Magistrala, pierścień, gwiazda i siatka – układ kabli, skutek awarii, ile przewodów trzeba przy n komputerach i czym topologia fizyczna różni się od logicznej.
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:
| Zdarzenie | Magistrala | Pierścień | Gwiazda | Siatka |
|---|---|---|---|---|
| Przerwanie jednego kabla | cała sieć przestaje działać | obieg zostaje przerwany, sieć milknie | odpada jeden komputer | ruch idzie inną trasą |
| Awaria urządzenia centralnego | nie ma takiego urządzenia | nie ma takiego urządzenia | cała sieć przestaje działać | nie ma takiego urządzenia |
| Awaria jednego komputera | reszta pracuje dalej | w prostym pierścieniu zatrzymuje obieg | reszta pracuje dalej | reszta pracuje dalej |
| Dołożenie komputera | wpięcie w kabel, chwilowa przerwa dla wszystkich | trzeba rozciąć obieg | kabel do wolnego portu, bez przerwy | kabel do każdego istniejącego węzła |
| Dwa komputery nadają jednocześnie | kolizja, obie transmisje trzeba powtórzyć | kolizji nie ma, nadaje ten, kto ma prawo głosu | kolizji nie ma, switch rozdziela ruch na porty | kolizji nie ma, każda para ma własną trasę |
| Liczba kabli przy 10 komputerach | 1 wspólny plus 10 odgałęzień | 10 | 10 | 45 |
| Porty potrzebne na urządzeniu centralnym przy 10 komputerach | brak takiego urządzenia | brak takiego urządzenia | 10 | brak takiego urządzenia |
| Karty sieciowe potrzebne w jednym komputerze przy 10 komputerach | 1 | 2 | 1 | 9 |
| Koszt okablowania przy 10 komputerach | najniższy | niski | średni | najwyższy |
| Gdzie spotykana dzisiaj | praktycznie nigdzie, układ historyczny | rzadko, głównie w sieciach szkieletowych | standard w sieciach lokalnych | szkielet internetu i sieci Wi-Fi mesh |
| Cecha | Magistrala | Pierścień | Gwiazda | Siatka |
|---|---|---|---|---|
| Nazwa angielska | bus | ring | star | mesh |
| Układ połączeń | jeden wspólny kabel z odgałęzieniami | zamknięty obieg dwóch sąsiadów | każdy węzeł osobnym kablem do centrum | wiele tras między węzłami |
| Odporność na awarię | niska | niska | wysoka | najwyższa |
| Koszt okablowania | najniższy | niski | średni | najwyższy |
| Słaby punkt | wspólny kabel | każdy węzeł | urządzenie centralne | brak pojedynczego |
| Liczba kabli przy n komputerach | 1 wspólny plus n odgałęzień | n | n | n(n−1)/2 |
„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.
Opis pracowni komputerowej w szkole:
| Element | Stan |
|---|---|
| Liczba komputerów | 8 |
| Urządzenie w szafce na ścianie | switch, do którego biegnie osobny kabel od każdego komputera |
| Zdarzenie | uczeń wyrwał wtyczkę kabla ze swojego komputera |
Uzupełnij tabelę:
| Pytanie | Odpowiedź |
|---|---|
| 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 .
Bo awaria jednego kabla dotyka tylko jednego komputera, a rozbudowa sprowadza się do wpięcia kolejnego przewodu. Przy tanich switchach jej koszt przestał mieć znaczenie.
Fizyczna to układ kabli, logiczna to sposób przepływu danych. Sieć może być okablowana w gwiazdę, a logicznie działać jak magistrala.
Tak – najczęściej gwiazdę, w której punkt dostępowy pełni rolę centrum. Istnieje też wariant siatkowy, w którym urządzenia przekazują ruch między sobą.
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.
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.
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.
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.
Do tego hasła nie mamy jeszcze przypisanych pojedynczych zadań. Cały spis zadań maturalnych z tego działu jest tutaj:
Zagadnienia z tego samego obszaru matury – warto je powtórzyć razem: