Topología de redes informáticas. Clasificación de redes informáticas por topología.
Bajo topología (diseño, configuración, estructura) de una red informática generalmente se refiere a la disposición física de las computadoras de la red entre sí y la forma en que están conectadas mediante líneas de comunicación. Es importante señalar que el concepto de topología se refiere principalmente a redes locales, en las que se puede rastrear fácilmente la estructura de las conexiones. En las redes globales, la estructura de las conexiones suele estar oculta a los usuarios y no es muy importante, ya que cada sesión de comunicación se puede realizar por su propio camino. La topología determina los requisitos del equipo, el tipo de cable utilizado, los métodos permisibles y más convenientes para gestionar el intercambio, la confiabilidad del funcionamiento y las posibilidades de expansión de la red.
Existen diferentes topologías de red (Fig. 8.1): “bus común”, “estrella” y “anillo”, etc.
autobús común
Con la topología de "bus común", todas las computadoras están conectadas en paralelo a una línea de comunicación (bus), que suele ser un cable coaxial o una señal de radiofrecuencia electromagnética (Fig. 8.1, a). La información de cada computadora se transmite simultáneamente a todas las demás computadoras. Las principales ventajas de este esquema son el bajo costo y la facilidad de expansión, es decir. unir nuevos nodos a la red.
La desventaja más grave del “bus común” es su falta de fiabilidad: cualquier defecto en el cable o en cualquiera de los numerosos conectores paraliza por completo toda la red. Otra desventaja del "bus común" es el bajo rendimiento, ya que con este método de conexión solo una computadora puede transmitir datos a través de la red a la vez, por lo que el ancho de banda del canal de comunicación siempre se divide entre todos los nodos de la red.
Arroz. 8.1. Tipos de topología de red: a – bus común; b – estrella; c – anillo;
g – mixto; d – completamente conectado; e – parecido a un árbol
En la topología en "estrella" (Fig. 8.1, b), el dispositivo central de código (computadora, concentrador o concentrador) está conectado a otras computadoras periféricas, cada una de ellas mediante una línea de comunicación separada. La información desde una computadora periférica se transmite solo al dispositivo central, y desde la central a uno o más dispositivos periféricos.
Con una topología en “anillo” (Fig.
8.1, c) las computadoras se combinan secuencialmente en un anillo. La transmisión de información en el anillo siempre se realiza en una sola dirección. Cada computadora transmite información solo a la siguiente computadora en la cadena detrás de ella y recibe información solo de la computadora anterior en la cadena.
En redes con configuración en anillo, los datos se transfieren alrededor del anillo de una computadora a otra. La principal ventaja del "anillo" es que, por su naturaleza, tiene la propiedad de conexiones redundantes. De hecho, cualquier par de nodos está conectado aquí de dos maneras: en el sentido de las agujas del reloj y en el sentido contrario a las agujas del reloj. El "anillo" es una configuración muy conveniente para organizar la retroalimentación: los datos, después de haber realizado una revolución completa, regresan al nodo de origen. Por lo tanto, en este caso el remitente puede controlar el proceso de entrega de datos al destinatario. A menudo, esta propiedad de "anillo" se utiliza para probar la conectividad de la red y encontrar un nodo que no esté funcionando correctamente. Al mismo tiempo, en redes con topología de anillo, es necesario tomar medidas especiales para que en caso de falla o desconexión de cualquier estación, no se interrumpa el canal de comunicación entre las estaciones restantes del “anillo”.
Topología mixta
Mientras que las redes pequeñas suelen tener una topología típica de estrella, anillo o bus, las redes grandes suelen tener conexiones aleatorias entre computadoras. En tales redes, es posible distinguir fragmentos (subredes) individuales conectados aleatoriamente que tienen una topología típica, por lo que se denominan redes con topología mixta (Fig. 8.1, d).
Topología completamente conectada
Una topología completamente conectada corresponde a una red en la que cada computadora está conectada directamente mediante un canal de comunicación física dúplex (bidireccional) separado con todas las demás (Fig. 8.1, e). A pesar de su lógica sencillez, esta opción es engorrosa e ineficaz. Las topologías totalmente conectadas rara vez se utilizan en redes grandes, ya que la comunicación norte nodos requeridos norte(norte– 1)/2 líneas físicas de comunicación dúplex, es decir hay una relación cuadrática. Este modelo es bastante teórico, del cual se pueden obtener otras topologías descartando conexiones.
Topología de árbol
Una topología en forma de árbol o jerárquica se obtiene combinando los centros de varias estrellas en un orden jerárquico (Fig. 8.1, f). Esto crea una estructura de árbol con una ruta de transmisión para cada computadora.
