در شبکه‌های کامپیوتری، روش‌های مختلفی وجود دارد که اجزا مختلف به یکدیگر متصل می‌شوند. توپولوژی شبکه، روشی است که ساختار و نحوه اتصال این اجزا به یکدیگر را تعریف می‌کند.

نظم بین اتصالات اجزای یک شبکه که شامل گره ها و خطوط اتصال از طریق فرستنده و گیرنده است، به عنوان توپولوژی شبکه شناخته می‌شود. توپولوژی های مختلف شبکه عبارتند از:

  • توپولوژی Point to Point
  • توپولوژی Mesh
  • توپولوژی Star
  • توپولوژی Bus
  • توپولوژی Ring 
  • توپولوژی Tree
  • توپولوژی Hybrid


توپولوژی Point to Point

توپولوژی نقطه به نقطه یک نوع توپولوژی است که بر روی عملکرد فرستنده و گیرنده کار می کند. این ساده ترین ارتباط بین دو گره است، که یکی فرستنده و دیگری گیرنده است. نقطه به نقطه پهنای باند بالایی فراهم می کند.

توپولوژی Mesh

در یک توپولوژی مش، هر دستگاه از طریق یک کانال خاص به دستگاه دیگری متصل است. در توپولوژی مش، پروتکل‌های استفاده شده شامل AHCP (پروتکل‌های پیکربندی تداولی)، DHCP (پروتکل پیکربندی میزبان پویا) و غیره می‌باشند.


فرض کنید که N تعداد دستگاه‌ها به صورت توپولوژی مش به یکدیگر متصل شده‌اند، تعداد کل پورت‌های مورد نیاز هر دستگاه برابر با N-1 است. در شکل 1، 5 دستگاه به یکدیگر متصل هستند، بنابراین تعداد کل پورت‌های مورد نیاز هر دستگاه برابر با 4 است. تعداد کل پورت‌های مورد نیاز = N * (N-1).


مزایای توپولوژی شبکه

  • ارتباط بین گره‌ها خیلی سریع است.
  • توپولوژی مش مقاوم است.
  • خطا به راحتی تشخیص داده می‌شود. داده‌ها قابل اعتماد هستند زیرا اطلاعات از طریق کانال‌ها یا پیوندهای اختصاصی بین دستگاه‌ها منتقل می‌شوند.
  • ارائه امنیت و حریم خصوصی.


معایب توپولوژی مش

  • نصب و پیکربندی مشکل است.
  • هزینه کابل ها بالا است زیرا سیم کشی حجیم مورد نیاز است، بنابراین برای تعداد کمتری دستگاه مناسب است. 
  • هزینه نگهداری بالاست.


یک مثال متداول از توپولوژی مش، ستون فقرات اینترنت است، جایی که ارائه دهندگان مختلف خدمات اینترنت از طریق کانال‌های اختصاصی به یکدیگر متصل هستند. این توپولوژی همچنین در سیستم‌های ارتباطی نظامی و سیستم‌های مسیریابی هواپیما استفاده می‌شود.


توپولوژی Star

در توپولوژی ستاره، تمام دستگاه‌ها از طریق یک کابل به یک هاب تکی متصل هستند. این هاب گره مرکزی است و تمام گره‌های دیگر به گره مرکزی متصل هستند. هاب می‌تواند غیرفعال باشد، در عین حال  به طور همزمان هاب می‌تواند هوشمند باشد که به عنوان هاب فعال شناخته می‌شود. هاب‌های فعال دارای repeater داخل خود هستند.

کابل‌های هم‌محور یا کابل‌های RJ-45 برای اتصال کامپیوترها استفاده می‌شوند. در توپولوژی ستاره، بسیاری از پروتکل‌های محبوب شبکه LANمانند شناسایی برخورد (CD)، دسترسی چندگانه با حسگر کانال (CSMA) و غیره استفاده می‌شوند.

