Водопроводная сеть представляет собой совокупность трубопроводов, по которым вода транспортируется потребителям. Основное назначение водопроводной сети - подавать потребителям воду в требуемом количестве, хорошего качества и с необходимым напором. Обычно водопроводная система наряду с подачей воды для хозяйственных нужд обеспечивает ещё и нужды пожаротушения. Проектируют водопроводную сеть с учётом совместной работы насосных станций, водонапорной башни и других элементов системы водоснабжения.
Трассировка водопроводной сети заключается в придании ей определённого геометрического начертания. Она зависит от: конфигурации населённого пункта, расположения улиц, кварталов, общественных и производственных зданий, расположения источника водоснабжения и многих других факторов.
Н.С. - насосная станция
Б - водонапорная башня
Рисунок - Схема начертания кольцевой водопроводной сети
Кольцевую сеть применяют в населённых пунктах близких по очертанию к квадрату или прямоугольнику. В этих сетях трубопроводы образуют один или несколько замкнутых контуров - колец. Благодаря кольцеванию каждый участок получает питание от двух или нескольких линий, что значительно повышает надёжность работы сети и создаёт ряд других преимуществ. Кольцевые сети обеспечивают бесперебойную подачу воды даже при авариях на отдельных участках: при выключении аварийного участка подача воды к другим линиям сети не прекращается. Они меньше подвержены авариям, т.к. в них не возникает сильных гидравлических ударов. При быстром закрытии какого-либо трубопровода поступавшая к нему вода устремляется в другие линии сети и действие гидравлического удара уменьшается. Вода в сети не замерзает, т.к. даже при небольшом водоразборе она циркулирует по всем линиям, неся с собой тепло. Кольцевые сети обычно несколько длиннее тупиковых, но устроены из труб меньшего диаметра. Стоимость кольцевых сетей немного выше тупиковых. Благодаря высокой надёжности они находят широкое применение в водоснабжении. Они полностью отвечают требованиям противопожарного водоснабжения. После того, как выполнен расчёт водопотребления населённого пункта, производится трассировка кольцевой разводящей сети. С этой целью на территории объекта водоснабжения (плане посёлка) вычерчивают трубопроводы, соединяют их концы и начала, образовывая замкнутые контуры-кольца, и подводят воду к крупным объектам. Далее на кольцевой сети намечаются узлы и участки. Каждый участок сети анализируется и замеряется. Все результаты сводятся в таблицу. Следует заметить, что особенностью кольцевых сетей является то, что раздача воды водопотребителям происходит практически на всех её участках, а это значит, что все они являются участками с путевыми расходами. Исключение составляют лишь те участки, где явно нецелесообразно разбирать воду. Это могут быть участки, подводящие воду к крупным водопотребителям (например, бане, больнице, МТФ и пр.).
При кольцевой топологии сети рабочие станции связаны одна с другой по кругу, т.е. рабочая станция 1 с рабочей станцией 2, рабочая станция 3
Кольцевая топология
с рабочей станцией 4 и т.д. Последняя рабочая станция связана с первой. Коммуникационная связь замыкается в кольцо.
Прокладка кабелей от одной рабочей станции до другой может быть довольно сложной и дорогостоящей, особенно если географически рабочие станции расположены далеко от кольца (например, в линию).
Сообщения циркулируют регулярно по кругу. Рабочая станция посылает по определенному конечному адресу информацию, предварительно получив из кольца запрос. Пересылка сообщений является очень эффективной, так как большинство сообщений можно отправлять “в дорогу” по кабельной системе одно за другим. Очень просто можно сделать кольцевой запрос на все станции. Продолжительность передачи информации увеличивается пропорционально количеству рабочих станций, входящих в вычислительную сеть.
Основная проблема при кольцевой топологии заключается в том, что каждая рабочая станция должна активно участвовать в пересылке информации, и в случае выхода из строя хотя бы одной из них вся сеть парализуется. Неисправности в кабельных соединениях локализуются легко.
Подключение новой рабочей станции требует кратко срочного выключения сети, так как во время установки кольцо должно быть разомкнуто. Ограничения на протяженность вычислительной сети не существует, так как оно, в конечном счете, определяется исключительно расстоянием между двумя рабочими станциями.