El término topología describe la disposición física de computadoras, cables y otros componentes de la red.
Topología es un término estándar utilizado por los profesionales para describir el diseño básico de una red.
Además del término "topología", también se utiliza lo siguiente para describir el diseño físico:
Localizacion fisica;
Disposición;
Diagrama;
La topología de la red determina sus características. En particular, la elección de una topología particular afecta:
composición del equipo de red necesario;
características de los equipos de red;
posibilidades de expansión de la red;
método de gestión de red.
Para compartir recursos o realizar otras tareas de red, las computadoras deben estar conectadas entre sí. Para ello, en la mayoría de los casos se utiliza un cable (con menos frecuencia, redes inalámbricas, equipos de infrarrojos). Sin embargo, no basta con conectar su computadora a un cable que conecte otras computadoras. Los diferentes tipos de cables, combinados con diferentes tarjetas de red, sistemas operativos de red y otros componentes, requieren diferentes diseños de computadora.
Cada topología de red impone una serie de condiciones. Por ejemplo, puede determinar no sólo el tipo de cable, sino también la forma de tenderlo.
Topologías básicas
estrella
anillo
Si las computadoras están conectadas a través de un solo cable, la topología se llama bus. Cuando las computadoras están conectadas a segmentos de cable que se originan en un único punto o concentrador, la topología se denomina topología en estrella. Si el cable al que están conectados los ordenadores está cerrado en anillo, esta topología se denomina anillo.
Neumático.
La topología del bus a menudo se denomina “bus lineal”. Esta topología es una de las topologías más simples y más extendidas. Utiliza un único cable, llamado backbone o segmento, a lo largo del cual se conectan todas las computadoras de la red.
En una red con topología de bus, las computadoras envían datos a una computadora específica transmitiéndolas a través de un cable en forma de señales eléctricas.
Los datos en forma de señales eléctricas se transmiten a todas las computadoras de la red; sin embargo, la información la recibe aquel cuya dirección coincide con la dirección del destinatario cifrada en estas señales. Además, en un momento dado, sólo una computadora puede transmitir.
Dado que los datos se transmiten a la red mediante una sola computadora, su rendimiento depende de la cantidad de computadoras conectadas al bus. Cuantos más hay, más lenta funciona la red. El bus es una topología pasiva. Esto significa que las computadoras sólo “escuchan” los datos transmitidos a través de la red, pero no los transfieren del remitente al destinatario. Por tanto, si uno de los ordenadores falla, no afectará al funcionamiento de los demás. En esta topología, los datos se distribuyen por toda la red, de un extremo al otro del cable. Si no se toma ninguna medida, las señales que lleguen al final del cable se reflejarán y esto no permitirá que otras computadoras transmitan. Por lo tanto, una vez que los datos llegan al destino, las señales eléctricas deben apagarse. Para ello, se instalan terminadores (también llamados enchufes) en cada extremo del cable en una red con topología de bus para absorber señales eléctricas.
Ventajas: la ausencia de equipos activos adicionales (por ejemplo, repetidores) hace que estas redes sean sencillas y económicas.
Diagrama de topología de red local lineal
Sin embargo, la desventaja de una topología lineal son las limitaciones en el tamaño, la funcionalidad y la capacidad de expansión de la red.
Anillo
En una topología en anillo, cada estación de trabajo está conectada a sus dos vecinos más cercanos. Esta relación forma una red local en forma de bucle o anillo. Los datos se transmiten en círculo en una dirección, y cada estación desempeña el papel de un repetidor, que recibe y responde a los paquetes dirigidos a ella y transmite otros paquetes a la siguiente estación de trabajo "inactiva". En la red en anillo original, todos los objetos estaban conectados entre sí. Esta conexión tuvo que cerrarse. A diferencia de la topología de bus pasivo, aquí cada computadora actúa como un repetidor, amplificando las señales y pasándolas a la siguiente computadora. La ventaja de esta topología fue el tiempo de respuesta predecible de la red. Cuantos más dispositivos había en el anillo, más tardaba la red en responder a las solicitudes. Su inconveniente más importante es que si falla al menos un dispositivo, toda la red se niega a funcionar.
Uno de los principios de la transmisión de datos a través de un anillo se llama pasando la ficha. La esencia de esto es esta. El token se transmite secuencialmente, de un ordenador a otro, hasta que lo recibe el que quiere transferir los datos. La computadora emisora modifica el token, coloca la dirección de correo electrónico en los datos y la envía por el anillo.
Esta topología se puede mejorar conectando todos los dispositivos de red a través de centro(Centro dispositivo que conecta otros dispositivos). Visualmente, un anillo "retocado" ya no es físicamente un anillo, pero en dicha red los datos todavía se transmiten en círculo.
