توپولوژی شبکه چیست ؟

تعریف توپولوژی شبکه های کامپیوتری(Network Topology) :

نمایش هندسی نحوه اتصال کامپیوترها و یا دستگاه‌های شبکه به یکدیگر به عنوان توپولوژی شبکه شناخته می شود. توپولوژی‌ها جنبه فیزیکی و همچنین جنبه منطقی شبکه را تعریف می‌کنند. توپولوژی‌های فیزیکی و منطقی ممکن است در یک شبکه یکسان یا متفاوت باشند.. برای راه اندازی یک شبکه کامپیوتری نخست باید توپولوژی شبکه را مشخص کرد.

در حالت کلی دو نوع توپولوژی شبکه وجود دارد : توپولوژی فیزیکی و توپولوژی منطقی .

توپولوژی فیزیکی تعیین کننده چیدمان عناصر شبکه و نحوه برقراری ارتباط بین آنها می باشد در حالی که توپولوژی منطقی نحوه انتقال اطلاعات و داده‌ها بین عناصر شبکه را مشخص می‌کند.

انواع توپولوژی فیزیکی :

انواع توپولوژی فیزیکی در شبکه های کامپیوتری کدامند؟

  • توپولوژی مش (Mesh Topology)
  • توپولوژی ستاره ای ( Star Topology )
  • توپولوژی باس (Bus Topology )
  • توپولوژی حلقه ای (Ring Topology )
  • توپولوژی ترکیبی (Hybrid Topology )
  • توپولوژی خطی ( Line Topology )

مقالات مرتبط : ترافیک شبکه چیست و انواع آن 

توپولوژی مش

در توپولوژی مش، هر دستگاه از طریق یک پیوند نقطه به نقطه اختصاصی به هر دستگاه دیگری در شبکه متصل می شود. وقتی می گوییم اختصاصی به این معنی است که لینک فقط برای دو دستگاه متصل داده را حمل می کند. فرض کنید n دستگاه در شبکه داریم، سپس هر دستگاه باید به (n-1) دستگاه شبکه متصل شود. تعداد پیوندها در توپولوژی مش n دستگاه n(n-1)/2 خواهد بود.

دو نوع توپولوژی مش وجود دارد:

Full Mesh Topology :

در این توپولوژی هر دستگاه به تمام دستگاه های موجود در شبکه متصل می شود.

Partial Mesh Topology:

در توپولوژی مش جزئی، هر دستگاه فقط به دستگاه هایی متصل است که به طور مکرر با آنها ارتباط برقرار می کنند. این روش به هدف اقتصادی توپولوژی مش کمک می کند و هزینه اتصال اضافی را که در آن هیچ ارتباطی اتفاق نمی افتد و نیازی به اتصال نیست را صرفه جویی می کند.

مزایای توپولوژی مش :

  • مشکل ترافیک داده وجود ندارد زیرا یک پیوند اختصاصی بین دو دستگاه وجود دارد که به این معنی است که پیوند فقط برای آن دو دستگاه در دسترس است.
  • توپولوژی مش قابل اعتماد و قوی است زیرا خرابی یک پیوند بر سایر پیوندها و ارتباط بین دستگاه های دیگر در شبکه تأثیر نمی گذارد.
  • توپولوژی مش ایمن است زیرا پیوند نقطه به نقطه وجود دارد بنابراین دسترسی غیرمجاز امکان پذیر نیست.
  • تشخیص عیب آسان است زیرا یک اتصال جداگانه بین هر دستگاه وجود دارد.
  • از آنجایی که یک اتصال اختصاصی بین دو دستگاه در یک شبکه وجود دارد، ارتباط سریع است.

معایب توپولوژی مش :

  • مقدار سیم مورد نیاز برای اتصال هر سیستم خسته کننده و پیچیده است.
  •  از آنجایی که هر دستگاه باید به دستگاه های دیگر متصل شود، تعداد پورت های ورودی/خروجی مورد نیاز باید زیاد باشد.
  •  مشکلات مقیاس پذیری زیرا یک دستگاه را نمی توان با تعداد زیادی دستگاه با پیوند نقطه به نقطه اختصاصی متصل کرد.

توپولوژی ستاره ای

در توپولوژی ستاره ای هر دستگاه در شبکه به یک دستگاه مرکزی به نام هاب متصل می شود. برخلاف توپولوژی مش، توپولوژی ستاره ای اجازه ارتباط مستقیم بین دستگاه ها را نمی دهد، یک دستگاه باید از طریق هاب ارتباط برقرار کند.

