توپولوژی شبکه چیست

توپولوژی شبکه چیست؟ – آموزش شبکه درس 7

توپولوژی شبکه چیست؟ آموزش شبکه درس 7

توپولوژی شبکه (Network Topology) تعریف کننده ساختاری است که اجزای شبکه و رابط‌های آن به همدیگر متصل می‌شود. در این جا ما به دو ساختار توپولوژیکی در شبکه مواجه هستیم که به آن‌ها ساختار فیزیکی (Physical)، منطقی (Topology) می‌گویند.

توپولوژی منطقی در واقع نشان دهنده شکل هندسی تمام گره‌هائی است که در یک شبکه وجود دارد.

انواع شبکه های کامپیوتری

انواع شبکه های کامپیوتری

توپولوژی باس (Bus Topology)

توپولوژی باس (Bus Topology)

توپولوژی باس (Bus Topology)

  • توپولوژی باس (اتوبوسی) در واقع ساختاری را نشان می‌دهد که در آن تمام ایستگاه‌ها از طریق یک کابل مرکزی که به عنوان ستون فقرات شبکه (Backbone cable) شناخته می‌شوند به همدیگر متصل هستند.
  • هر کدام از گره‌های باید خودشان را به این کابل اصلی متصل کنند و تمام اطلاعات تبادلی خودشان را به این کابل تحویل داده و یا از این کابل تحویل بگیرند.
  • در زمانی که هر کدام از گره‌ها می‌خواهد اقدام به ارسال پیام در شبکه کند، تمام این پیام بر روی شبکه توزیع می‌شود. تمام ایستگاه‌هائی که به این کابل متصل هستد، می‌توانند پیام را دریافت کنند، چه این پیام برای آنه بوده باشد و یا نه.
  • توپولوژی باس، اساسا در استاندارد شبکه اترانت 3 و 802.4 مورد بحث قرار می‌گیرد.
  • پیکره‌بندی توپولوژی باس در مقایسه با دیگر توپولوژی‌ها ساده تر است.
  • کابل پشتی به عنوان «لَن تنها – Single Lane» شناخته می‌شود و از طریق آن پیام به تمامی ایستگاه‌ها ارسال می‌شود.
  • اصلی ترین روش متصل شدن به توپولوژی باس به نام CSMA (Carrier Sense Multiple Access) نامیده می‌شود.

CSMA: یک روش کنترل دسترسی به رسانه است که از آن برای کنترل جریان داده استفاده می‌شود، با استفاده از این روش یکپارچگی در نظر گرفته می‌شود. برای مثال در این روش بسته‌های داده گم نمی‌شوند. در اینجا ما با دو شیوه جایگزین برای اجرای مسائلی که ممکن است در زمان ارسال همزمان پیام توسط دو گره بروز کند روبر هستیم:

  • CSMA CS: در این روش CD یا Collision Detection از روش تشخیص برخورد استفاده می‌کند. در زمانی که برخورد یا Collision در ارسال مشخص شد، فرستنده پیام ارسال پیام را متوقف می‌کند تا فرستنده قبلی پیام خودش را به صورت کامل ارسال کند. به همین خاطر گفته می‌شود که در این روش بازیابی بعد از تصادم «Recovery after Collision» انجام می‌شود.
  • CSMA CA: در این روش CA یا Collision Avoidance نشان دهنده پرهیز از تصادم است. در اینجا قبل از ارسال پیام فرستنده خط ارسال را چک می‌کند. اگر خط اشغال باشد، در آن صورت تا زمان خالی شدن خط منتظر می‌ماند. این روش می‌تواند تا حد زیادی از تصادم پیام‌ها با هم دیگر جلوگیری کند. در این روش از بازیابی بعد از تصادم استفاده نمی‌شود.

