Гомогенные и гетерогенные модели топологии узлов и каналов связи

ТКС как объект управления характеризуется топологией физических каналов связи между узловыми компьютерами ТКС.

Топологической моделью (ТМ) глобальной ТКС будем называть граф сетевой конфигурации ТКС, вершинам которого соответствуют компьютеры (или локальные компьютерные сети), а рёбрам – физические каналы связи между ними. Компьютеры (или локальные сети) глобальной ТКС называются узлами сети.

Оптимизация топологических моделей ТКС обычно (из экономических соображений) осуществляется по критерию минимизации суммарной длины физических каналов связи. Однако для повышения надежности ТКС и балансировки трафика (загрузки) отдельных каналов иногда вводятся избыточные (резервные) каналы связи.

В локальных ТКС с небольшим количеством компьютеров топологическая модель обычно гомогенна (однородна) и соответствует одной из типовых сетевых конфигураций: «кольцо», «общая шина», «звезда», «ячеистая» и «полносвязная» [1-4].

Глобальные ТКС создаются на основе соединения удаленных локальных ТКС. Поэтому глобальные ТКС декомпозируются на однородные локальные ТКС, имеющие одну из типовых конфигураций. Топологическая модель таких глобальных ТКС является гетерогенной (смешанной).

На рис. 3.1 представлен пример смешанной (гетерогенной) топологии узлов и физических каналов связи в глобальной ТКС. Эта глобальная модель состоит из локальных моделей с однородной (однотипной) топологией связей:

a – “общая шина“,

b – “звезда”,

c – “кольцо”,

d – “ячеистая”,

e - ”полносвязная“.

Рассмотрим кратко достоинства и недостатки локальных однородных моделей топологии физических связей в глобальной ТКС как объекте управления.

Модель типа “общая шина” является очень распространенной топологией связей в локальных ТКС. Она обеспечивает управляемую передачу информации в обе стороны и очень быстрое обращение ко всем узлам (компьютерам) локальной сети. Однако на каждом такте обращения только один узел может передавать данные в сеть. Поэтому пропускная способность канала (кабеля) связи уменьшается пропорционально числу узлов сети, а его дефекты могут парализовать работу всей сети.

Рис. 3.5. Гетерогенная модель топологии узлов и каналов связи в глобальной ТКС

Модель типа “звезда” централизована и имеет иерархическую структуру. Каждый узел (компьютер) связан с центральным узлом (компьютером) сети, называемым концентратором. Узел-концентратор управляет передачей информации к одному или всем остальным узлам сети. Кроме того, он может играть роль “интеллектуального фильтра” поступающих в сеть информационных потоков и при необходимости (например, по команде администратора сети) блокировать эти потоки. Надежность такой сети определяется работоспособностью концентратора и слабо зависит от дефектов каналов (кабелей) связи. Указанные достоинства топологической модели “звезда” сделали ее самой распространенной моделью организации физических связей как в локальных, так и в глобальных ТКС.

В моделях типа “кольцо” осуществляется управляемая кольцевая передача данных от одного узла (компьютера) к другому, как правило, в одном направлении. Передаваемые данные могут копироваться и использоваться для организации обратных связей с целью контроля доставки данных узлу-адресату или тестирования сети и поиска неисправностей узла (компьютера).

“Полносвязная” модель соответствует ТКС, в которой каждый узел (компьютер) сети связан со всеми остальными. Для соединения каждой пары узлов используется отдельный (собственный) канал связи. Поэтому каждый узел (компьютер) должен иметь по одному порту на каждую линию связи. Это увеличивает производительность, управляемость и пропускную способность ТКС при адресной передаче данных. Однако “полносвязные” ТКС являются очень сложными и дорогостоящими.

“Ячеистая” модель получается из “полносвязной” путем удаления некоторых (например, редко используемых) каналов связи. Эти модели удобно использовать для организации физических связей между теми узлами-компьютерами, для которых характерен интенсивный обмен данными. Для обмена данными между узлами, не имеющими собственных каналов связи, обычно используются транзитные передачи информации через промежуточные узлы сети. “Ячеистая” модель, наряду с иерархической моделью удобны для управляемой передачи данных между большим числом компьютеров и могут широко использоваться в глобальных ТКС нового поколения.

Топологическая модель узлов и физических каналов связи ТКС может отличаться от информационной модели потоков данных между узлами ТКС. Информационная модель определяет маршруты передачи данных между узлами ТКС [1–3, 21]. Поэтому она играет важную роль при описании ТКС как объекта управления потоками данных.

Для глобальных ТКС характерна не только неоднородность физических фрагментов ТКС, т.е. локальных ТКС с различными типами топологий физических связей, но и неоднородность (гетерогенность) информационных потоков. Дело в том, что глобальная ТКС состоит из множества локальных TКC с однородной топологией различного типа. Во многих случаях наиболее интенсивный (около 80%) обмен данными осуществляется между компьютерами локальных (внутренних) ТКС. При этом только небольшое число запросов (около 20%) происходит к информационным ресурсам узловых компьютеров, находящихся вне локальных ТКС. В последние годы в больших ТКС наблюдаются ситуации, когда интенсивность внешних запросов выше интенсивности обмена данными между компьютерами локальной ТКС [1–6].

Для эффективного управления информационными потоками в глобальных ТКС необходимо учитывать не только неопределенность трафика и пропорций его распределения на внутренний и внешний трафик, но и неоднородность и структуру потоков данных [1–3, 20, 69].