Topologier

av Jörgen Städje den 24 Maj 2016

I nätverkssammanhang är topologin läran om nätets fysiska och logiska uppbyggnad. Ett datornät är till för att förbinda datorer med varandra. Det gäller bara att göra det på effektivast möjliga sätt. Med effektiv menar vi två saker: Data ska ha så kort löptid som möjligt, samtidigt som uppbyggnaden ska vara säker mot fel.

Detta har genomförts på olika sätt under årens gång. Det första verkligt stora nätet som byggdes i Sverige var givetvis det svenska telefonnätet. Det var och är fortfarande konstruerat som ett stjärnnät, med en telefonväxel i mitten och ett antal telefoner ute i periferin med varsin ledning till stjärnans centrum. Någon annan topologi är inte möjlig på lokalplanet eftersom vanliga analoga telefoner är ”dumma” och inte möjliga att koppla på något annat sätt. Det måste gå en ledning till varje telefon. Med datorer förhåller det sig annorlunda.

1200px-Sierpinski_pyramid
Sierpinskitriangeln är en komplex typ av topologi, som kan användas i datornät. Bild: Wikimedia commons CC BY-SA 3.0

Logisk kontra fysisk

Det finns två sorters topologier: logiska och fysiska. Den logiska topologin beskriver hur man tänker sig datatransporten i nätet, medan den fysiska visar hur man faktiskt lagt ut kablarna. Det behöver inte vara samma sak. Ethernet är avsett att byggas upp med busstopologi, och så var också de första ur-näten uppbyggda, men senare kom man på att det var betydligt enklare att bygga upp och felsöka näten om de var utförda som fysiska stjärnor och bara behålla busstoplogin som logisk tankegång.

Större stads- eller landsomspännande datornät tenderar att bli kombinationer av flera nätverkstopologier. Kanske en stjärna av stjärnor som OptoSunet, eller som SUNET C, flera ringnät staplade på varandra. avslutade med stjärnnät i städerna. Inne på universitetsområdena är ringnät som förbinder byggnaderna, och stjärnnät inne i byggnaderna, en gängse metod.

Ethernet är avsett för busstopologi, men med lite trollande kan man få Ethernet att fungera i ringnät också.

Redundans

Redundans går ut på att minska risken för fel genom att ge data flera vägar att nå samma destination. Skulle en väg gå sönder finns den andra kvar. Ett enkelfel är ganska sannolikt, men ett dubbelfel på samma sträcka är betydligt mycket osannolikare. Har data tre vägar att gå och vägarna är fysiskt separerade, är ett fel på grund av trasig ledning nästan otänkbart.

SUNET är konstruerat som två likadana nät lagda ovanpå varandra, eller nästan ovanpå varandra. Ingenstans får ledningarna komma närmare varandra än tio meter. Det betyder att de oftast ligger i varsitt dike längs en motorväg. Det händer då och då att en grävskopa gräver av den ena ledningen, men det är ytterst sällan den tar båda dikena samtidigt. När det ändå hände år 2015, berodde det på att separationen inte var sagda tio meter. Redundanstanken gällde alltså inte.

Bussnät

Bussnätet består av en enda lång sk busskabel som omspänner hela installationen. Den fungerar som ryggrad. Från busskabeln kan man tappa av en förbindelse just där det behövs. Normalt behövs en anpassningslåda till detta, en sk transciever. Från denna går en sk droppkabel till datorn.

topologi-buss

Ett typiskt bussnät är ett kabel-TV-nät som börjar i hyreshusets ena ände och slingrar sig genom hela huset från lägenhet till lägenhet. Går det av på mitten blir halva huset av med TV. Det är bussnätets svaghet. Fördelen är att det går åt minimalt med kabel.

Ur-Ethernet, eller 10Base5 framfördes på vad man kallar ”gul koax”, en styv koaxialkabel med 15 millimeters diameter, som drogs mellan alla arbetsstationer och servrar. Alla var lika mycket ”värda” på busskabeln. Det gick inte åt så mycket kabel, men om en arbetsstation orsakade ett fel på kabeln (kortslutning, impedansfel), upphörde all datakommunikation. Att hitta felet var inte alls enkelt för det var inte uppenbart vem som orsakade kortslutningen. Det andra problemet var att alla belastade en och samma kabel med sin trafik. Kunde man dela belastningen på flera kablar, vore mycket vunnet rent belastningsmässigt. Detta leder oss vidare till…