اگر یک دستگاه بخواهد داده ها را به دستگاه دیگری ارسال کند، ابتدا باید داده ها را به هاب ارسال و سپس هاب آن داده ها را به دستگاه تعیین شده بفرستد.

دستگاه مرکزی به عنوان هاب شناخته می شود و سایر دستگاه های متصل به هاب کلاینت نامیده می شوند. به طور کلی از کابل Coaxial یا کابل های RJ-45 برای اتصال کلاینت ها به هاب استفاده می شود.

مزایای توپولوژی ستاره ای :

  • ارزان تر است زیرا هر دستگاه فقط به یک پورت I/O نیاز دارد و باید با یک لینک به هاب متصل شود.
  • نصب راحت تر
  • مقرون به صرفه: مقدار کمتری از کابل مورد نیاز است زیرا هر دستگاه فقط باید به هاب متصل شود.
  • اگر یک لینک از کار بیفتد، لینک های دیگر به خوبی کار خواهند کرد.
  • تشخیص آسان عیب زیرا پیوند به راحتی قابل شناسایی است.
  •  هر دستگاه به طور جداگانه به هاب متصل می شود، بنابراین خرابی اتصال بین دستگاه و هاب بر اتصال دستگاه های دیگر تأثیر نمی گذارد.
  •  اضافه کردن دستگاه های جدید به شبکه در توپولوژی ستاره ای آسان است. زیرا یک دستگاه جدید فقط نیاز به اتصال به هاب دارد و می تواند به راحتی با سایر دستگاه های موجود در شبکه ارتباط برقرار کند.

معایب توپولوژی ستاره ای :

  • اگر هاب خراب شود کل شبکه از مدار خارج می‌شود زیرا هیچ یک از دستگاه ها بدون هاب نمی توانند کار کنند.
  • هاب به منابع بیشتر و نگهداری منظم نیاز دارد زیرا سیستم مرکزی توپولوژی ستاره ای است.

توپولوژی باس

در توپولوژی باس یک کابل اصلی وجود دارد و تمام دستگاه ها از طریق خطوط به این کابل اصلی متصل می شوند. دستگاهی به نام tap وجود دارد که دراپ لاین را به کابل اصلی متصل می کند. از آنجایی که تمام داده ها از طریق کابل اصلی منتقل می شوند، محدودیت خطوط افت و فاصله ای که یک کابل اصلی می تواند داشته باشد وجود دارد.

رایج ترین روش دسترسی توپولوژی های باس CSMA (Carrier Sense Multiple Access) است. این روش برای جلوگیری از برخورد داده ها استفاده می شود زیرا دو یا چند دستگاه می توانند همزمان داده ها را به کابل اصلی ارسال کنند.

CSMA: این روش برای کاهش احتمال برخورد دو یا چند دستگاه همزمان شروع به ارسال سیگنال می کنند، توسعه یافته است.

CSMA CD (Carrier Sense Multiple Access with Collision Detection): در این روش، دستگاهی پس از ارسال داده ها، محیط انتقال را کنترل می کند تا ببیند آیا انتقال با موفقیت انجام شده است یا خیر. در صورت موفقیت آمیز بودن، دستگاه ارتباط را موفق علامت گذاری می کند، در غیر این صورت داده ها را دوباره ارسال می کند.
CSMA CA (Carrier Sense Multiple Access with Collision Avoidance): این روش سعی می کند از وقوع برخورد جلوگیری کند. در این روش قبل از ارسال داده، دستگاه محیط انتقال را بررسی می کند تا ببیند مشغول است یا نه. اگر مشغول باشد، دستگاه فرستنده منتظر می ماند تا رسانه انتقال بیکار شود.

مزایای توپولوژی باس :

  •  نصب آسان
  • هزینه معقولانه تر : کابل های کمتری نسبت به توپولوژی مش و ستاره ای مورد نیاز است .
  • خرابی محدود: خرابی اتصال یک دستگاه بر اتصالات دستگاه های دیگر در شبکه تأثیر نمی گذارد.

معایب توپولوژی باس :

  • مشکل در تشخیص عیب.
  • مقیاس پذیر نیست .
  • عیب یابی دشوار: تشخیص علت خرابی دشوار است.
  •  برخورد داده ها: هنگامی که دو یا چند دستگاه داده ها را به طور همزمان ارسال می کنند، احتمال برخورد داده ها وجود دارد. با این حال این را می توان با پیاده سازی تکنیک های CSMA که در بالا مورد بحث قرار دادیم حل کرد.