Структура логической кольцевой цепи
Специальной формой кольцевой топологии является логическая кольцевая сеть. Физически она монтируется как соединение звездных топологий. Отдельные звезды включаются с помощью специальных коммутаторов (англ. Hub -концентратор), которые по-русски также иногда называют “хаб”. В зависимости от числа рабочих станций и длины кабеля между рабочими станциями применяют активные или пассивные концентраторы. Активные концентраторы дополнительно содержат усилитель для подключения от 4 до 16 рабочих станций. Пассивный концентратор является исключительно разветвительным устройством (максимум на три рабочие станции). Управление отдельной рабочей станцией в логической кольцевой сети происходит так же, как и в обычной кольцевой сети. Каждой рабочей станции присваивается соответствующий ей адрес, по которому передается управление (от старшего к младшему и от самого младшего к самому старшему). Разрыв соединения происходит только для нижерасположенного (ближайшего) узла вычислительной сети, так что лишь в редких случаях может нарушаться работа всей сети.
Кольцевая сеть — это сеть которая состоит из двух или более сетевых устройств, которые соединены друг с другом физически или логически, так что они образуют цепочку устройств, причем последнее устройство в цепи подключается к первому устройству. Кольцевая сеть типично спроектирована как топологии одиночного-кольца или двойного-кольца. В разработке также находятся технологии с несколькими кольцами, включающими два или более параллельных кольца.
Сети обычно характеризуются двумя способами: физически и логически. Термин “физическая топология” описывает способ устройства быть физически подключенными вместе, поэтому физическая топология сети кольцо и физические устройства соединены вместе, чтобы сформировать кольцо. Логическое представление топологии связано с потоками информации. В логической перспективе, кольцевая топология сети может иметь устройства физически подключенными вместе, как топология сети звезда, сеть для передачи данных или древовидная сеть, но информация течет от устройства к устройству, как если бы они были связаны в физическом кольце. Например, сеть может быть физически организована как сеть звезда, но информация может передаваться от устройства к устройству, как если бы это была кольцевая сеть.
Одним из основных недостатков одиночной кольцевой сети является то, что разрыв в любом месте кольца может привести к полному сбою потока информации. Для того чтобы помочь предотвратить нарушения этой природы, создают второе параллельное counter-rotating кольцо которое можно добавить и которое посылает информацию в противоположном направлении. Этот тип избыточной сети называется двойной кольцевой сетью. Если одно из колец в двойной кольцевой сети страдает от повреждением, информация всё ещё может достигнуть всех устройств с помощью неповрежденного альтернативного пути.
Второй недостаток кольцевых сетей заключается в том, что информация перемещается медленнее, потому что данные должны проходить через каждое устройство, когда она пробивается через сеть. Несмотря на это ограничение, кольцевая топология всё ещё существует в волоконно-оптических сетях, таких как волоконно распределенном интерфейсе данных (сети fddi) сетей, синхронных оптических сетях (сонет) и сетях синхронной цифровой иерархии (СЦИ). Когда эти высокоскоростные сети включают физическую двойную кольцевую топологию, они тем самым извлекают выгоду от резервирования, обеспеченного этим типом топологии.
Ring networks впервые стала популярной в 1980-х годах, когда топологии логической кольцевой сети были использованы в технологии token ring. Ограничения, присущие кольцевой сети, наряду с проблемами совместимости между маркерным кольцом и другими протоколами, в значительной степени были заменены новыми транспортными методами передачи данных, такими как локальные сети. Несмотря на то, что Ethernet всё чаще продолжает вытеснять протоколы, используемые в волоконно-оптических кольцевых сетях, использование кольцевой сети и разработка для высокоскоростной передачи данных продолжаются.
Топология сети — это физический и логический способ объединения группы компьютеров в единую сеть. Наиболее распространённая -"шина", "звезда", "кольцо". Каждая из них имеет свои преимущества и недостатки и используется в зависимости от ситуации. Все они так или иначе применяются в построении современных локальных сетей. Давайте рассмотрим их ключевые особенности, узнаем сильные и слабые стороны каждой из них.
Этот вид организации локальной сети предусматривает использование единственного кабеля, при помощи которого объединяются между собой все использующиеся рабочие станции. Каждая из них передаёт сигнал всем компьютерам, подключённым к линии, но принимает данные лишь тот, адрес которого обозначен в пакете. Остальные просто игнорируют полученную информацию.
В топологии "общая шина" обязательно используются терминаторы, которые находятся на концах основного кабеля и глушат сигналы, попадающие к ним, дабы избежать их отражения. Без этих устройств в такой сети неизбежно возникали бы коллизии, из-за которых нормальная работа была бы невозможна. Конечно, коллизии всё равно возникают, но благодаря терминаторам их количество минимально. Если это всё-таки произошло, то станция просто отправляет пакет заново через случайный промежуток времени, определяемый алгоритмом.