مزایای توپولوژی باس

  • هزینه کابل کشی کمتر: در توپولوژی باس، گره‌ها به صورت مستقیم به کابل ارسال و هاب متصل هستند. به همین خاطر هزینه راه اندازه و نصب اولیه این سیستم بسیار کم است.
  • سرعت انتقال داده متوسط: در این دسته از شبکه‌ها از کابل‌های هم محور و جفت تابید استفاده می‌شود که می‌توانند تا 10 مگابیت بر ثانیه داده را از خود عبور دهند.
  • تکنولوژی ساده: توپولوژی باس بسیار ساده است و برای نصب و عیب یابی از روش‌های شناخته شده‌ای در آن استفاده می‌شود، همچنین سخت‌افزارهای کم و ساده‌ای برای اجرای این روش نیاز است.
  • خطای محدود: در صورتی که یکی از گره‌ها دچار مشکل شود، بقیه گره‌های شبکه به خوبی کار خودشان را ادامه می‌دهند.

معایب توپولوژی باس

  • کابل کشی گران: گرچه در توپولوژی باس تمامی گره‌ها به صورت مستقیم به کابل میانی متصل می‌شوند، اما با این حال هزینه راه اندازهی یک هاب و کابل کشی کمی گران تمام می‌شود.
  • دشواری عیب یابی: در اینجا ما نیازمند استفاده از تجهیزات عیبابی خاصی هستیم تا بتوانیم قطعی کابل را تشخیص دهیم. همچنین در صورتی که کابل ما به هر عنوان قطع شود، در آن صورت ارتباطات کل شبکه قطع می‌شود.
  • تداخل فرکانسی: یکی از مشکلاتی که در این توپولوژی باس وجود دارد آن است که در صورتی که دو گره با همدیگر اقدام به ارسال پیام کنند تداخل فرکانسی ایجاد می‌شود.
  • پیکربندی مجدد دشوار: برای آنکه یک دستگاه جدید وارد این سیستم شود باید تنظیمات خاصی انجام شود.
  • میرائی (Attenuation): میرائی به معنای کم شدن توان سیگنال در زمان ارتباط است. در اینجا ممکن است سیگنال ارسالی بر روی شبکه بر اساس تکرارهای متعدد دچار میرائی و افت شود.

توپولوژی رینگ (Ring Toplogy)

توپولوژی رینگ (Ring Toplogy)

  • توپولوژی رینگ شبیه به توپولوژی باس عمل می‌کند، اما ابتدا و انتهای خط ارتباطی آن به همدیگر متصل هستند.
  • گره‌ها می‌تواند پیام‌ها را از گره قبلی دریافت کرده و به گره بعدی بدهند.
  • داده‌ها در یک جهت جریان پیدا می‌کنند. به همین خاطر در این جا با جریان داده یک جهته (Unidirectional) روبرو هستیم.
  • جریان‌های داده در یک حقه به صورت دائمی در حال چرخش هستند، به همین خاطر به آن‌ها حلقه بدون انتهای (Endless loop) گفته می‌شود.
  • در اینجا هیچ ترمینال انتهائی وجود دارد، این مطلب به خاطر آن است که در اینجا هیچ نقطه پایانی برای ارتباطات وجود ندارد.
  • داده‌ها در توپولوژی رینگ در جهت عقربه‌های ساعت جریان پیدا می‌کنند.
  • مرسوم ترین روش دستری در اینجا استفاده از Token Passing (یا قبول کردن توکن) است.
    • Token Passing: روشی در دسترسی شبکه است که در آن هر توکن از یک گره به گره دیگر پاس داده می‌شود؛
    • Token: این توکن یک فریم است که در شبکه چرخش می‌کند.

نحوه کار کردن با Token Passing

  • یک توکن در تمام شبکه می‌چرخد، آن از یک کامپیوتر به دیگری می‌رود تا آنکه به مقصد خودش برسد.
  • ارسال کنند توکن را با اضافه کردن آدرس به داده‌های آن اصلاح و ویرایش می‌کند.
  • داده‌ها در این روش از یک دیوایس به دیگری پاس داده می‌شوند تا در نهایت توکن به آدرس مورد نظر برسد. هنگامی که توکن به دیوایس مورد نظر رسید، در آن زمان دیوایس مورد نظر تصدیق دریافت را ارسال می‌کند.
  • در توپولوژی رینگ، یک توکن به عنوان یک محمل (Carrier) عمل می‌کند.

