Для описания связей абонентов в сети используется понятие топология, под которой принято считать совокупность элементов и связей между ними, «очищенных» от всех свойств, кроме свойств существования и связности.

Обычно топология задается графом G(A, N), где А - множество вершин графа, т.е. элементов сети (пользователи, узлы, центры коммутации и т. п.), а N − множество его ребер, соответствующих линиям связи. Каждое ребро имеет длину, которая эквивалентна некоторым параметрам его использования, например, ее геометрической длине, пропускной способности, общей загрузке и т.п. в случае, когда учитываются направления ребер задается ориентированный граф (орграф).

Пример геометрического представления орграфа показан на рис. 11.1.

Рисунок 11.1 - Орграф

Существуют три основных вида структур (топологий) сетей передачи данных (СПД).

1. Полносвязная сеть - узлы соединены линиями (каналами) по принципу «каждый с каждым» (рис. 11.2).

Полносвязная топология на практике при большом количестве абонентских терминалов практически не используется из-за необходимости организации значительного числа каналов и низкой эффективности их использования, так как большую часть времени каналы простаивают. Тем не мене следует отметить, что такая сеть проста в управлении, обладает высокой живучестью, своевременностью, пропускной способностью.

2. Древовидная сеть - узлы соединяются между собой минимальным числом линий (каналов) без образования замкнутых путей. Между любыми двумя узлами только один путь (рис. 11.3).

В большинстве случаев сетью управляет узел на самом высоком уровне иерархии. Однако практический интерес, представляет распределенный подход к иерархической сети, при котором в системе подчиненных узлов определяются такие, которые обеспечивают непосредственное управление устройствами, находящимися ниже в иерархии.

Древовидная структура может иметь ряд частных случаев (рис. 11.4):

а) линейная,

б) звездообразная,

в) радиальная,

г) радиально-узловая.

Топология «звезда» - одна из наиболее распространенных. В сетях с такой топологией вся информационная нагрузка исходит из центрального узла, который полностью управляет устройствами, подсоединенными к нему. Центральный узел отвечает за маршрутизацию трафика через себя в другие компоненты. Он также отвечает за локализацию неисправности, которая является относительно простой в звездообразной сети, поскольку решение проблемы обусловлено возможностью локализации линии. Подобно иерархической структуре, звездообразная сеть также подвержена проблемам, связанным с наличием одного центрального узла.

3. Структура типа «сетка» - каждый узел соединен с несколькими ближайшими узлами так, что образуются замкнутые пути (рис. 11.5).

Рисунок 11.5 - Структура сети типа «сетка»

Топология типа «сетка» нашла широкое применение. Ее привлекательность заключается в высокой надежности и относительной устойчивости к перегрузкам. Благодаря множественности путей трафик может быть направлен в обход отказавших или занятых узлов. Это достигается большей сложностью и дороговизной сети.

Частным случаем структуры типа «сетка» является:

а) кольцевая структура (рис. 11.6). При кольцевой топологии в большинстве случаев данные распространяются только в одном направлении, причем только одна станция принимает сигнал, а затем при необходимости передает его следующей станции в кольце.

Кольцевая топология привлекательна, т. к. перегрузки характерные для иерархической и звездообразной конфигураций, здесь достаточно редки. Так же следует отметить простоту организации кольцевой сети. Недостатком является то, что имеется только один канал, соединяющий все компоненты в кольцо. Если отказывает канал между двумя узлами, наступает отказ всей сети.

б) многоточечное подключение типа «общая шина» - все абонентские терминалы подключаются к одному каналу связи. При этом канал связи используется поочередно одной из пар абонентских терминалов для обмена информацией между собой (рис. 11.7).

Данная структура нашла широкое распространение в локальных сетях. Это обусловлено относительно простым для управления трафиком, поскольку шина допускает, чтобы каждое сообщение принималось всеми станциями (одна единственная станция работает в широковещательном режиме на несколько станций).

Рассмотрим различные типовые архитектуры канального уровня OSI соответствующие основным видам топологий.