En la figura, las líneas continuas indican conexiones físicas y las líneas de puntos indican direcciones de transferencia de datos. Por lo tanto, dicha red tiene una topología de anillo lógica, mientras que físicamente es una estrella.
Estrella
En una topología en estrella, todas las computadoras están conectadas mediante segmentos de cable a un componente central que tiene un concentrador. Las señales de la computadora transmisora viajan a través del concentrador a todos los demás. En las redes en estrella, la gestión del cableado y la configuración de la red está centralizada. Pero también hay una desventaja: como todos los ordenadores están conectados a un punto central, el consumo de cable aumenta considerablemente en redes grandes. Además, si el componente central falla, toda la red quedará interrumpida.
Ventaja: si una computadora se avería o el cable que conecta una computadora falla, entonces solo esa computadora no podrá recibir ni transmitir señales. Esto no afectará a otras computadoras en la red. La velocidad general de la red está limitada únicamente por el ancho de banda del concentrador.
La topología en estrella predomina en las redes locales modernas. Estas redes son bastante flexibles, fácilmente ampliables y relativamente económicas en comparación con redes más complejas en las que los métodos de acceso de los dispositivos a la red son estrictamente fijos. Por lo tanto, las "estrellas" han reemplazado a las topologías lineales y en anillo obsoletas y raramente utilizadas. Además, se convirtieron en un vínculo de transición hacia el último tipo de topología: estrellas marcadas mi.
Un conmutador es un dispositivo de red activo multipuerto. El conmutador "recuerda" las direcciones de hardware (o MAC–MediaAccessControl) de los dispositivos conectados a él y crea rutas temporales desde el remitente al destinatario, a lo largo de las cuales se transmiten los datos. En una red local típica con topología conmutada, existen varias conexiones a un conmutador. Cada puerto y el dispositivo que está conectado a él tiene su propio ancho de banda (velocidad de transferencia de datos).
Los conmutadores pueden mejorar significativamente el rendimiento de la red. Primero, aumentan el ancho de banda total disponible para una red determinada. Por ejemplo, un conmutador de 8 hilos puede tener 8 conexiones independientes, soportando velocidades de hasta 10 Mbit/s cada una. Por tanto, el rendimiento de un dispositivo de este tipo es de 80 Mbit/s. En primer lugar, los conmutadores aumentan el rendimiento de la red al reducir la cantidad de dispositivos que pueden llenar todo el ancho de banda de un solo segmento. Uno de esos segmentos contiene sólo dos dispositivos: el dispositivo de red de la estación de trabajo y el puerto del conmutador. Por lo tanto, sólo dos dispositivos pueden "competir" por un ancho de banda de 10 Mbit/s, y no ocho (cuando se utiliza un concentrador normal de 8 puertos, que no prevé dicha división del ancho de banda en segmentos).
En conclusión, cabe decir que existe una distinción entre la topología de las conexiones físicas (la estructura física de la red) y la topología de las conexiones lógicas (la estructura lógica de la red).
Configuración conexiones fisicas está determinado por las conexiones eléctricas de las computadoras y se puede representar como un gráfico, cuyos nodos son computadoras y equipos de comunicación, y los bordes corresponden a segmentos de cable que conectan pares de nodos.
Conexiones lógicas representan las rutas de los flujos de información a través de la red; se forman configurando adecuadamente los equipos de comunicación.
En algunos casos, las topologías física y lógica son las mismas y otras no.
La red que se muestra en la figura es un ejemplo de falta de coincidencia entre la topología física y lógica. Físicamente, las computadoras están conectadas mediante una topología de bus común. El acceso al bus no se produce mediante un algoritmo de acceso aleatorio, sino transfiriendo un token (token) en un patrón de anillo: de la computadora A a la computadora B, de la computadora B a la computadora C, etc. Aquí, el orden de transferencia de tokens ya no sigue las conexiones físicas, sino que está determinado por la configuración lógica de los adaptadores de red. Nada te impide configurar los adaptadores de red y sus controladores para que los ordenadores formen un anillo en diferente orden, por ejemplo B, A, C... Sin embargo, la estructura física no cambia.
Red inalámbrica.
La frase "entorno inalámbrico" puede ser engañosa porque significa que no hay ningún cable en la red. En realidad, los componentes inalámbricos suelen interactuar con una red que utiliza cable como medio de transmisión. Una red de este tipo con componentes mixtos se denomina híbrida.
Según la tecnología, las redes inalámbricas se pueden dividir en tres tipos:
redes de área local;
redes de área local extendidas;
Redes móviles (ordenadores portátiles).
