توپولوژی شبکه چیست؟
توپولوژی شبکه (Network Topology) به چیدمان فیزیکی یا منطقی یک شبکه اشاره دارد و نحوه قرارگیری و اتصال گره‌های مختلف با یکدیگر را مشخص می‌کند. متناوباً، توپولوژی شبکه ممکن است نحوه انتقال داده‌ها بین این گره‌ها را نیز توصیف کند. توپولوژی شبکه انواع مختلفی دارد که هر کدام بسته به ویژگی‌هایشان، دارای مزایا و معایب مختص به خود هستند. در این بررسی ما در مورد مفهوم توپولوژی و انواع آن صحبت می‌کنیم.
تعریف توپولوژی شبکه
اصطلاح توپولوژی در شبکه‌های کامپیوتری به روشی اطلاق می‌شود که در آن یک شبکه به صورت فیزیکی یا منطقی چیدمان می‌شود. به عبارتی، توپولوژی توصیف شماتیک یک آرایش شبکه است که گره‌های مختلف (فرستنده و گیرنده) را از طریق خطوط اتصال به هم متصل می‌کند.
در توپولوژی دو یا چند دستگاه به یک لینک متصل می‌شوند. دو یا چند لینک یک توپولوژی را تشکیل می‌دهند. در توپولوژی یک شبکه نمایش هندسی وجود دارد که ارتباط همه لینک‌ها و دستگاه‌های لینک دهنده (معمولاً گره‌ها) با یکدیگر را مشخص می‌کند.
هزینه و انعطاف پذیری در نصب شبکه تا حدی تحت تأثیر میزان قابلیت اطمینان توپولوژی‌های شبکه است. از سویی دیگر، اطلاعات یا از طریق فضا (بی‌سیم) یا کابل منتقل می‌شوند. کابل باید حرکت اطلاعات در شبکه را کنترل کند تا داده‌ها به روشی مطمئن منتقل شوند.
نمونه‌هایی از توپولوژی‌های شبکه را می‌توان در شبکه‌های محلی (LAN) کامپیوتری پیدا کرد. هر گره معینی در LAN دارای یک یا چند لینک فیزیکی به دستگاه‌های دیگر در شبکه است. شمایل گرافیکی این لینک‌ها منجر به شکل هندسی می‌شود که می‌تواند برای توصیف توپولوژی فیزیکی شبکه استفاده شود.
اهمیت توپولوژی شبکه
توپولوژی شبکه جدا از اینکه نحوه اتصال گره‌ها را توضیح می‌دهد، نحوه انتقال داده‌ها در یک شبکه را نیز بیان می‌کند. توپولوژی نمایشی در سطح بالا از نحوه اتصال دو یا چند گره است که نحوه عملکرد سیگنال‌ها در شبکه و نحوه انتقال داده‌ها از یک گره به گره دیگر در سطح را توصیف می‌کند.
از سوی دیگر، توپولوژی چگونگی اتصال فیزیکی گره‌ها به یکدیگر را توصیف خواهد داد. اتصال فیزیکی را می‌توان با استفاده از سیم یا اتصال بی‌سیم، اجزای شبکه و موارد دیگری انجام داد.
اهمیت توپولوژی شبکه به شرح زیر است:
- نقش بسزایی در عملکرد شبکه‌ها دارد.
- به ما کمک می‌کند تا مفاهیم شبکه را بهتر درک کنیم.
- نقش تعیین کننده‌ای در عملکرد دارد.
- به کاهش هزینه‌های عملیاتی و نگهداری (هزینه‌های کابل کشی) کمک می‌کند.
- توپولوژی شبکه عاملی برای تعیین نوع رسانه مورد استفاده برای کابل کشی شبکه است.
- تشخیص خطا با استفاده از توپولوژی‌های شبکه آسان می‌شود.
- توپولوژی به استفاده موثر از منابع و اجزای شبکه کمک می‌کند.