مزایای استفاده از توپولوژی رینگ

  • مدیریت شبکه: در صورتی که یک دیوایس دچار مشکل بود می‌توان آن را از شبکه خارج کرد بدن آنکه کل شبکه آسیب ببیند.
  • بهره وری در دسترسی: تعداد زیادی از ابزارهای نرم‌افزاری و سخت‌افزاری برای مدیریت شبکه‌هائی با توپولوژی رینگی در اختیار ما قرار دارد.
  • هزینه: این شبکه‌ها با استفاده از کابل‌های جفت به هم تابیده که ارزان هستند ایجاد می‌شوند. این کابل‌ها ارزان هستند و به همین خاطر هزینه نصب و راه اندازی این دسته از شبکه‌ها پائین است.
  • اعتمادپذیری: این شبکه‌ها قابل اطمینان هستند، این به خاطر آن است که در اینجا هیچ‌هاست مرکزی وجد ندارد و شبکه وابسته به هیچ هاب و یا سیستم مرکزی دیگری نیست.

معایب توپولوژی رینگی

  • سختی عیب یابی: در اینجا نیازمند تجهیزات تخصصی برای عیب یابی و بر طرف کردن آن هستیم به خصوص اگر مشکل در کابل ارتباطی باشد. اگر هر خطا و مشکلی در کابل ارتباطی رخ دهد، در آن صورت ارتباطات در تمامی گره‌ها به هم می‌خورد و قطع می‌شود.
  • خطا: در صورتی که یکی از ایستگاه‌ها نتواند ارتباطات را به بعدی انتقال دهد، کل شبکه دچار اختلا می‌شود.
  • پیکربندی دوباره دشوار: اضافه کردن یک دیوایس جدید به این شبکه دشوار است و اغلب سبب کاهش سرعت شبکه می‌شود.
  • تاخیر: تاخیر ارتباطی در اینجا نسبت مستقیمی با تعداد گره‌ها دارد. اضافه کردن دیوایس‌های جدید به این شبکه سبب افزایش تاخیر در ارتباطات می‌شود.

توپولوژی ستاره (Star Topology)

توپولوژی ستاره (Star Topology)

توپولوژی ستاره (Star Topology)

  • توپولوژی ستاره یک آرایش از شبکه است که در آن هر کدام از گره‌ها به یک هاب، سوئیچ و یا رایانه مرکزی (سرور) متصل هستند.
  • کامپیوتری مرکزی به عنوان یک سرور (Server) شناخته می‌شود و دستگاه‌های پیرامونی که به سرور متصل می‌شوند به عنوان کلاینت (Client) شناخته می‌شوند.
  • کابل‌های هم محور و یا RJ-45 برای ارتباط کامپیوترها به شبکه مورد استفاده قرار می‌گیرند.
  • هاب‌ها یا سوئیچ‌ها به صورت عمده به عنوان ابزارها و دیوایس‌های اتصال در یک توپولوژی فیزیکی ستاره‌ای به کار می‌روند.
  • توپولوژی ستاره‌ای یکی از پرکاربرد ترین شکل‌های شبکه‌بندی و پیاده‌سازی است.

