Topologia delle reti
Dati N punti, il problema della topologia riguarda la ricerca di percorsi che toccano tutti i punti.
Per stimare le caratteristiche di una topologia si prendono in considerazione tre parametri di prestazione:
La crescita del numero di canali per ogni nodo che si aggiunge alla rete,
La complessità della commutazione
La vulnerabilità ai guasti
Topologia totalmente connessa
Ogni nodo è collegato con tutti gli altri.
Se in una rete ci sono N nodi e da ogni nodo partono N-1 cavi diretti ai restanti nodi, in totale si devono stendere N·(N-1) cavi. Ma considerando che in tal modo un cavo viene contato due volte risulta che il numero C di canali esistente in una topologia totalmente connessa è:
Se il numero di nodi N è molto grande, allora il numero 1 si può ritenere trascurabile rispetto a N e la relazione che lega il numero di canali C al numero di nodi N diventa:
Cioè quando N è molto grande, l'aggiunta di un altro nodo comporta l'aaggiunta di un numero di canali proporzionale al quadrato di N.
La commutazione è immediata perchè un nodo si collega direttamente ad un altro nodo.
La vulnerabilità ai guasti è nulla perchè se si interrompe un canale un nodo può trovare un percorso alternativo che gli consente di raggiungere ugualmente il destinatario.
Ma questi ultimi due vantaggi non sono sufficienti a compensare gli elevati costi del numero di canali di una rete con topologia totalmente connessa.
Topologia a maglia
Una rete geografica è realizzata con una topologia a maglia. Questa è ottenuta da una topologia totalmente connessa a cui sono stati tagliati alcuni rami, ad esempio i meno utilizzati oppure i più distanti, ecc. ma garantendo comunque la possibilità di avere sempre un percorso alternativo tra due nodi qualsiasi.
La commutazione si complica perchè quando un nodo non è raggiungibile direttamente bisogna individuare il nodo intermediario.
Si garantisce l'affidabilità della rete (continuità del servizio in caso di interruzione di un canale)
Topologia ad Albero
Tra una qualsiasi coppia di nodi esiste solo un percorso.
Se si aggiunge un altro nodo bisogna aggiungere solo un altro cavo.
La commutazione è semplicissima perchè il percorso da seguire è già determinato.
La rete è vulnerabile ai guasti perchè l'interruzione di un canale divide la rete in due parti isolate.
La topologia ad albero ha il solo difetto di non possedere affidabilità.
Nelle moderne reti i router applicano l'algoritmo di spanning tree per individuare un albero logico su una topologia fisica a maglia.
Con l'algoritmo di spanning tree i dispositivi di rete (switch o router) individuano una topologia ad albero bloccando alcune porte. (cioè il canale c'è ma viene tenuto di riserva).
In questo modo al vantaggio della topologia a maglia (la bassa vulnerabilità ai guasti) si aggiungono i due vantaggi della topologia ad albero:
- per ogni nodo da aggiungere si deve posare un solo cavo,
- tra ogni coppia di nodi esiste un unico percorso possibile (commutazione semplice).
Se si interrompe un canale i router o gli switch sbloccano le porte e cercano un nuovo albero
Topologia a Stella
Tutti i nodi sono collegati ad un nodo detto centro stella.
Il centro stella può essere passivo (come l'HUB) se per ogni pacchetto ricevuto su una porta si limita a ripetere il pacchetto su tutte le altre porte, o attivo (come lo switch) se legge l'intestazione del pacchetto ed emette il pacchetto sulla porta di uscita dove effettivamente si trova il destinatario.
Un HUB crea un traffico inutile sulle linee dove il pacchetto non è destinato, Un Switch invece impegna le linee effettivamente interessate alla comunicazione e quindi isola il traffico locale sui vari segmenti.
Anche la topologia a stella ha un numero di canali che cresce di uno per ogni nodo che si aggiunge.
La commutazione è immediata perchè un nodo consegna un pacchetto al centro stella e dal centro stella si raggiunge qualsiasi destinatario con un percorso diretto.
La vulnerabilità ai guasti è bassa perchè l'interruzione di un canale lascia isolata una sola stazione, ma se si guasta il centro stella la rete non funziona più.
In una rete con centro stella passivo si realizza un tipo di collegamento broadcast
Topologia ad anello
La topologia ad anello è tipica delle reti locali.
Ogni nodo possiede una porta di ricezione e una porta di trasmissione: un cavo esce dalla porta di trasmissione del nodo e entra nella porta di ricezione del nodo adiacente, continuando così fino a formare un anello.
La comunicazione è unidirezionale: il pacchetto circola in una sola direzione.
La vulnerabilità ai guasti è elevata: se si interrompe un canale la rete non funziona.
Anche questa è una topologia poco costosa in termini di numero di cavi per ogni nodo che si aggiunge. La ommutazione è semplice.
Topologia a doppio anello
Lo scopo della topologia a doppio anello è di migliorare l'affidabilità.
Una stazione Possiede due porte di trasmissione e due porte di ricezione. La stazione si collega alla stazione successiva, con la sua linea di trasmissione, e alla stazione precedente, con la sua linea di ricezione. Si formano due anelli: uno trasmette in una direzione e l'altro nella direzione opposta.
Il secondo anello non contribuisce alla trasmissione, il suo scopo è quello di aumentare l'affidabilità, quindi viene usato solo se si interrompe un canale.
Interruzione dell'anello
Una stazione si accorge che un collegamento è interrotto perchè non sente giungere pacchetti da quella linea.
Quindi invia un pacchetto di sollecito alla stazione che la precede e questa entra in una fase di test.
Se risulta che manca realmente la comunicazione tra le due stazioni allora la stazione cortocircuita (bypass) la linea di trasmissione sulla linea di ricezione dell'anello secondario.
In tal modo il pacchetto che giunge sul canale interrotto, tramite il bypass, viene reintrodotto sull'anello secondario e, viaggiando in direzione opposta, raggiunge il destinatario.
Topologia a Bus
La topologia a bus è applicabile nelle reti locali.
Le stazioni sono collegate tutte a un unico mezzo di trasmissione.
Se si guasta il canale la rete smette di funzionare. Cioè la vulnerabilità ai guasti è elevata.
Il canale è uno, e ogni nuova stazione si collega al bus senza aggiungere altri canali.
La commutazione non c'è perchè ogni stazione riceve i pacchetti e scarta quelli a cui non è interessata