Métodos de transferencia:
transmisión de radio en un espectro estrecho (transmisión de frecuencia única);
transmisión de radio en el espectro disperso.
radiación infrarroja;
Además de estos métodos de transmisión y recepción de datos, se pueden utilizar redes móviles, conexiones de radio por paquetes, redes celulares y sistemas de transmisión de datos por microondas.
Hoy en día, una red de oficina no se trata sólo de conectar ordenadores entre sí. Es difícil imaginar una oficina moderna sin bases de datos que almacenen tanto los estados financieros de la empresa como la información del personal. En redes grandes, por regla general, para la seguridad de las bases de datos y para aumentar la velocidad de acceso a ellas, se utilizan servidores separados para almacenar las bases de datos. Además, ahora es difícil imaginar una oficina moderna sin acceso a Internet. En la figura se muestra una variante del diagrama de red inalámbrica de la oficina.
Concluyamos: la futura red debe planificarse cuidadosamente. Para ello, debes responder las siguientes preguntas:
¿Por qué necesitas una red?
¿Cuántos usuarios habrá en su red?
¿Qué tan rápido se expandirá la red?
¿Esta red requiere acceso a Internet?
¿Es necesaria una gestión centralizada de los usuarios de la red?
Después de esto, dibuje un diagrama aproximado de la red en papel. No debes olvidarte del coste de la red.
Como hemos establecido, la topología es el factor más importante para mejorar el rendimiento general de la red. Las topologías básicas se pueden utilizar en cualquier combinación. Es importante comprender que las fortalezas y debilidades de cada topología afectan el rendimiento de la red deseado y dependen de las tecnologías existentes. Es necesario lograr un equilibrio entre la ubicación real de la red (por ejemplo, en varios edificios), las posibilidades de uso del cable, el camino de su instalación e incluso su tipo.
La topología (configuración) es una forma de conectar computadoras a una red. El tipo de topología determina el costo, la seguridad, el rendimiento y la confiabilidad de las estaciones de trabajo, para las cuales el tiempo para acceder al servidor de archivos es importante.
El concepto de topología se utiliza ampliamente en la creación de redes. Un enfoque para clasificar las topologías de LAN es distinguir dos clases principales de topologías: de difusión y en serie.
En topologías de transmisión, una PC transmite señales que pueden ser recibidas por otras PC. Estas topologías incluyen topologías: bus común, árbol, estrella.
En topologías en serie, la información se transfiere a una sola PC. Ejemplos de tales topologías son: arbitraria (conexión aleatoria a PC), anillo, cadena.
Al elegir la topología óptima, existen tres objetivos principales:
Proporcionar enrutamiento alternativo y máxima confiabilidad en la transmisión de datos;
Seleccionar la ruta óptima para transmitir bloques de datos;
Proporcionar un tiempo de respuesta aceptable y el ancho de banda requerido.
Al elegir un tipo de red específico, es importante considerar su topología. Las principales topologías de red son: topología de bus (lineal), estrella, anillo y árbol.
Por ejemplo, una configuración de red ArcNet utiliza una topología lineal y en estrella. Las redes Token Ring físicamente parecen una estrella, pero lógicamente sus paquetes se transmiten alrededor del anillo. La transmisión de datos en una red Ethernet se realiza a través de un bus lineal, de modo que todas las estaciones ven la señal al mismo tiempo.
Tipos de topologías
Hay cinco topologías principales (Fig. 3.1): bus común (Bus); anillo (anillo); estrella (estrella); parecido a un árbol (árbol); celular (Malla).
Arroz. 3.1. Tipos de topologías
autobús común
Un bus compartido es un tipo de topología de red en la que las estaciones de trabajo están ubicadas a lo largo de una única sección de cable, llamada segmento. La topología de bus común (Fig. 3.2) implica el uso de un cable al que están conectadas todas las computadoras de la red.
En el caso de la topología Common Bus, el cable es utilizado por todas las estaciones por turno:
Arroz. 3.2. Topología Bus común
1. Al transmitir paquetes de datos, cada computadora los dirige a una computadora específica en la LAN, transmitiéndolos a través del cable de red en forma de señales eléctricas.
2. El paquete en forma de señales eléctricas se transmite a través del "bus" en ambas direcciones a todas las computadoras de la red.
3. Sin embargo, solo recibe información la dirección que coincide con la dirección del destinatario especificada en el encabezado del paquete. Dado que sólo una PC puede transmitir en la red en un momento dado, el rendimiento de la LAN depende de la cantidad de PC conectadas al bus. Cuantos más haya, más datos habrá en espera de transmisión y menor será el rendimiento de la red. Sin embargo, es imposible indicar una relación directa entre el rendimiento de la red y el número de PC, ya que también está influenciado por:
· Características del hardware de la red de PC;
· frecuencia con la que se transmiten los mensajes de PC;
· tipo de aplicaciones de red en ejecución;
· tipo de cable y distancia entre PC de la red.
“Bus” es una topología pasiva. Esto significa que las computadoras sólo "escuchan" los datos transmitidos a través de la red, pero no los transfieren del remitente al destinatario. Por tanto, si uno de los ordenadores falla, no afectará al funcionamiento de toda la red.
4. Los datos en forma de señales eléctricas viajan por la red de un extremo al otro del cable, y cuando llegan al final del cable, se reflejarán y ocuparán el “bus”, lo que impedirá que otras computadoras transmitiendo.
5. Para evitar la reflexión de señales eléctricas, se instalan terminadores (T) en cada extremo del cable, absorbiendo las señales que pasan a través del “bus”.
6. Si la distancia entre las PC es significativa (por ejemplo, 180 m para un cable coaxial delgado), el segmento "bus" puede experimentar una atenuación de la señal eléctrica, lo que puede provocar distorsión o pérdida del paquete de datos transmitido. En este caso, el segmento original debe dividirse en dos instalando un dispositivo adicional entre ellos: un repetidor (repetidor), que amplifica la señal recibida antes de enviarla más.
Los repetidores colocados correctamente a lo largo de la red pueden aumentar la longitud de la red atendida y la distancia entre las computadoras vecinas. Debe recordarse que todos los extremos del cable de red deben estar conectados a algo: a una PC, un terminador o un repetidor.
Una rotura de un cable de red o la desconexión de uno de sus extremos provoca el cese del funcionamiento de la red. La red está cayendo. Las propias redes de PC permanecen en pleno funcionamiento, pero no pueden comunicarse entre sí. Si la LAN está basada en un servidor, donde la mayor parte del software y los recursos de información se almacenan en el servidor, entonces las PC, aunque permanecen operativas, son de poca utilidad para el trabajo práctico.
La topología de bus se utiliza en redes Ethernet, pero rara vez se ve en los últimos años.
Ejemplos de topologías de bus comunes son 10Base-5 (que conecta una PC con un cable coaxial grueso) y 10Base-2 (que conecta una PC con un cable coaxial delgado).
Anillo
Un anillo es una topología LAN en la que cada estación está conectada a otras dos estaciones, formando un anillo (Figura 3.3). Los datos se transfieren de una estación de trabajo a otra en una dirección (a lo largo del anillo). Cada PC funciona como un repetidor, transmitiendo mensajes a la siguiente PC, es decir. Los datos se transfieren de una computadora a otra como en una carrera de relevos. Si una computadora recibe datos destinados a otra computadora, los transmite más a lo largo del anillo; de lo contrario, no se transmiten más. El principal problema de una topología en anillo es que cada estación de trabajo debe participar activamente en la transferencia de información, y si al menos una de ellas falla, toda la red queda paralizada. Conectar una nueva estación de trabajo requiere un cierre de red a corto plazo, porque El anillo debe estar abierto durante la instalación. La topología en anillo tiene un tiempo de respuesta altamente predecible, determinado por la cantidad de estaciones de trabajo.
Arroz. 3.3. Anillo de topología
Rara vez se utiliza la topología de anillo pura. En cambio, la topología en anillo desempeña un papel de transporte en el diseño del método de acceso. El anillo describe una ruta lógica y el paquete se transmite de una estación a otra, completando finalmente un círculo. En las redes Token Ring, el ramal de cable desde el hub central se denomina MAU (Unidad de Acceso Múltiple). La MAU tiene un anillo interior que conecta todas las estaciones conectadas a ella y se utiliza como ruta alternativa cuando el cable de una estación de trabajo se rompe o desconecta. Cuando el cable de la estación de trabajo se conecta a la MAU, simplemente forma una extensión del anillo: las señales viajan a la estación de trabajo y luego regresan al anillo interior.
Estrella
Una estrella es una topología LAN (Figura 3.4) en la que todas las estaciones de trabajo están conectadas a un nodo central (por ejemplo, un concentrador), que establece, mantiene e interrumpe las conexiones entre las estaciones de trabajo. La ventaja de esta topología es la capacidad de excluir simplemente un nodo defectuoso. Sin embargo, si falla el nodo central, falla toda la red.
Arroz. 3.4. Topología de las estrellas
En este caso, cada computadora está conectada a través de un adaptador de red especial con un cable separado al dispositivo unificador. Si es necesario, se pueden combinar varias redes con topología en estrella, lo que da lugar a configuraciones de red ramificadas. En cada punto de derivación se deberán utilizar conectores especiales (distribuidores, repetidores o dispositivos de acceso).