مزایای استفاده از توپولوژی ستاره ای

  • عیب یابی کارآمد: عیب یابی در توپولوژی ستاره‌ای به نسبت توپولوژی‌های باس و رینگی به شکل کارآمدتری انجام می‌شود. در یک توپولوژی باس، مدیر باید کیلومترها کابل را بررسی کند. اما در توپولوژی ستاره ای، تمام ایستگاه‌ها به یک شبکه مرکزی متصل هستند. به همین خاطر، مدیر شبکه باید به یک ایستگاه برود تا بتواند عیب یابی را انجام دهد.
  • کنترل شبکه: پیکربندی‌های کنترل شبکه پیچیده را می‌توان به راحتی در توپولوژی ستاره‌ای پیاده‌سازی کرد. هر تغییر در توپولوژی ستاره‌ای به صورت خودکار بر روی کل شبکه تاثیرگذار است.
  • خطای محدود: هر کدام از ایستگاه‌های کاری در اینجا به یک هاب مرکزی متصل هستند و از کابل ارتباطی خودشان برای این منظور استفاده می‌کنند. به همین خاطر، در صورتی که یک کابل قطع شود، و یا یک ایستگاه از کار بیفتد، تمام شبکه می‌تواند همچنان به کار خودش ادامه دهد.
  • تکنولوژی آشنا و ساده: توپولوژی شبکه ستاره‌ای بسیار شناخته شده است و ابزارهائی که در آن به کار برده می‌شود، بسیار مقرون به صرفه هستند.
  • سرعت تبادل داده بالا: در این شبکه‌ها می‌تواند تا سرع 100MBps را نیز پشتیبانی کند. استفاده از سیستم اترنت 100BaseT یکی از موارد محبوب در توپولوژی شبکه ستاره‌ای است.

معایب استفاده از توپولوژی ستاره ای

  • یک نقطه مرکزی داشتن: در صورتی که هاب و یا سوئیچ مرکزی شبکه دچار مشکل شود، کل شبکه از کار می‌افتد. تمام گره‌هائی که در شبکه هستند بعد از کار افتادن سرور نمی‌توانند با همدیگر در ارتباط قرار بگیرند.
  • کابل کشی زیاد: به خاطر ارتباطاتی که در اینجا ایجاد می‌شود، به حجم زیادی از کابل کشی نیاز است. همچنین مشکل قطعی کابل‌ها هم سر جای خود باقی است.

توپولوژی درختی (Tree topology)

توپولوژی درختی

توپولوژی درختی

  • توپولوژی درختی در واقع ترکیبی از توپولوژی‌های ستاره‌ای و باس هستند.
  • یک توپولوژی درختی ساختاری است که در آن تمام کامپیوترها با یک ساختار سلسله مراتبی به هم متصل هستند.
  • بالاترین گره در توپولوژی درختی به عنوان گره ریشه (Root Node) شناخته می‌شود که تمام گره‌های زیر مجموعه به آن آن متصل می‌شوند.
  • تنها یک مسیر ارتباطی برای ارتباط میان یک گره با خط ارتباطی وجود دارد. به همین خاطر، به آن ساختار والد-فرزند(Parent-Cild) گفته می‌شود.

مزایای استفاده از ساختار درختی

  • پشتیبانی از انتقال داده با پهنای باند بالا: توپولوژی درختی اغلب برای ایجاد انتقال داده با پهنای بالا به کار گرفته می‌شو، برای مثال سیگنال‌ها می‌توانند به فاصله‌های دوری ارسال شوند بدون آن که دچار میرائی گردند.
  • این شبکه‌ها به راحتی قابل توسعه هستند: شما می‌توانید هر تعداد دیوایس جدیدی که بخواهید را به شبکه اضافه کنید. به همین خاطر ما می‌توانید بگوئیم که توپولوژی درختی به راحتی قابل توسعه هستند.
  • قابلیت مدیریت راحت: در توپولوژی درختی، کل شبکه به درون بخش‌های تقسیم می‌شوند که به عنوان شبکه‌های ستاره‌ای شناخته می‌شوند، که هر کدام از این شبکه‌ها نیز به صورت راحت تری قابل مدیریت کردن هستند.
  • تشخیص خطا: تشخیص خطا و رفع آن‌ها در این شبکه‌ها به صورت بسیار راحتی صورت می‌گیرد.
  • محدودیت خطا: در صورتی که یکی از ایستگاه‌های کاری از کار بیفتند، بر روی عملکرد کل شبکه تاثیرگذار نیست.
  • ارتباط نقطه به نقطه: در شبکه‌ای با توپولوژی درختی، امکان ارتباط نقطه به نقطه (Point to Point Wriring) برای هر کدام از سگمنت‌های شبکه میسر است.