انواع توپولوژی شبکه
در یک شبکه کامپیوتری، به طور عمده شش نوع توپولوژی فیزیکی وجود دارند که عبارتند از:
1-شبکه توری (Mesh Network)
در توپولوژی توری یا مش، هر دستگاه دارای یک لینک نقطه به نقطه (Point-To-Point) اختصاصی به هر دستگاه دیگری است. اصطلاح اختصاصی به این معنی است که لینک فقط بین دو دستگاهی که به آن متصل است، ترافیک را حمل می‌کند. در توپولوژی مش، Node1 باید به n 1 گره، node2 باید به (n – 1) گره و در نهایت، گره n باید به (n – 1) گره متصل شود. ما به n (n – 1) لینک فیزیکی نیاز داریم.
مزایای توپولوژی مش
- استفاده از لینک‌های اختصاصی تضمین می‌کند که هر اتصالی می‌تواند بار داده خود را حمل کند، بنابراین مشکلات ترافیکی که ممکن است هنگام اشتراک گذاری لینک‌ها توسط چندین دستگاه رخ دهد را از بین می‌برد.
- توپولوژی توری بسیار قوی است. اگر یک لینک غیرقابل استفاده شود، کل سیستم را از کار نمیفتد!
- مزیت حریم خصوصی یا امنیت وجود دارد. هنگامی که هر پیامی در امتداد یک خط اختصاصی حرکت می‌کند، فقط گیرنده مورد نظر آن را می‌بیند.
- لینک‌های نقطه به نقطه شناسایی خطا و جداسازی خطا را آسان می‌کنند.
- داده‌ها را می‌توان از دستگاه‌های مختلفی به طور همزمان منتقل کرد. این نوع توپولوژی می‌تواند ترافیک بالایی را تحمل کند.
- حتی اگر یکی از مؤلفه‌ها خراب شود، همیشه یک جایگزین برای آن وجود دارد. بنابراین انتقال داده تحت تأثیر خرابی قرار نمی‌گیرد.
- گسترش و اصلاح در توپولوژی را می‌توان بدون ایجاد اختلال در سایر گره‌ها انجام داد.
معایب توپولوژی مش
- مقدار کابل کشی و تعداد پورت‌های ورودی و خروجی مورد نیاز.
- بخش عمده سیم کشی می‌تواند بیشتر از فضای موجود (در دیوارها، سقف‌ها یا کف) باشد.
- سخت افزار مورد نیاز برای اتصال هر لینک (درگاه‌های I/O و کابل) می‌تواند بسیار گران باشد.
- احتمال افزونگی در بسیاری از اتصالات شبکه وجود دارد.
- هزینه کلی این شبکه در مقایسه با سایر توپولوژی‌های شبکه بسیار زیاد است.
- راه اندازی و نگهداری این توپولوژی بسیار دشوار می‌باشد. حتی مدیریت شبکه نیز سخت است.
2- توپولوژی ستاره‌ای (Star Topology)
در توپولوژی ستاره‌ای به هر دستگاه یک لینک نقطه به نقطه اختصاص داده شده است که فقط به یک کنترل کننده مرکزی متصل است که معمولاً «هاب» نامیده می‌شود. در توپولوژی ستاره‌ای کامپیوترها توسط کابل به یک جزء متمرکز به نام هاب یا سوئیچ متصل می‌شوند. سیگنال‌ها از رایانه فرستنده از طریق هاب یا سوئیچ به تمام رایانه‌های موجود در شبکه منتقل می‌شوند.
در این توپولوژی دستگاه‌ها مستقیماً به یکدیگر مرتبط نیستند. برخلاف توپولوژی توری، توپولوژی ستاره‌ای اجازه ترافیک مستقیم بین دستگاه‌ها را نمی‌دهد. کنترلر به عنوان یک مبادله عمل می‌کند، اگر یک دستگاه بخواهد داده‌ها را به دیگری ارسال نماید، داده‌ها را به کنترل کننده می‌فرستد و سپس داده‌ها را به دستگاه متصل دیگری ارسال می‌کند.
مزایای توپولوژی ستاره‌ای
- توپولوژی ستاره‌ای ارزان‌تر از توپولوژی توری است.
- در یک ستاره، هر دستگاه فقط به یک لینک و یک پورت ورودی و خروجی نیاز دارد تا آن را به هر تعداد دیگری متصل کند. این مهم همچنین نصب و پیکربندی مجدد آن را آسان می‌کند.
