Wszystkie zagadnienia: Teoria
podstawowy siecitopologiematura podstawowa z informatyki

Topologie sieci lokalnych

Magistrala, pierścień, gwiazda i siatka – układ kabli, skutek awarii, ile przewodów trzeba przy n komputerach i czym topologia fizyczna różni się od logicznej.

01

Opis

Topologia opisuje sposób połączenia urządzeń w sieci. Wybór układu decyduje o kosztach okablowania, odporności na awarie i łatwości rozbudowy.

W magistrali wszystkie komputery podłączone są do jednego wspólnego kabla. Układ jest tani, ale ma poważną wadę: przerwanie kabla unieruchamia całą sieć, a dane wysyłane przez jeden komputer blokują medium dla pozostałych.

W pierścieniu każde urządzenie łączy się z dwoma sąsiadami, tworząc zamknięty obieg. Dane krążą w jednym kierunku. Awaria jednego węzła również potrafi przerwać całość.

W gwieździe wszystkie urządzenia podłączone są do centralnego punktu, dziś zwykle switcha. Awaria jednego kabla odcina tylko jeden komputer – i właśnie dlatego ta topologia zdominowała sieci lokalne. Jej słaby punkt to urządzenie centralne.

Siatka łączy urządzenia wieloma trasami naraz. Jest najbardziej odporna na awarie, ale kosztowna – używa się jej w sieciach szkieletowych, nie w biurach.

Spotyka się też układy mieszane. Drzewo to kilka gwiazd podpiętych do wspólnego węzła nadrzędnego, czyli hybryda gwiazdy i magistrali – tak wygląda okablowanie typowej szkoły, gdzie każda pracownia ma własny switch. Sieć bezprzewodowa jest z tego punktu widzenia gwiazdą, w której rolę centrum pełni punkt dostępowy.

Cztery zasady, które porządkują całą resztę:

  • Topologia fizyczna to układ kabli, logiczna to droga danych. Sieć okablowana w gwiazdę potrafi zachowywać się logicznie jak magistrala – tak działał stary koncentrator, który powtarzał każdy odebrany sygnał na wszystkie pozostałe porty. Sprzęt stojący w środku gwiazdy opisuje hasło urządzenia sieciowe.
  • Liczba przewodów rośnie w każdym układzie inaczej. Gwiazda i pierścień potrzebują tylu kabli, ile jest komputerów. Magistrala – jednego wspólnego kabla z odgałęzieniami. Pełna siatka – n(n−1)/2 połączeń, czyli 6 przy czterech komputerach, 28 przy ośmiu i 45 przy dziesięciu.
  • Awaria uderza tam, gdzie jest element wspólny. W magistrali wspólny jest kabel, w gwieździe urządzenie centralne, w pierścieniu praktycznie każdy węzeł. Siatka wspólnego elementu nie ma i dlatego przeżywa najwięcej.
  • Topologia nie mówi nic o medium ani o rolach komputerów. Ten sam układ da się zbudować na skrętce, światłowodzie i falach radiowych – patrz technologie przesyłania danych – a podział na klientów i serwery to osobna, logiczna sprawa opisana w haśle model klient-serwer.
02

Tabela

Skutek awarii i rozbudowy w każdej topologii
ZdarzenieMagistralaPierścieńGwiazdaSiatka
Przerwanie jednego kablacała sieć przestaje działaćobieg zostaje przerwany, sieć milknieodpada jeden komputerruch idzie inną trasą
Awaria urządzenia centralnegonie ma takiego urządzenianie ma takiego urządzeniacała sieć przestaje działaćnie ma takiego urządzenia
Awaria jednego komputerareszta pracuje dalejw prostym pierścieniu zatrzymuje obiegreszta pracuje dalejreszta pracuje dalej
Dołożenie komputerawpięcie w kabel, chwilowa przerwa dla wszystkichtrzeba rozciąć obiegkabel do wolnego portu, bez przerwykabel do każdego istniejącego węzła
Dwa komputery nadają jednocześniekolizja, obie transmisje trzeba powtórzyćkolizji nie ma, nadaje ten, kto ma prawo głosukolizji nie ma, switch rozdziela ruch na portykolizji nie ma, każda para ma własną trasę
Liczba kabli przy 10 komputerach1 wspólny plus 10 odgałęzień101045
Porty potrzebne na urządzeniu centralnym przy 10 komputerachbrak takiego urządzeniabrak takiego urządzenia10brak takiego urządzenia
Karty sieciowe potrzebne w jednym komputerze przy 10 komputerach1219
Koszt okablowania przy 10 komputerachnajniższyniskiśredninajwyższy
Gdzie spotykana dzisiajpraktycznie nigdzie, układ historycznyrzadko, głównie w sieciach szkieletowychstandard w sieciach lokalnychszkielet internetu i sieci Wi-Fi mesh
03