معایب استفاده از توپولوژی درختی

  • سختی عیب یابی: اگر خطائی در هر کدام از گره‌ها ایجاد شود، پیدا کردن این مشکل بسیار دشوار است.
  • هزینه بالا: ابزارهائی که برای انتقال داده‌ها با پهنای باند بالا مورد استفاده قرار می‌گیرند، اغلب گران هستند.
  • خطا: این توپولوژی اساساً مبتنی بر کابل‌های باس است و خطا در باس و یا خط اصلی ارتباط اصلی، می‌تواند به کل شبکه آسیب بزند.
  • پیکربندی دوباره دشوار: اگر دیوایس جدیدی به شبکه اضافه شود، در آن صورت به سختی می‌تواند پیکربندی مجددی انجام داد.

توپولوژی مِش (Mesh Topology)

توپولوژی مِش (Mesh Topology)

توپولوژی مِش (Mesh Topology)

  • توپولوژی مِش یک آرایش شبکه است که در آن کامپیوترها با همدیگر از طریق ارتباطات مضاعفی و متنوعی متصل هستند.
  • در اینجا چند مسر از هر کامپیوتر به دیگر کامپیوترها وجود دارد.
  • در این ساختار ما از هیچ کامپیوتر مرکزی، که بخواهد به عنوان مدیریت کننده شبکه عمل کند، استفاده نمی‌کنیم.
  • اینترنت یک نمونه از توپولوژی مِش است.
  • توپولوژی مش اساسی برای پیاده‌سازی در قالب شبکه‌های گسترده (WAN) به کار می‌رود که در آن قطع ارتباطات شبکه یکی از مهمترین نگرانی‌ها است.
  • توپولوژی مش می‌تواند برای شبکه‌های بی سیم به کار گرفته شود.
  • توپولوژ مش می‌تواند با استفاهد از فرمول زیر فرم دهی شود:

تعداد کابل‌های شبکه = ((تعداد گره‌های شبکه * (تعداد گره‌های شبکه منهای یک)) تقسیم بر دو

توپولوژی شبکه مش به دو دسته‌بندی بزرگ تقسیم می‌شوند:

دسته بندی توپولوژی مش

دسته بندی توپولوژی مش

  • توپولوژی شبکه‌بندی مش با اتصال کامل؛
  • توپولوژی شبکه‌بندی مش با اتصال نسبی؛
  • توپولوژی شبکه‌بندی مش کامل (Full Mesh Topology): در این توپولوژی تمام کامپیوترهای در آن به همدیگر متصل هستند.
  • توپولوژی شبکه‌بندی مش نسبی(Partial Mesh Topology): در توپولوژی مش نسبی همه گره‌های شبکه به رایانه‌های همتای خودشان متصل نیستند و خطوط ارتباطی کمتری وجود دارد.

مزایای استفاده از شبکه‌بندی مش

  • قابل اعتماد بودن: توپولوژی شبکه‌بندی مش، بسیار قابل اعتماد است، حتی اگر لینکی در آن شکسته شود و یا گرهی معیوب شود، بقیه کامپیوترها می‌توانند به همدیگر متصل باشند.
  • ارتباطات سریع: در اینجا ارتباطات با سرعت بالائی انجام می‌شوند.
  • پیکربندی مجدد راحت: در این بخش اضافه کردن دیواس‌های جدید به سرعت انجام می‌شوند.