- نیاز به کابل کشی بسیار کمتری دارد و افزودن‌ها، جابجایی‌ها و حذف‌ها فقط شامل یک اتصال بین آن دستگاه و هاب است.
- اگر یکی از لینک‌ها خراب شود، فقط آن لینک تحت تأثیر قرار می‌گیرد و همه لینک‌های دیگر فعال باقی می‌مانند.
- در توپولوژی ستاره‌ای گره‌های جدید را می‌توان به راحتی و بدون تأثیر بر بقیه شبکه اضافه کرد. به طور مشابه، اجزاء شبکه نیز می‌توانند به راحتی حذف شوند.
- مدیریت متمرکز این توپولوژی به نظارت بر شبکه کمک می‌کند.
- خرابی یک گره یا لینک بر بقیه تأثیر نمی‌گذارد.
- تشخیص خرابی و عیب یابی این توپولوژی آسان است.
معایب توپولوژی ستاره‌ای
- کل توپولوژی به یک نقطه واحد وابسته است. اگر هاب به مشکل بخورد، کل سیستم قطع می شود.
- استفاده از هاب، روتر یا سوئیچ به عنوان یک دستگاه مرکزی، هزینه کلی شبکه را افزایش می‌دهد.
- عملکرد و همچنین تعداد گره‌هایی که می‌توان در چنین توپولوژی اضافه کرد، به ظرفیت دستگاه مرکزی بستگی دارد.
3- توپولوژی اتوبوسی (Bus Topology)
توپولوژی‌های قبلی همگی اتصالات نقطه به نقطه را توصیف می‌کنند اما توپولوژی اتوبوسی یا باس چند نقطه‌ای است. یک کابل بلند به عنوان ستون فقرات برای اتصال همه دستگاه‌های موجود در یک شبکه عمل می‌کند. توپولوژی باس به عنوان اتوبوس خطی نیز شناخته می‌شود.
به عبارت دیگر، تمام گره‌ها (رایانه‌ها و سرورها)، به کمک کانکتورهای رابط به یک کابل واحدی (به نام باس) متصل می‌شوند. کابل مرکزی ستون فقرات شبکه است و هر ایستگاه کاری از طریق این گذرگاه با دستگاه دیگر ارتباط برقرار می‌کند. این قسمت از کل سیستم به عوامل متعددی بستگی از جمله موارد زیر بستگی دارد:
- ظرفیت‌های سخت افزاری کامپیوترهای روی شبکه
- نوع برنامه‌های در حال اجرا در شبکه
- انواع کابل‌های مورد استفاده در شبکه
- فاصله بین کامپیوترهای موجود در شبکه
مزایا توپولوژی اتوبوسی
- توپولوژی اتوبوسی شامل سهولت در نصب است.
- یک اتوبوس از کابل کشی کمتری نسبت به توپولوژی‌های مش یا ستاره استفاده می‌کند.
- راه اندازی این سیستم آسان است و شبکه اتوبوسی را می‌توان گسترش داد.
- طول کابل مورد نیاز برای این توپولوژی، در مقایسه با سایر شبکه‌ها کمتر است.
- توپولوژی اتوبوسی بسیار ارزان است.
- استفاده بیشتر از شبکه خطی باس (Linear Bus) امکان پذیر است.
معایب توپولوژی اتوبوسی
- محدودیتی در طول کابل مرکزی و تعداد گره‌هایی که می‌توان وصل کرد وجود دارد.
- وابستگی به کابل مرکزی در این توپولوژی دارای معایبی است. اگر کابل اصلی (یعنی باس) با مشکلی مواجه شود، کل شبکه خراب خواهد شد.
- تشخیص و عیب یابی در یک ایستگاه فردی دشوار است.
- هزینه‌های نگهداری می‌توانند با گذشت زمان بیشتر شوند.
- با افزایش تعداد دستگاه‌های متصل به آن، کارایی شبکه باس کاهش می‌یابد.
- این نوع توپولوژی شبکه برای شبکه‌هایی با ترافیک سنگین مناسب نیست.
- امنیت بسیار پایینی دارد زیرا همه رایانه‌ها سیگنال ارسالی را از منبع دریافت می‌کنند.
- اتصال مجدد و تشخیص خطا مشکل است.