Stjärnnät

Stjärnnätet är konstruerat med en central datakälla (server) och en enhet som sprider nätet till varje arbetsstation i stjärnformation. Spridaren brukar normalt kallas för switch. Switchen ser till att trafiken från de enskilda arbetsstationerna inte belastar de övriga. Ledningen från switchen till servern måste dock vara desto tjockare, för trafiken försvinner ju inte.

topologi-stjärna

Det gamla telenätet är som sagt ett bra exempel på ett stjärnnät. Var och en får sin egen ledning. Skulle en ledning gå av tystnar bara en enda telefon, och felsökningen blir enkel. Den fysiska topologin blev emellertid annorlunda. När man drar en telekabel från en växel till ett bostadsområde med hundra abonnenter drar man hundra enskilda ledningar i en hundraparskabel och fördelar det i stjärntopologi när man kommit fram till bostadsområdet. Om en grävskopa tar av hundraparskabeln blir hundra abonnenter utan telefon.

Modernt Ethernet i en byggnad är alltid uppbyggt som stjärnnät, med en stjärna per våningsplan. Våningsplanen förbinds med någon annan typ av nät, eller med ett andra stjärnnät.

Ringnät

Ett ringnät är som namnet antyder uppbyggt som en ring, eller helst som flera parallella ringar. Data börjar någonstans i ringen och löper ringen runt tills det träffar på sin destination. Skulle ringen gå av, kan data löpa runt åt andra hållet från källan och ändå nå destinationen. Och om ”ena hållet” är in till staden söderifrån, så är ”andra hållet” ofta in till staden norrifrån. Det betyder stor separation rent fysiskt och så länga grävskopor finns inte.

topologi-ring

Ett ringnät kan byggas upp som en kedja av flera ringar, som möter varandra i flera punkter. I mötespunkterna får destinationen alltså tre förbindelser, vilket gör risken för att destinationen skulle bli helt utan dataförbindelse astronomiskt liten. Det är så SUNET C kommer att byggas upp.

Stamnät

Även om man gärna bygger ett landsomspännande nät i stjärntopologi, så går det inte att utföra strikt helt och hållet. Städer eller regioner måste bindas samman med större och kraftigare stammar, så kallade stamnät eller på engelska backbone. Stamnätet är stort, tjockt och kraftigt och kan ta mycket trafik, men duger inte till att distribuera data i en stad.

topologi-stam

Därför termineras stamnätet i en Point of Presence (POP) utanför en stad, och data sprider sig därifrån genom staden på till exempel ett stjärnnät. En ledare i stjärnnätet kan gå till ett lärosäte och därutinnan sprida sig i flera stjärnor.

Bilden ovan är givetvis överförenklad. Ett vekligt nät består av en blandning av stamnät, ringnät och stjärnnät.

Stora fiberägare, som Tele2 ägnar sig mest åt att bygga stamnät runt vårt långa land, medan mindre fiberägare, som Stokab, ägnar sig åt att bygga ringnät och stjärnnät i städer. Ännu mindre fiberägare, som enskilda företagare, bygger i stort sett bara stjärnnät inuti byggnader. Virtuella fiberägare, som SUNET köper rätten att använda näten.

Fler blogginlägg av Jörgen Städje

Från oss alla, till er alla

14 Dec 2017
/ Bloggen fiberfeber

Så arbetar NOC

13 Nov 2017
/ Bloggen fiberfeber

SUNET i Hongkong

20 Sep 2017
/ Bloggen fiberfeber

SUNETs handbok i informations- och IT-säkerhet

1 Sep 2017
/ Bloggen fiberfeber

Den ökända hästen från Troja

31 Jul 2017
/ Bloggen fiberfeber

Redundans är allt

3 Jul 2017
/ Bloggen fiberfeber

SNIC-snack

2 Jun 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff: del 5 av 2

3 Maj 2017
/ Bloggen fiberfeber

Maria Häll: We are at the Forefront!

13 Apr 2017
/ Bloggen fiberfeber

Maria Häll: Vi ligger i framkant!

10 Apr 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff, del 4 av 2

22 Feb 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff, del 3 av 2

30 Jan 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff! Del 2 av 2

9 Jan 2017
/ Bloggen fiberfeber

We have liftoff! Del 1 av 2

16 Dec 2016
/ Bloggen fiberfeber

Long Read – Cleanliness is a Virtue

20 Sep 2016
/ Bloggen fiberfeber

Långläsning - tvättar bäst som tvättar först

16 Sep 2016
/ Bloggen fiberfeber

Följa fiber – från Tulegatan till Stockholms universitet.

