27. Jak pracuje topologie sítě

Základním úkolem sítě LAN (local area network, místní, lokální síť) je fyzicky vzájemně propojit několik osobních počítačů a často je spojit i se sálovým počítačem nebo minipočítačem. Spojení se provádí pomocí řady prostředků - kroucené vodiče, vláknová optika, telefonní linky a dokonce infračervené světlo a radiové signály.

Pro logické spojení počítačů existuje téměř tolik způsobů jako pro spojení fyzické. Každá konfigurace sítě - neboli topologie - musí provádět jedny a tytéž úkoly. Nejobvyklejší situace, se kterou se síť setkává, je přenášení zprávy z jednoho počítače na druhý. Touto zprávou může být dotaz na data, odpověď na datový požadavek jiného počítače nebo povel pro spuštění programu uloženého v síti. Data nebo program, které zpráva požaduje, mohou být uložena na osobním počítači používaném spolupracovníkem v síti nebo na datovém serveru.

Datový server je obvykle vysoce výkonný osobní počítač s velkým pevným diskem, který není výlučně využíván žádným účastníkem sítě. Existuje pouze proto, aby sloužil všem ostatním počítačům napojeným do sítě jako společné místo pro ukládání dat, ke kterým je přístup tak rychlý, jak je to jen možné. Síť může podobně obsahovat tiskové servery, který každý z uživatelů LAN může použít pro tisk.

Síť musí od jednotlivých počítačů připojených do sítě, neboli uzlů, přijímat požadavky na přístup k ní a síť musí umět zpracovat současně vznikající požadavky na její služby. Když počítač jednou služby sítě má, potřebuje síť metodu, jak zaslat zprávu z jednoho uzlu do druhého tak, že půjde jenom do uvažovaného cílového uzlu a nebude vyrušovat uzly, které se tohoto přenosu neúčastní. A to všechno síť musí udělat tak rychle, jak je to možné a tak rovnoměrně, jak je to možné nabízet svoje služby všemu uzlům LAN. Tři síťové topologie - sběrnice, kruh s rámcem a hvězda - platí za nejpoužívanější konfigurace LAN. Ukážeme si, jak tyto tři topologie řeší požadavky na služby a konflikty.

Sběrnicová síť
1. Všechny uzly na sběrnicové síti jsou k LAN připojeny jako větve na společném vedení. Každý uzel má jednoznačnou adresu. Síťová karta instalovaná v uzlu, kterým může být buď další osobní počítač, datový server nebo tiskový server naslouchá, zda se po síti neposílají nějaké signály. Pokud ne, pošle pomocí vysílače zprávu do jiného zařízení. Každý uzel má svůj vlastní vysílač.
2. Vysílač vysílá zprávu oběma směry, takže se dostane do všech ostatních uzlů v síti. Zpráva obsahuje adresu určení a odesílatele, pakety pro kontrolu chyb a samotná data.
3. Každý uzel na sběrnici zkoumá adresovou informaci obsaženou ve zprávě. Uzly, pro které zpráva není určena, ji ignorují.
4. Pokud uzel objeví ve zprávě svou vlastní adresu, přečte data, ověří, zda v nich nejsou chyby a zašle potvrzení odesílateli na adresu, která byla součástí zprávy.
5. Vyšlou-li dva uzly zprávu současně, dojde ke kolizi těchto dvou zpráv, při které vznikne typická elektrická interference, jež se šíří po celé síti a je odhalena oběma vysílači.
6. První z vysílačů, který kolizi objeví, vyšle zvláštní signál, jenž celou síť zahluší - ostatní uzly tak ví, že je síť blokována. Přenosy ze všech uzlů jsou zastaveny a každý z uzlů čeká náhodně dlouhý časový interval, než se pokusí svou zprávu znovu vyslat.
Kruhová síť s rámcem (Token Ring)
1. Všechny uzly v síti s kruhovým rámcem jsou spojeny do jednoho obvodu, který má podobu uzavřené smyčky. Rámec, který se skládá ze zprávy pro všeobecné nulování, pravidelně obíhá smyčkou adaptérové karty sítě ho čtou pokaždé, když míjí jejich uzel.
2. Uzel, který chce vyslat zprávu, se chopí kolemjdoucího rámce, změní jeho binární kód tak, že je nyní označen jako používaný a vloží do něj zprávu současně s adresou příjemce, kterému je určena a kontrolním kódem. V síti může v jednom okamžiku obíhat nejvýš jedna zpráva.
3. Elektrický odpor, který je přítomen v každém obvodu, by mohl rámec postupně zeslabovat až zničit, proto je v každém uzlu zabudován opakovač, který celou zprávu obnoví a uchová tak původní sílu a celistvost dat.
4. Každý uzel prohledává kolemjdoucí rámec, aby se podíval, zda v něm není jeho adresa. Uzel, pro nějž je zpráva určena si vytvoří její kopii a pak pokračuje v jejím odesílání po kruhu.
5. Zpráva se nakonec vrátí do původního uzlu, který zprávu vyjme a rámec vrátí do původního stavu se signálem pro všeobecné nulování.
Hvězdicová síť
1. Uzly v síti s hvězdicovou konfigurací jsou připojeny na oddělená vedení, z nichž všechna vedou do téže ústřední stanice. Ústřední stanice je vybavena přepínači, které spojují každý uzel s každým.
2. Uzel odešle do ústřední stanice zprávu, která obsahuje adresu přijímacího uzlu, vlastní data a kontrolní kódy. V jeden okamžik může zprávu odesílat více než jeden uzel.
3. Přepínací stanice pravidelně vyvolává každý připojený uzel. Při otevírání a zavírání přepínačů stanice zajišťuje, aby nedošlo ke kolizi zpráv.
4. Aby si žádný z uzlů nemohl síť monopolizovat, dovoluje přepínací stanice průchod vždy jen malé části jedné zprávy. Další zprávy zatím čekají až se k nim stanice opět vrátí.