- خطا یا شکستگی در کابل اصلی، تمام انتقال را متوقف می‌کند.
4- توپولوژی حلقه (Ring network)
در توپولوژی حلقه هر دستگاه دارای یک اتصال نقطه به نقطه اختصاصی با دو دستگاه در دو طرف آن است. توپولوژی حلقه، کامپیوترها را روی یک دایره از کابل متصل می‌کند. توپولوژی حلقه‌ای یک میزبان را به میزبان بعدی و آخرین میزبان را به میزبان اول متصل می‌کند. سیگنال در یک جهت در اطراف حلقه حرکت می‌کند و از هر کامپیوتر عبور می‌نماید.
برخلاف توپولوژی اتوبوسی، هر کامپیوتر به عنوان یک تکرار کننده برای تقویت سیگنال و ارسال آن به کامپیوتر بعدی عمل می‌کند. از آنجایی که سیگنال از هر کامپیوتری عبور می‌کند، خرابی یک کامپیوتر می‌تواند کل شبکه را تحت تاثیر قرار دهد. یک سیگنال در امتداد حلقه در یک جهت، از دستگاهی به دستگاه دیگر ارسال می‌شود تا زمانی که به مقصد برسد.
مزایای توپولوژی حلقه‌ای
- نصب و پیکربندی مجدد حلقه نسبتاً آسان است. جداسازی خطا ساده می‌باشد.
- برای برای نصب و گسترش ارزان قیمت است.
- حتی زمانی که بار روی شبکه افزایش می‌یابد، عملکرد آن بهتر از توپولوژی اتوبوسی است.
- برای کنترل اتصال بین ایستگاه‌های کاری نیازی به سرور شبکه نیست.
- اجزای اضافی بر عملکرد شبکه تأثیر نمی‌گذارند.
- هر کامپیوتر، دسترسی برابر به منابع دارد.
معایب توپولوژی حلقه‌ای
- ترافیک یک طرفه می‌تواند یک نقطه ضعف باشد.
- در یک حلقه ساده، شکستن حلقه (مانند ایستگاه غیرفعال)، می‌تواند کل شبکه را غیرفعال کند.
- هر بسته داده باید از طریق تمام رایانه‌های بین منبع و مقصد عبور کند. این باعث کندی آن نسبت به توپولوژی ستاره‌ای می‌شود.
- اگر یک ایستگاه کاری یا پورت از کار بیفتد، کل شبکه تحت تأثیر قرار می‌گیرد.
- شبکه، بسیار وابسته به سیمی است که اجزای مختلف را به هم متصل می‌کند.
5- توپولوژی درختی (TREE Topology)
این یک گره ریشه‌دار است و تمام گره‌های دیگر به آن متصل هستند و یک سلسله مراتب را تشکیل می‌دهند. به نوع درختی توپولوژی سلسله مراتبی نیز می‌گویند که حداقل باید دارای سه سطح سلسله مراتبی باشد. در این توپولوژی یک هاب اصلی وجود دارد و تمام هاب‌های فرعی دیگر به یکدیگر متصل هستند.
مزایای توپولوژی درختی
- پوشش شبکه راه دور امکان پذیر است.
- عیب یابی با بررسی هر سلسله مراتب آسان است.
- از دست دادن داده‌ها حداقلی است.
- تعداد زیادی گره را می‌توان به طور مستقیم یا غیر مستقیم متصل کرد.
- سایر شبکه‌های سلسله مراتبی در صورت شکست یکی از آنها تحت تأثیر قرار نمی‌گیرند.
معایب توپولوژی درختی
- هزینه کابل کشی و سخت افزار بالا است.
- برای اجرا و نصب پیچیده است.
- مدیریت یک شبکه بزرگ با استفاده از توپولوژی درختی دشوار است.
6- توپولوژی ترکیبی (Hybrid Topology)
دیدیم که توپولوژی شبکه اتصالی از لینک‌ها و گره‌های مختلف است که با یکدیگر برای انتقال داده در ارتباط هستند. در توپولوژی ترکیبی دو یا چند توپولوژی مختلف با هم ادغام می‌شود تا یک توپولوژی کامل را تشکیل دهیم که به جای داشتن ویژگی‌های یک توپولوژی خاص، از مزایای همه توپولوژی‌ها استفاده شود. این ترکیب توپولوژی‌ها با توجه به نیاز سازمان انجام می‌شود.