Un ejemplo de topología en estrella es una topología Ethernet con cable de par trenzado 10BASE-T, el centro de la Estrella suele ser el Hub.
La topología en estrella proporciona protección contra roturas de cables. Si el cable de una estación de trabajo está dañado, no provocará que falle todo el segmento de la red. También facilita el diagnóstico de problemas de conectividad, ya que cada estación de trabajo tiene su propio segmento de cable conectado a un concentrador. Para el diagnóstico, basta con encontrar una rotura en el cable que conduce a una estación que no funciona. El resto de la red sigue funcionando con normalidad.
Sin embargo, la topología en estrella también tiene desventajas. En primer lugar, requiere mucho cable. En segundo lugar, los centros son bastante caros. En tercer lugar, los concentradores de cables con una gran cantidad de cable son difíciles de mantener. Sin embargo, en la mayoría de los casos, esta topología utiliza un cable de par trenzado económico. En algunos casos, incluso se pueden utilizar cables telefónicos existentes. Además, para diagnósticos y pruebas, resulta beneficioso reunir todos los extremos de los cables en un solo lugar.
Las características comparativas de las topologías de red básicas se presentan en la Tabla. 3.1.
Tabla 3.1. Características comparativas de las topologías de red básicas.
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Topología |
Ventajas |
Defectos |
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Consumo económico de cable; Medio de transmisión económico y fácil de usar; Simplicidad y confiabilidad; Fácil capacidad de ampliación |
Con volúmenes importantes de tráfico, el rendimiento se reduce; Difícil localización de problemas; La falla de cualquier segmento de cable detendrá toda la red. |
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"Anillo" |
Todas las PC tienen igual acceso; El número de usuarios no afecta el rendimiento. |
El fallo de una PC provoca la caída de toda la red; Es difícil localizar los problemas; Cambiar la configuración de la red requiere detener toda la red |
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"Estrella" |
Es fácil instalar una red o modificarla agregando nuevas PC; Control y gestión centralizados; La falla de una PC o un segmento de cable no afecta el funcionamiento de toda la red |
La falla o el corte de energía del concentrador (conmutador) desactiva toda la red; alto consumo de cables |
Una de las tecnologías importantes de cualquier sistema de monitoreo de red serio es un método para detectar conexiones de elementos de red en la segunda y tercera capa del modelo OSI.
Desde un punto de vista algorítmico, este problema es uno de los más interesantes que encontramos durante el desarrollo de nuestro sistema.
Para describir la topología, es conveniente considerar el modelo OSI de la red como un edificio de varios pisos que se basa en una base: este es el nivel físico, y los pisos forman los niveles del canal y de la red, cada nivel posterior se basa en el edificio y así asegura la integridad y funcionalidad de toda la estructura. La tarea de todo el edificio es proporcionar comunicación entre sus habitantes, es decir, diversas aplicaciones.
Network Manager implementa un algoritmo para encontrar conexiones entre dispositivos heterogéneos que admiten varios protocolos de configuración de topología de red, el protocolo de árbol de expansión (STP, Spanning Tree Protocol), LLDP (Link Layer Discovery Protocol) y CDP (Cisco Discovery Protocol). La arquitectura del sistema de software permite implementar soporte para nuevos protocolos para detectar conexiones tanto en el segundo como en el tercer nivel del modelo OSI, así como cualquier otra conexión lógica entre elementos de la infraestructura de TI.
En la capa de enlace de datos, las conexiones entre dispositivos se denominan conexiones de segundo nivel (o conexiones L2). Se pueden especificar especificando un par de puertos de dos conmutadores conectados directamente, o un conmutador y una estación final, o un conmutador y un enrutador.
Los conmutadores admiten una tabla de reenvío dinámico (AFT, tabla de reenvío de direcciones), que almacena la asignación de la dirección MAC del host al puerto del conmutador. Esta información está disponible a través de tablas dinámicas accesibles a través de SNMP en el BRIDGE-MIB del switch ( dot1dBasePortTable, dot1dTpFdbTabla).
Diremos que un conmutador ve un dispositivo de red determinado en un puerto determinado si su tabla de reenvío dinámico contiene una entrada que especifica reenviar datagramas destinados a este dispositivo de red a través de este puerto.
Para un conmutador que admita la base de datos BRIDGE-MIB, puede leer dot1dBasePortTable, determine la correspondencia entre el número de interfaz y el número de puerto, y las interfaces disponibles están determinadas por la base de datos MIB-II (Tabla siTabla). Esto le permite ver datos sobre conexiones de Nivel 2 y Nivel 3 de manera unificada.