معایب استفاده از توپولوژی مش

  • هزینه: یک توپولوژی مش حاوی تعداد زیادی از ابزارهای ارتباطی است که می‌توان به روترها و یا انواع مختلف رسانه‌های انتقال داده اشاره کرد.
  • مدیریت: توپولوژی شبکه‌های مش بسیار گسترده است و به سختی می‌توان از آن مراقبت و نگهداری کرد. اگر شبکه به دقت مورد نظارت قرار نگیرد. لینک‌های ارتباطی می‌تواند دچار مشکل شده و حتی قطع شوند.
  • کارآمدی: در این توپولوژی ارتباطات مضاعف زیادی وجود دارند که سبب ایجاد افزونگی در شبکه می‌شوند و همین مورد می‌تواند به کم شدن کارآمدی شبکه بینجامد.

توپولوژی ترکیبی

توپولوژی ترکیبی

توپولوژی ترکیبی

  • ترکیب توپولوژی‌های مختلف به عنوان توپولوژی ترکیبی (Hybrid Topology) شناخته می‌شود.
  • یک توپولوژی ترکیبی می‌تواند میان انواع لینک‌ها و گره‌ها برای ارتباط داده‌ها شکل بگیرد.
  • هنگامی که دو و یا چند توپولوژی با همدیگر ترکیبی می‌شوند، به آن توپولوژی ترکیبی یا هیبریدی گفته می‌شوند. اگر توپولوژی‌هائی که در اینجا به کار می‌روند همگی مشابه به هم باشند در آن صورت ما یک شبکه توسعه یافته و ساختار سلسله مراتبی را داریم و نه یک ساختار ترکیبی، برای مثال اگر توپولوژی رینگ برای یک بخش از شبکه یک سازمان به کار رود و توپولوژی باس برای بخش دیگر آن، در این صورت ما از دو توپولوژی استفاده کرده ایم که در نتیجه یک توپولوژی ترکیبی ایجاد کرده ایم.

مزایای توپولوژی ترکیبی

  • قابل اعتماد بودن: اگر خطائی در یک بخش از شبکه رخ دهد، در آن صورت بر روی کار کرد تمام شبکه تاثیر گذار است.
  • مقیاس‌پذیری: اندازه شبکه می‌تواند به راحتی با اضافه کردن دیوایس‌های جدید به شبکه اضافه شود، بودن آن که تاثیر بر روی کارکرد شبکه موجود داشته باشد.
  • انعطاف‌پذیری: این توپولوژی بسیار انعطاف‌پذیر است و می‌تواند مطابق با الزامات سازمان توسعه پیدا کند.
  • کارآمدی: توپولوژی‌های هیبریدی بسیار کارآمد هستند، این امر به خاطر آن است که آن‌ها از نقاط قوت شبکه‌های دیگر استفاده می‌کنند و در عین حال، نقطه‌های ضعف را به حداقل می‌رسانند.

معایب استفاده از شبکه‌های هیبریدی

  • پیچیدگی طراحی: اصلی ترین مشکلی که توپولوژی‌های هیبریدی با آن روبرو هستند. آن است که به سختی می‌تواند معماری مناسبی را در این شبکه‌ها ایجاد کرد.
  • هزینه هاب: هاب‌هائی که در توپولوژی‌های هیبریدی به کار گرفته می‌شوند بسیار گران قیمت هستند. در عین حال هاب‌های متنوعی در این شبکه‌ها برای توسعه شبکه به کار گرفته می‌شود.
  • هزینه زیرساختی سنگین: هزینه زیرساختی برای راه اندازی یک چنین شبکه‌ای بسیار گران است. در عین حال به تعداد زیادی مسیریاب (روتر) و حجم زیاد کابل کشی برای ارتباطات درست نیاز است.

من علی ذکایی، این مقاله را برای سایت آی‌تی‌باز آماده کردم. اگر شما هم نظر، پیشنهاد و یا تجربه‌ای در زمینه توپولوژی‌های شبکه و این مقاله دارید، لطفاً در پائین این مقاله برای من کامن بگذارید. من و تیم تحریریه آی‌تی‌باز در اولین فرصت به کامنت‌های شما پاسخ خواهیم داد.

No votes yet.
Please wait...

دیدگاهتان را بنویسید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد.

منو اصلی

question