Данная организация сети имеет ряд преимуществ перед другими способами. Среди них — низкая стоимость конструкции и простота её создания. Организовать такую локальную сеть достаточно просто, нужно лишь протянуть "общую шину" и подключить к ней компьютеры через специальные разъёмы. Эта топология предполагает малый расход так как используются лишь небольшие его отрезки, соединяющие "шину" с рабочей станцией.
Имеет смысл использовать "общую шину" в небольших офисах или, наоборот, на магистралях, соединяющих несколько сетей вместе. Одно из преимуществ этой топологии в том, что при поломке одной из рабочих станций работоспособность сети не нарушается. Остальные ее участники могут продолжить свою работу как ни в чём не бывало. При подключении нового компьютера нет нужды останавливать работу сети, что также является бесспорным плюсом "общей шины".
Недостатки этой топологии обусловлены теми же причинами, что и её достоинства. Например, соединение всех компьютеров одним кабелем существенно снижает надёжность сети. Обрыв "шины" в любом месте положит конец всей системе. При этом в сетях с такой топологией очень трудно диагностировать неисправность. Ещё один минус "шины" состоит в её низкой производительности. Все данные такой сети проходят по одному кабелю. Это делает невозможным работу на больших скоростях.
Ещё один камень в огород "общей шины" — зависимость скорости работы от количества компьютеров в сети. Так как рабочим станциям приходится общаться по одному каналу связи, то чем больше компьютеров будет подключено к такой сети, тем ниже будет скорость её работы. То есть "общая шина" хорошо подходит для небольшого количества узлов, которым не требуется серьёзный уровень безопасности. Ведь с безопасностью у этого вида топологии также есть проблемы. Дело в том, что каждый клиент в подобной сети имеет доступ к информации остальных компьютеров.
Этот вид организации локальной сети устроен так, что каждый компьютер в нём соединён со следующим, пока цепь не замкнётся, образовав кольцо. Сигнал в такой сети проходит в одну сторону, от одного компьютера к другому, пока не достигнет адресата. Для определения рабочей станции, которая передаёт информацию в данный момент, используется маркер. Компьютеры передают его по очереди до тех пор, пока он не попадёт к узлу, желающему отправить данные. Тогда он отправляет информацию пакетами, один за другим, не дожидаясь подтверждения о доставке. Рабочая станция, получающая данные, в свою очередь, отправляет отчёт о получении пакета. После получения подтверждения о доставке компьютер отправляет маркер дальше по кругу, чтобы кто-то другой смог им воспользоваться. Таким незатейливым образом организована топология сети "кольцо". У такой конструкции есть как достоинства, так и недостатки.
Топологии - в её простоте. Такую сеть очень просто реализовать, и она не требует серьёзных расходов на кабель. Сетевой шнур нужен лишь для прокладки от одного компьютера к другому, дополнительные затраты отсутствуют. Также в "кольце" можно добиться высокой скорости передачи данных, ведь для отправки пакета не нужно дожидаться отчёта о доставке.
Ещё один плюс сетей с подобной организацией — они могут иметь большую протяжённость. При этом нет нужды усиливать сигнал с помощью дополнительного оборудования, так как каждая рабочая станция обновляет и восстанавливает данные сама. Но за простотой и дешевизной этой топологии скрываются недостатки, сделавшие её применение очень ограниченным.
При организации сети такого типа нужно помнить, что её надёжность оставляет желать лучшего. Причина этого в том, что работоспособность ее зависит от каждого компьютера, который в неё входит. То есть, если одна из рабочих станций ломается, то вся сеть прекращает функционировать. Топология "кольцо" также предполагает, что для подключения нового компьютера нужно полностью остановить работу сети, а это очень неудобно как для администратора, так и для пользователей.
Ещё одна причина не использовать эту топологию — низкая производительность при большом количестве рабочих станций. Так как данные постоянно идут по кругу, то каждый новый клиент в сети замедляет её работу. Более того, один старый компьютер способен сделать сеть типа "кольцо" невероятно медленной, независимо от скорости остальных членов кольца. Всё это существенно ограничивает применение этой топологии в современных сетях, но в некоторых случаях её использование оправдано.