Para almacenar resultados intermedios, Network Manager utiliza una base de datos topológica, que proporciona una interfaz común para trabajar con el gráfico de red y sus especializaciones diseñadas para funcionar en los niveles de red y enlace de datos.
La determinación automática de la topología de la red se divide en dos fases: recopilación de datos y análisis posterior. Los datos de los dispositivos de red se recopilan en una base de datos topológica mediante consultas SNMP a bases de datos de dispositivos de red, y se determinan los tipos de dispositivos y sus interfaces de red.
En la segunda etapa, se analizan los datos disponibles de acuerdo con los protocolos seleccionados para determinar la topología de la red; para implementar los algoritmos se utilizan los artículos 1, 2 y 5 disponibles en Internet.
La dificultad para determinar la topología de una red heterogénea es que las tablas de reenvío de los conmutadores son dinámicas; almacenan un registro de la correspondencia entre la dirección MAC del destino y el puerto correspondiente durante un tiempo limitado determinado en la configuración del dispositivo y, En general, en el momento del estudio, no todos los dispositivos de red intercambiaban datagramas y, como resultado, los enrutadores no pueden tener información completa sobre todos los dispositivos de red disponibles y sus conexiones. Además, en muchas redes corporativas hay conmutadores no administrados y es posible que algunos conmutadores no estén conectados al sistema de monitoreo o que no admitan correctamente las MIB SNMP requeridas. Sin embargo, si hay un dispositivo de red que es visible en todos los conmutadores de la red, entonces utilizando tablas de reenvío incompletas es posible restaurar sin ambigüedades la configuración de la red (3).
La heterogeneidad de la red también afecta la interpretación de los datos recibidos de los conmutadores que están configurados para admitir los protocolos LLDP y CDP, porque para que funcionen correctamente es necesario que todos los dispositivos de red cercanos admitan el protocolo LLDP o CDP. Como resultado, la información obtenida de estos protocolos sólo permite concluir que dos dispositivos de red determinados se ven en ciertos puertos, pero no permite determinarlos directamente como "vecinos" más cercanos.
El algoritmo de búsqueda de topología de red heterogénea implementado en AggreGate Network Manager determina principalmente las conexiones entre conmutadores. La esencia general del algoritmo se puede describir de la siguiente manera:
Considere dos conmutadores "A" y "B" ubicados en la misma subred. Si el conmutador "A" ve el conmutador "B" en el puerto "a" y el conmutador "B" ve el conmutador "A" en el puerto "b" y no hay ningún otro dispositivo de red en sus tablas que sea visible simultáneamente en los puertos "a" y “b”, luego los interruptores “A” y “B” se conectan directamente en el nivel de enlace de datos (ver 1, 3 y 5). Después de encontrar una conexión, eliminamos las interfaces correspondientes a ella del caché de tablas de reenvío y continuamos analizando la información restante en las tablas, encontrando gradualmente otras conexiones por eliminación.
El siguiente paso es determinar las posibles conexiones entre los conmutadores y las estaciones finales. Para hacer esto, se utiliza una búsqueda del conmutador más cercano: si un conmutador ve una estación final en un puerto determinado y ve otro conmutador en el mismo puerto, entonces, en ausencia de concentradores de red, este conmutador no puede ser el más cercano ( ver 4). Por otro lado, si el conmutador en el puerto en estudio ve solo una estación final, entonces este conmutador y esta estación son los vecinos más cercanos en nuestra red.
Con la topología de capa IP (L3), las cosas son mucho más sencillas. Los enlaces de nivel 3 se determinan con bastante facilidad a partir de tablas de enrutamiento ( ipRouteTable), también disponible a través de SNMP.
Al darnos cuenta de que la versatilidad de nuestro producto nos obligará a trabajar con una variedad de tipos de topología en el futuro, diseñamos el componente visual "gráfico de topología" de tal manera que pudiera funcionar con tablas arbitrarias que contienen descripciones de nodos y bordes de el gráfico de topología. Y, como es habitual, una vez que la herramienta estuvo disponible, rápidamente se le encontraron nuevos usos:
- Topología de ruta EIGRP, OSPF, BPG, etc.
- Visualización de rutas en una nube MPLS
- Topología SDH/PDH
- Visualización de conexiones entre hipervisores y máquinas virtuales que se ejecutan en ellos.
- Relaciones padre-hijo agregadas manualmente entre nodos
- Gráfico de dependencia de los componentes de servicios de TI de los elementos de infraestructura.