26 Aug 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ericsson, then swänske Lars Magnus

7 Jun 2016
/ Bloggen fiberfeber

Den tunga bakgrundstrafiken

12 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Long read: How to Design a Fibre Optic Network

5 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Welcome to the Fiber Fever Blog!

3 Maj 2016
/ Bloggen fiberfeber

Procuring an Optical Network – Smooth as Silk

2 Maj 2016
/ Blogg

The Breadth and Width of a Megabit

29 Apr 2016
/ Blogg

The Nobel Prized Piece of Glass

28 Apr 2016
/ Blogg

What’s the time? Really?

28 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (3) – molnsäkerhet

26 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (2) – vad är molnet egentligen?

25 Apr 2016
/ Blogg

SUNET in i molnet (1) – det här får du

25 Apr 2016
/ Blogg

Read about the brand new Sunet network.

11 Apr 2016
/ Bloggen fiberfeber

GÉANT och NORDUnet – bästa kompisar

14 Mar 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ljuset kommer från Tyskland

3 Mar 2016
/ Bloggen fiberfeber

Thunderbirds are GO!

19 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Ett panorama av verkligheten

17 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Det allseende ögat

15 Feb 2016
/ Bloggen fiberfeber

Förstärkning på längden

15 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Dämpning och förstärkning i optisk fiber

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Grundläggande om L-bandet

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

C-bandet – grundläggande om

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Logaritmer, min käre Watson

14 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

CERN – krossen som slår sönder materiens minsta byggstenar

12 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

Riksarkivets samarbete med SUNET

11 Jan 2016
/ Bloggen fiberfeber

One Ring to Rule them - Vetenskapsrådet

21 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Alla jättars jätte - Cisco

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

En värld av siffror - belastning

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Ur led är inte alls tiden - atomur

19 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

En djungel av kontaktdon

4 Dec 2015
/ Bloggen fiberfeber

Elektronisk enbärsdricka - Juniper

27 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Vad är Géant?

26 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Radar Love - Eiscat

25 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

The Color Purple - dispersion

25 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Full Metal Packet - switchen

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Get your kicks on route 66 - routrar

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Game of Stones - kvarts

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

The Twilight Zone - fotonen

10 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Peering – SUNETs ekonomiska ryggrad

9 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

I mörkret är alla katter infraröda

4 Nov 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fibertyperna i nätet och deras optiska felaktigheter

29 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Vad är klockan? Egentligen?

21 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Nätets centrum

20 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Den optiska transceivern

17 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Polarisation och informationsöverföring

1 Okt 2015
/ Bloggen fiberfeber

Laserns historia

30 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Koherent ljus, vad är det?

28 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

När allt är klart

28 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

SUNET – nu ännu bättre!

16 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fibern fruktar fukten

11 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Att få kontakt

11 Sep 2015
/ Bloggen fiberfeber

Så tillverkas optisk fiber

31 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

EMC – EMI – EMP

31 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Glasbiten som gav nobelpris

21 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Megabit på längden och tvären

21 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Långartikel: Fibern från Frostmofjället

21 Aug 2015
/ Bloggen fiberfeber

Upphandling av optiskt nät

25 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

OptaSense – när fiber blir sensorer

3 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: Optisk magi med ramanförstärkare

2 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk utvikning: 130.000 fibrer som i en liten ask

1 Jul 2015
/ Bloggen fiberfeber

NOCen spekulerar 2: Felrapporter

27 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

NOCen spekulerar 1: hög belastning

26 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: Optisk magi med EDFA

22 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Långartikel: Så designar man ett fiberoptiskt nät

11 Jun 2015
/ Bloggen fiberfeber

Bredare motorväg för svenska data – äntligen en offensiv satsning!

22 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Om den interaktiva tidslinjen

21 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Om den interaktiva kartan

20 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Fiberfeber: Vad som har varit och vad som komma skall

19 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Följ bygget av Sunets nät på bloggen Fiberfeber!

18 Maj 2015
/ Bloggen fiberfeber

Teknisk djupdykning: den mystiska routerkraschen

11 Jun 2006
/ Bloggen fiberfeber

2000–2013: Sunet mognar och kapaciteten ökar. Identitetsfederation skapas.

1 Jan 2000
/ Bloggen fiberfeber

1990–1999: Kapaciteten stiger, 2 – 34 – 155 Mbps

1 Jan 1990
/ Bloggen fiberfeber

1968–1989: Idéernas tidevarv. Internets vagga.

1 Jan 1968
/ Bloggen fiberfeber

Jörgen Städje

Jag heter Jörgen Städje och har skrivit om teknik och vetenskap sedan 1984. Friskt kopplat, hälften brunnet!