Наверное, самая распространённая топология сети — "звезда". "Кольцо", рассмотренное выше, используется гораздо реже, да и "общая шина" тоже. В сети с топологией "звезда" рабочие станции напрямую подключены к концентратору. Этот важный элемент сети может быть как активным, восстанавливающим сигнал, так и пассивным, который просто обеспечивает физическое соединение кабеля. Сервер также подключён к концентратору, как и другие компьютеры, что делает связь между ними предельно простой.
Обычно размер сети с топологией "звезда" ограничен только количеством портов на хабе, но теоретически их не может быть более 1024, хотя трудно представить концентратор с таким количеством портов. Через хаб проходит весь трафик в сети типа "звезда", так что от этого устройства целиком и полностью зависит надёжность и работоспособность всей системы.
Если вам нужно построить быструю и надёжную сеть, то отличный выбор — топология "звезда". "Кольцо" или "общая шина" также могут быть использованы на некоторых участках сети. Плюсы "звезды" - в её надёжности и простоте. К каждой рабочей станции идёт отдельный сетевой кабель, что весьма удобно и практично. Благодаря этому в такой сети очень просто находить и исправлять неполадки, да и её обслуживание отнимает куда меньше времени и нервов. При подключении новых компьютеров к сети типа "звезда" она сохраняет свою работоспособность в отличие от других вариантов построения. Например, топология "кольцо" не может похвастать подобной гибкостью.
Скорость в сети с топологией "звезда" ограничена лишь пропускной способностью кабеля и портов концентратора. Также в такой сети отсутствуют столкновения передаваемой информации. Каждый компьютер передаёт свои данные через отдельный кабель. Если нужна большая сеть, то можно объединить несколько сетей с топологией "звезда". Несмотря на все свои достоинства, этот тип организации сетей имеет и недостатки.
Если в сети с топологией "звезда" сломается концентратор, то она прекратит свою работу. Такая зависимость от одного элемента системы существенно снижает надёжность сети. Ещё одна проблема — дороговизна установки. Для каждой рабочей станции выделен собственный кабель, который требуется провести и закрепить. Так что к цене кабеля можно прибавить стоимость коммуникаций и коробов для него, и получится, что "звезда" обойдётся гораздо дороже, чем, например, топология "кольцо".
Ещё один недостаток топологии "звезда" — максимальная длина кабеля до рабочей станции. Она не должна превышать 100 м, в противном случае сигнал будет ослабевать и искажаться. Следовательно, радиус покрытия такой сети не превышает 200х200 метров. Для дальнейшего расширения нужно будет добавлять в сеть дополнительные концентраторы.
Итак, вы ознакомились со всеми вариантами, но так и не решили, какая вам нужна топология — "шина", "звезда", "кольцо"? Это неудивительно, так как современные сети зачастую требуют комбинирования топологий. Например, несколько серверов могут быть объединены в "общую шину", но от каждого из них будет разветвляться сеть с топологией "звезда". В зависимости от решаемой задачи устройство локальной сети может быть самым разнообразным. Можно встретить такие варианты, в которых каждый компьютер соединён с каждым, хотя это большая редкость. Ещё один интересный вариант — два "кольца", имеющие один общий компьютер.
На предприятиях часто можно встретить разные топологии в рамках одного здания. Вся сеть может быть построена в виде "звезды", но в отдельных кабинетах организована топология "кольцо" или "общая шина". В крупных сетях совмещение разных видов нередко является единственным вариантом решения поставленной задачи. Ведь, в конце концов, неважно, что у вас — "звезда", "кольцо", "шина". Топология сети нужна лишь для решения практических задач. Ваша сеть работает стабильно и решает все возложенные на неё задачи? Тогда неважно, какая топология использовалась при её создании.
Такая топология сети (ее схема приведена на рис. 4.5) широко применяется для построения сетей SDH с использованием первых двух уровней систем передачи SDH (скорости передачи 155,52 и 622,08 Мбит/с) на сети доступа . Основная особенность и достоинство этой топологии – легкость обеспечения системы защиты типа «1+1» благодаря наличию в синхронных мультиплексорах DIM двух пар оптических линейных (агрегатных) портов. Они дают возможность образовать СЛТ в форме двойной кольцевой структуры со встречными цифровыми потоками (на рис. 4.5 они показаны стрелками).
Кольцевая топология обладает рядом свойств, которые позволяют сети самовосстанавливаться, т. е. обеспечивать защиту от некоторых достаточно 226
распространенных типов отказов. Поэтому остановимся на основных свойствах кольцевой топологии сети более подробно.
