної шини, тому що в цьому випадку обов’язково потрібно ще й концентратор. Однак вона надає цілий ряд додаткових можливостей, пов’язаних з перевагами зірки.

Переваги топології Зірка:

Відсутність конфліктів у мережі. Топологія локальних мереж «зірка» вигідно відрізняється від інших повною відсутністю конфліктів в ЛОМ — це досягається за рахунок централізованого управління.
Поломка одного з вузлів або пошкодження кабелю не зробить ніякого впливу на мережу в цілому.
Наявність тільки двох абонентів, основного й периферійного, дозволяє спростити мережеве обладнання.
Скупчення точок підключення в невеликому радіусі спрощує процес контролю мережі, а також дозволяє підвищити її безпеку шляхом обмеження доступу сторонніх.

Недоліки топології Зірка:

Недостатня надійність мережі, з-за проблем з роз’ємами кабелю.
Маленька продуктивність, обумовлена поділом каналу між усіма абонентами.
Складність управління і виявлення несправностей за рахунок паралельно включених адаптерів.
Довжина лінії зв’язку обмежена, тому ці види топології локальної мережі застосовують тільки для невеликої кількості комп’ютерів.