Porównanie

CechaMagistralaPierścieńGwiazdaSiatka
Nazwa angielskabusringstarmesh
Układ połączeńjeden wspólny kabel z odgałęzieniamizamknięty obieg dwóch sąsiadówkażdy węzeł osobnym kablem do centrumwiele tras między węzłami
Odporność na awarięniskaniskawysokanajwyższa
Koszt okablowanianajniższyniskiśredninajwyższy
Słaby punktwspólny kabelkażdy węzełurządzenie centralnebrak pojedynczego
Liczba kabli przy n komputerach1 wspólny plus n odgałęzieńnnn(n−1)/2
04

Typowe błędy

„Gwiazda nie ma słabego punktu, bo awaria kabla dotyka jednego komputera." To połowa prawdy, za którą traci się punkt. Gwiazda przenosi ryzyko z kabla na urządzenie centralne: kiedy padnie switch, przestaje działać cała sieć, bo każda transmisja przechodzi przez niego. Pytanie „wskaż wadę topologii gwiazdy" ma dokładnie tę odpowiedź, a nie „wysoki koszt okablowania".

Mylenie topologii fizycznej z logiczną. Fizyczna to układ kabli, logiczna to droga, jaką realnie płyną dane. Sieć zbudowana na koncentratorze jest fizycznie gwiazdą, ale logicznie zachowuje się jak magistrala, bo sygnał trafia na wszystkie porty naraz i komputery rywalizują o medium. Zdanie „to gwiazda, więc kolizji nie ma" jest prawdziwe dopiero dla switcha, nie dla każdej gwiazdy.

„Topologią sieci jest LAN, WAN albo MAN." To pułapka z arkusza z 2020 roku. LAN, WAN i MAN dzielą sieci według zasięgu, a nie według sposobu połączenia – ich rozwinięcia mieszkają w słowniku skrótów sieciowych. Sieć LAN może mieć dowolną topologię: to dwa niezależne podziały.

„W pierścieniu dane krążą w obie strony, więc awaria jednego komputera nic nie zmienia." W klasycznym, pojedynczym pierścieniu dane płyną w jedną stronę, a każdy węzeł przekazuje je dalej, więc wypadnięcie jednego z nich przerywa obieg i zatrzymuje całą sieć. Odporność daje dopiero pierścień podwójny z drugim obiegiem biegnącym przeciwnie – to jednak wariant, a nie definicja.

„Siatka jest najlepsza, więc powinno się ją budować w szkole." Odporność siatki kosztuje. Przy 10 komputerach pełna siatka to 45 kabli i 9 kart sieciowych w każdej maszynie, podczas gdy gwiazda potrzebuje 10 kabli i jednego switcha z 10 portami. Dlatego siatki używa się tam, gdzie przerwa jest droższa niż okablowanie – w sieciach szkieletowych operatorów – a nie w pracowni.