توپولوژی حلقه ای

در توپولوژی حلقه، هر دستگاه با دو دستگاه در دو طرف خود متصل است. دو پیوند اختصاصی نقطه به نقطه یک دستگاه با دستگاه های موجود در دو طرف آن وجود دارد. این ساختار یک حلقه را تشکیل می دهد بنابراین به توپولوژی حلقه ای معروف است.

اگر دستگاهی بخواهد داده ها را به دستگاه دیگری ارسال کند، داده ها را در یک جهت ارسال می کند، هر دستگاه در توپولوژی حلقه ای دارای یک تکرار کننده ( repeater ) است، اگر داده های دریافتی برای دستگاه دیگری در نظر گرفته شده باشد، تکرار کننده این داده ها را تا زمانی که دستگاه مورد نظر آن را دریافت کند، ارسال می کند.

جریان داده در توپولوژی حلقه یک طرفه است.این توپولوژی هیچ نقطه پایانی ندارد زیرا گره ها به صورت دایره ای به هم متصل می شوند.
انتقال داده ها در توپولوژی حلقه در جهت عقربه های ساعت می باشد .روش دسترسی محبوب مورد استفاده در توپولوژی حلقه، روش عبور رمز است. کلمه توکن بخشی از داده ارسال شده از طریق شبکه را توصیف می کند. چندین توکن در شبکه موجود است، دستگاهی که با موفقیت توکن را دریافت می کند، داده ها را به توکن متصل می کند. دستگاهی که رمز را با موفقیت رمزگشایی می کند، داده ها را دریافت می کند.

مزایای توپولوژی حلقه ای :

  • نصب آسان.
  •  مدیریت آسان تر است زیرا برای افزودن یا حذف یک دستگاه از توپولوژی تنها دو پیوند لازم است که تغییر کنند.
  •  به طور کلی کابل کشی جفت پیچ خورده در توپولوژی حلقه استفاده می شود که ارزان و به راحتی در دسترس است.
  •  تعمیر و نگهداری آسان: نگهداری شبکه در توپولوژی حلقه آسان است زیرا خرابی سیستم بر سایر سیستم های موجود در شبکه تأثیر نمی گذارد، سیستم خراب می تواند به راحتی حذف شده و پس از رفع مشکل دوباره نصب شود.

معایب توپولوژی حلقه ای :

  • خرابی پیوند می تواند کل شبکه را از کار بیندازد زیرا سیگنال به دلیل خرابی به جلو حرکت نمی کند.
  • مسائل مربوط به ترافیک داده، زیرا تمام داده ها در یک حلقه در گردش هستند.

توپولوژی ترکیبی 

توپولوژی ترکیبی (Hybrid topology ) ، از دو یا چند توپولوژی به عنوان توپولوژی ترکیبی شناخته می شود. به عنوان مثال ترکیبی از توپولوژی ستاره ای و توپولوژی مش به عنوان توپولوژی ترکیبی شناخته می شود.

مزایای توپولوژی ترکیبی: 

  • ما می توانیم توپولوژی را بر اساس نیاز انتخاب کنیم، به عنوان مثال، مقیاس پذیری دغدغه ما است، سپس می توانیم از توپولوژی ستاره ای به جای فناوری خطی استفاده کنیم.
  •  مقیاس پذیر زیرا می توانیم شبکه های کامپیوتری دیگر را با شبکه های موجود با توپولوژی های مختلف بیشتر متصل کنیم.

معایب توپولوژی ترکیبی :

  • تشخیص عیب مشکل است.
  • نصب مشکل است.
  •  طراحی پیچیده است، بنابراین تعمیر و نگهداری بالا و در نتیجه گران است.

توپولوژی درختی :

توپولوژی درختی نمونه ای از توپولوژی ترکیبی است زیرا ترکیبی از توپولوژی ستاره ای و توپولوژی باس می باشد.
دستگاه ها به صورت سلسله مراتبی به یکدیگر متصل می شوند. هر گره دارای تعداد دلخواه گره فرزند است. دستگاهی که در بالای سلسله مراتب قرار دارد به عنوان گره ریشه و سایر دستگاه هایی که در سلسله مراتب پایین تر هستند به عنوان نوادگان گره ریشه شناخته می شوند.
یک مسیر واحد بین دو دستگاه وجود دارد و این مسیر ارتباط بین دستگاه ها است.
توپولوژی درختی توپولوژی ستاره-باس نیز نامیده می شود.