ویژگی‌های توپولوژی ترکیبی
- به عنوان مثال، اگر یک توپولوژی حلقه موجود در یک بخش اداری وجود داشته باشد، در حالی که یک توپولوژی اتوبوس در بخش دیگری وجود داشته است، اتصال این دو منجر به توپولوژی ترکیبی می‌شود. به یاد داشته باشید که اتصال دو توپولوژی مشابه را نمی‌توان توپولوژی ترکیبی نامید. شبکه‌های Star-Ring و Star-Bus، رایجترین نمونه‌های شبکه هیبریدی هستند.
- به عنوان مثال، اگر در یک بخش سازمان از توپولوژی حلقه استفاده شود و در دیگر بخش سازمان از توپولوژی ستاره‌ای استفاده شود، اتصال این توپولوژی‌ها منجر به توپولوژی ترکیبی (توپولوژی حلقه و توپولوژی ستاره) خواهد شد.
مزیت توپولوژی ترکیبی
- برخلاف سایر شبکه‌ها، تشخیص و عیب یابی در این نوع توپولوژی آسان است. بخشی که در آن عیب تشخیص داده می‌شود را می‌توان از بقیه شبکه جدا کرد و اقدامات اصلاحی مورد نیاز را بدون تأثیرگذاری بر عملکرد بقیه شبکه انجام داد.
- به راحتی می‌توان اندازه شبکه را با افزودن تجهیزات جدید، بدون ایجاد مزاحمت در معماری موجود افزایش داد.
- شبکه‌های ترکیبی را می‌توان با توجه به نیازهای سازمان و با بهینه سازی منابع موجود طراحی کرد. می‌توان در گره‌هایی که در آن ترافیک زیاد است و همچنین در جاهایی که احتمال خطا زیاد می‌باشد، مراقبت ویژه‌ای کرد.
- توپولوژی ترکیبی، ترکیبی از دو یا چند توپولوژی است، بنابراین می‌توانیم آن را به گونه‌‌ای طراحی کنیم که نقاط قوت توپولوژی‌های تشکیل دهنده به حداکثر رسیده و نقاط ضعف آنها خنثی شود. به عنوان مثال، دیدیم که توپولوژی حلقه دارای قابلیت اطمینان داده خوبی است (با استفاده از توکن‌ها به دست می‌آید) و توپولوژی ستاره دارای قابلیت تحمل بالایی می‌باشد (از آنجایی که هر گره مستقیماً به دیگری متصل نیست، بلکه این از طریق دستگاه مرکزی است)، بنابراین می‌توان از این دو به طور موثر استفاده کرد.
معایب توپولوژی ترکیبی
- یکی از بزرگ‌ترین اشکالات توپولوژی ترکیبی، طراحی آن است. طراحی این نوع معماری آسان نیست و کار سختی برای طراحان به همراه دارد. فرآیند پیکربندی و نصب باید بسیار کارآمد باشد.
- از آنجایی که معماری‌های ترکیبی معمولاً در مقیاس بزرگ‌تری اجرا می‌شوند، به کابل‌های زیاد، سیستم‌های خنک کننده، دستگاه‌های پیچیده و سایر موارد نیاز دارد.
کلام آخر
توپولوژی آرایش عناصر (لینک‌ها، گره ها و غیره) یک شبکه ارتباطی است. توپولوژی شبکه را می‌توان برای تعریف یا توصیف آرایش انواع مختلف شبکه‌ها از جمله شبکه‌های مخابراتی، شبکه‌های رادیویی، شبکه‌های فرماندهی، شبکه‌های صنعتی و شبکه‌های کامپیوتری مخصوص شرکت‌ها استفاده کرد. توپولوژی شبکه دارای انواع مختلفی است که بر حسب نیاز صنعت یا سازمان مورد نظر، به کار گرفته می‌شود. ناگفته نماند، نصب و نگهداری انواع توپولوژی باید توسط متخصصین مجرب و کارآزموده انجام شود.
منابع:
بدون دیدگاه