«Интеллектуальные» возможности DIM позволяют образовать кольцевые самовосстанавливающиеся («самозалечивающиеся») сети двух типов: однонаправленные и двунаправленные .
В сетях первого типа используются два оптических волокна. Каждый передаваемый цифровой поток направляется по кольцевой сети в обоих (противоположных) направлениях, а в пункте приема, как и в случае защиты по схеме «1+1» в топологии сети «точка – точка» (см. рис. 4.2), осуществляется выбор одного из двух принятых сигналов (лучшего по качеству, например, по наименьшему коэффициенту ошибок). Передача цифровых потоков по всем основным участкам СЛТ происходит в одном направлении (например, по часовой стрелке), а по всем резервным – в противоположном. Поэтому такая кольцевая сеть и называется однонаправленной с переключением СЛТ или с закрепленным резервом. Схема прохождения сигналов по основному и резервному участкам СЛТ рассматриваемой кольцевой сети показана на рис. 4.5 .
Двунаправленная кольцевая сеть может быть образована с помощью двух (топология
«сдвоенное кольцо») или четырех (два «сдвоенных кольца») оптических волокон. В двунаправленной кольцевой сети с двумя волокнами передаваемые ЦЛС не дублируются. При работе такой сети цифровые потоки пунктов доступа передаются по кольцу кратчайшим путем во встречных направлениях (отсюда и название «двунаправленное кольцо»). При возникновении отказа на любом участке СЛТ посредством DIM, включенных на концах отказавшего участка, выполняется переключение всего цифрового потока, поступавшего на этот участок, в обратном направлении. Такую конфигурацию сети называют также кольцом с переключением участков или кольцом, защищенным с помощью совместно используемого резерва.
Пример двунаправленной кольцевой сети с двумя ОВ приведен на рис. 4.6 . На нем показаны схемы прохождения сигналов для одного из вариантов соединения пунктов доступа в рабочем (доаварийном) режиме (рис. 4.6, а) и в аварийном режиме при отказе одного из участков СЛТ кольцевой сети, который перечеркнут крестом (рис. 4.6, б). Поврежденный участок СЛТ исключается из схемы кольца, но связь между всеми пунктами доступа на сети сохраняется.
Сравнивая однонаправленную и двунаправленную кольцевые сети с двумя волокнами между собой, следует заметить, что при отказе одного участка можно сохранить полную работоспособность любой из этих сетей. Однако в большинстве случаев двунаправленное кольцо сети оказывается более экономичным, поскольку требует меньшей пропускной способности. Это объясняется тем, что для сигналов, передаваемых на различных пересекающихся участках кольцевой сети, используют одни и те же оптические волокна (как в основном, так и в аварийном режиме работы). В то же время однонаправленное кольцо сети проще в реализации.
Однонаправленные кольцевые сети больше подходят в случае «центростремительного» трафика, в частности, для сетей доступа к ближайшему узлу. Двунаправленные кольца сети предпочтительнее при равномерном трафике, например, для построения цифровых соединительных линий между мощными электронными АТС, или цифровыми коммутационными станциями (ЦКС).
Двунаправленная кольцевая сеть с четырьмя волокнами обеспечивает более высокий уровень отказоустойчивости, чем кольцо сети с двумя оптическими волокнами, однако затраты на построение четырехволоконной кольцевой сети существенно больше. В сетевых структурах с двумя сдвоенными кольцами при отказе на каком-либо участке СЛТ первоначально делается попытка перейти на другую пару оптических волокон в пределах того же (отказавшего) участка. Но если это не удается, то осуществляется реконфигурация кольцевой сети, аналогичная той, что показана на рис. 4.6, б.
Несмотря на высокую стоимость четырехволоконной кольцевой сети, в последнее время она находит все большее применение на высокоскоростных сетях SDH, так как она обеспечивает очень высокую надежность.
Выше рассматривался только случай, когда в аварийном состоянии оказался участок СЛТ кольцевой сети, т. е. оптическое волокно линейного кабеля. Однако в такой сети отказать в работе может и мультиплексор. В этой ситуации резервирование как таковое не используется, а работоспособность сети в целом (на уровне линейных блоков) восстанавливается путем исключения из схемы функционирования поврежденного мультиплексора. Современные системы управления DIM обеспечивают обходной путь, который позволяет пропускать цифровой поток в обход отказавшего мультиплексора в данном пункте кольцевой сети .