Todas las tecnologías descritas en este artículo han sido probadas e implementadas en nuestro producto AggreGate Network Manager. El funcionamiento de los algoritmos para determinar las conexiones en condiciones de datos insuficientes (no todos los conmutadores y enrutadores están conectados a través de SNMP, soporte incorrecto para los MIB necesarios, etc.) está lejos de ser trivial, por lo que continuamos mejorándolos hasta el día de hoy.
Clasificación de elementos de red topológica.
Las redes locales constan de dispositivos finales y dispositivos intermedios conectados por un sistema de cables. Definamos algunos conceptos básicos..
Nodos de red(nodos): dispositivos finales y dispositivos intermedios dotados de direcciones de red. Los nodos de red incluyen computadoras con una interfaz de red que actúan como estaciones de trabajo, servidores o ambos; dispositivos periféricos de red (impresoras, trazadores, escáneres); dispositivos de telecomunicaciones de red (grupos de módems, módems compartidos); enrutadores.
segmento de cable- un trozo de cable o una cadena de trozos de cables conectados eléctricamente (ópticamente) entre sí, proporcionando una conexión entre dos o más nodos de red. A veces, en relación con un cable coaxial, este también es el nombre que se le da a una sección de cable terminada con conectores, pero usaremos la interpretación más amplia dada anteriormente.
Segmento de red(o simplemente un segmento) es una colección de nodos de red que utilizan un medio de transmisión común (compartido). En relación a la tecnología Ethernet, se trata de un conjunto de nodos conectados a un segmento de cable coaxial, un hub (repetidor), así como a varios segmentos de cable y/o hubs interconectados por repetidores. En relación con Token Ring, este es un anillo.
Neto(lógico): un conjunto de nodos de red que tienen un sistema unificado de direccionamiento de tercer nivel del modelo OSI. Algunos ejemplos serían la red IPX, la red IP. Cada red tiene su propia dirección; los enrutadores utilizan estas direcciones para transmitir paquetes entre redes. La red se puede dividir en subredes, pero se trata de una división puramente organizativa con direccionamiento al mismo tercer nivel. Una red puede estar formada por muchos segmentos y un mismo segmento puede formar parte de varias redes diferentes.
Nube(nube): una infraestructura de comunicación con interfaces externas homogéneas, cuyos detalles de organización no son de interés. Un ejemplo de nube sería una red telefónica local de larga distancia: en cualquier lugar se puede conectar un teléfono y contactar con cualquier suscriptor.
Según el método de uso de segmentos de cable, se distinguen.:
Conexiones punto a punto(conexión punto a p6int): entre dos (¡y solo dos!) nodos. Para tales conexiones se utilizan principalmente cables eléctricos simétricos (par trenzado) y ópticos.
Conexiones multipunto(conexión multipunto): más de dos nodos están conectados a un segmento de cable. Un medio de transmisión típico es un cable eléctrico no balanceado (también se pueden utilizar cables coaxiales, incluidos los ópticos); La conexión de dispositivos con segmentos de cable uno tras otro se denomina conexión en cadena. Es posible conectar varios dispositivos a un solo trozo de cable mediante el método tap.
Topología
Topología (configuración) es una forma de conectar computadoras a una red. El tipo de topología determina el costo, la seguridad, el rendimiento y la confiabilidad de las estaciones de trabajo, para las cuales el tiempo para acceder al servidor de archivos es importante.
El concepto de topología se utiliza ampliamente en la creación de redes. Uno de los enfoques para clasificar las topologías de LAN es distinguir dos clases principales de topologías. : transmisión Y secuencial.
EN topologías de transmisión La PC transmite señales que pueden ser recibidas por otras PC. Estas topologías incluyen las siguientes topologías: autobús común, árbol, estrella.
EN topologías en serie la información se transmite a una sola PC. Ejemplos de tales topologías son: gratis(conexión aleatoria a PC), anillo, cadena.
Al elegir la topología óptima, existen tres objetivos principales:
Proporcionar enrutamiento alternativo y máxima confiabilidad en la transmisión de datos;
Seleccionar la ruta óptima para transmitir bloques de datos;
Proporcionar un tiempo de respuesta aceptable y el ancho de banda requerido.
Al elegir un tipo de red específico, es importante considerar su topología. Las principales topologías de red son: topología de bus (lineal), estrella, anillo y árbol.
Por ejemplo, una configuración de red ArcNet utiliza una topología lineal y en estrella. Las redes Token Ring físicamente parecen una estrella, pero lógicamente sus paquetes se transmiten alrededor del anillo. La transmisión de datos en una red Ethernet se realiza a través de un bus lineal, de modo que todas las estaciones ven la señal al mismo tiempo.
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