05

Zapamiętaj

  • Magistrala: jeden wspólny kabel, jego przerwanie zatrzymuje całą sieć.
  • Pierścień: zamknięty obieg, dane płyną w jedną stronę.
  • Gwiazda: wszystko do centralnego switcha – dziś standard.
  • Siatka: wiele tras naraz, najdroższa i najbardziej odporna.
  • Topologia fizyczna to układ kabli, logiczna to droga danych – gwiazda na koncentratorze działa logicznie jak magistrala.
  • Kable przy n komputerach: gwiazda i pierścień n, magistrala jeden wspólny z odgałęzieniami, pełna siatka n(n−1)/2 – przy 10 komputerach aż 45.
  • Sieć bezprzewodowa to gwiazda z punktem dostępowym w centrum, a trzy topologie „podstawowe" według CKE to magistrala, pierścień i gwiazda.
06

Sprawdź się

Opis pracowni komputerowej w szkole:

ElementStan
Liczba komputerów8
Urządzenie w szafce na ścianieswitch, do którego biegnie osobny kabel od każdego komputera
Zdarzenieuczeń wyrwał wtyczkę kabla ze swojego komputera

Uzupełnij tabelę:

PytanieOdpowiedź
Jaką topologię fizyczną ma ta pracownia?
Ile kabli łączy komputery z urządzeniem centralnym?
Ile portów musi mieć to urządzenie?
Ile komputerów straci połączenie po tym zdarzeniu?
Ile kabli trzeba by położyć, gdyby te 8 komputerów połączyć w pełną siatkę?
A ile kabli w pełnej siatce z 5 komputerów?
W której topologii przerwanie jednego kabla zatrzymuje całą sieć?
W której topologii dane krążą w jednym kierunku?

Awaria, która w tej pracowni odcięłaby wszystkie komputery naraz, to uszkodzenie urządzenia . Sieć bezprzewodowa z jednym punktem dostępowym ma pod względem układu topologię .

07

Najczęściej zadawane pytania

Dlaczego gwiazda wygrała?

Bo awaria jednego kabla dotyka tylko jednego komputera, a rozbudowa sprowadza się do wpięcia kolejnego przewodu. Przy tanich switchach jej koszt przestał mieć znaczenie.

Czym różni się topologia fizyczna od logicznej?

Fizyczna to układ kabli, logiczna to sposób przepływu danych. Sieć może być okablowana w gwiazdę, a logicznie działać jak magistrala.

Czy WiFi ma topologię?

Tak – najczęściej gwiazdę, w której punkt dostępowy pełni rolę centrum. Istnieje też wariant siatkowy, w którym urządzenia przekazują ruch między sobą.

Ile kabli potrzeba w pełnej siatce?

Tyle, ile par komputerów, czyli n(n−1)/2. Dla 4 komputerów to 6 kabli, dla 5 – 10, dla 8 – 28, a dla 10 aż 45. Gwiazda z 10 komputerami wymaga 10 kabli i switcha z 10 portami – stąd wiadomo, dlaczego siatki nie buduje się w biurze.

Co się stanie, gdy w gwieździe padnie switch?

Cała sieć lokalna przestaje działać, bo każda transmisja przechodzi przez urządzenie centralne. Komputery nadal widzą własne pliki, ale nie porozumieją się ze sobą ani z internetem. To jedyna poważna wada gwiazdy i najczęstsza prawidłowa odpowiedź o jej słaby punkt.

Czym jest topologia drzewa?

To układ hybrydowy: kilka gwiazd połączonych przez wspólny węzeł nadrzędny. Tak buduje się większość sieci szkolnych – każda pracownia ma własny switch, a switche schodzą się w urządzeniu głównym. Formalnie to nadal gwiazda, tyle że wielopoziomowa.

Czy magistrala jest jeszcze gdzieś używana?

W sieciach komputerowych praktycznie nie – wyparła ją gwiazda na skrętce. Warto ją jednak znać, bo pojawia się w zadaniach, a jej zasada wspólnego medium wróciła w sieciach bezprzewodowych: wszystkie urządzenia w zasięgu jednego punktu dostępowego dzielą to samo pasmo.

Przećwicz w zadaniach maturalnych

Do tego hasła nie mamy jeszcze przypisanych pojedynczych zadań. Cały spis zadań maturalnych z tego działu jest tutaj:

Zadania z działu: Teoretyczne

↗

Powiązane zagadnienia