مزایای توپولوژی ستاره

  • اگر N دستگاه در توپولوژی ستاره ای به یکدیگر متصل شوند، تعداد کابل های مورد نیاز برای اتصال آنها N است. بنابراین، راه اندازی آن آسان است. هر دستگاه فقط به 1 پورت نیاز دارد، یعنی برای اتصال به هاب، تعداد کل پورت های مورد نیاز N است.
  • توپولوژی ستاره قوی است. 
  • اگر یکی از لینک ها از کار بیفتد، تنها آن پیوند تأثیر می گذارد و نه غیر از آن.

· آسان برای شناسایی خطا و جداسازی خطا. 

  • توپولوژی ستاره مقرون به صرفه است زیرا از کابل کواکسیال ارزان قیمت استفاده می کند.


توپولوژی Bus

توپولوژی اتوبوس نوعی شبکه است که در آن هر کامپیوتر و دستگاه شبکه به یک کابل متصل است. دو جهته است. این یک اتصال چند نقطه ای و یک توپولوژی غیر مستحکم است زیرا اگر ستون فقرات از کار بیفتد توپولوژی از کار می افتد.

در توپولوژی اتوبوس، پروتکل های مختلف MAC (کنترل دسترسی رسانه ها) توسط اتصالات اترنت LAN مانند TDMA، Pure Aloha، CDMA، Slotted Aloha و غیره دنبال می شوند.


مزایای توپولوژی Bus

  • اگر N دستگاه در یک توپولوژی باس به یکدیگر متصل شوند، تعداد کابل های مورد نیاز برای اتصال آنها 1 است که به عنوان کابل ستون فقرات شناخته می شود و N drop line مورد نیاز است.


  • کابل های کواکسیال یا جفت تابیده عمدتاً در شبکه های مبتنی بر باس که حداکثر 10 مگابیت بر ثانیه را پشتیبانی می کنند استفاده می شود. 


  • هزینه کابل در مقایسه با توپولوژی های دیگر کمتر است، اما برای ساخت شبکه های کوچک استفاده می شود.


  • توپولوژی bus یک فناوری آشنا است و تکنیک های نصب و عیب یابی به خوبی شناخته شده است.


  • CSMA رایج ترین روش برای این نوع توپولوژی است.



معایب توپولوژی اتوبوس


  • توپولوژی اتوبوس بسیار ساده تر است، اما با این حال، نیاز به کابل کشی زیادی دارد.


  • اگر کابل مشترک خراب شود، کل سیستم از کار می افتد.
  • اگر ترافیک شبکه سنگین باشد، برخورد در شبکه را افزایش می دهد. برای جلوگیری از این امر، پروتکل های مختلفی در لایه MAC به نام های Pure Aloha، Slotted Aloha، CSMA/CD و غیره استفاده می شود.


  • افزودن دستگاه های جدید به شبکه باعث کندی شبکه می شود.


  • امنیت بسیار پایین است.


یک مثال رایج از توپولوژی باس، Ethernet LANاست که در آن همه دستگاه ها به یک کابل کواکسیال یا کابل جفت پیچ خورده متصل می شوند. از این توپولوژی در شبکه های تلویزیون کابلی نیز استفاده می شود. 


توپولوژی حلقه

در توپولوژی حلقه، حلقه ای را تشکیل می دهد که دقیقاً با دو دستگاه همسایه ارتباط برقرار می کند. تعدادی تکرار کننده برای توپولوژی حلقه با تعداد گره های زیاد استفاده می شود، زیرا اگر کسی بخواهد مقداری داده را به آخرین گره در توپولوژی حلقه با 100 گره ارسال کند، داده ها باید از 99 گره عبور کنند تا به 100 گره برسد. از این رو برای جلوگیری از از دست دادن داده ها از تکرار کننده ها در شبکه استفاده می شود.


داده ها در یک جهت جریان دارند، یعنی یک جهته هستند، اما می توان آن را با داشتن 2 اتصال بین هر گره شبکه، دو طرفه کرد که به آن توپولوژی حلقه دوگانه می گویند. توپولوژی درون حلقه یا In-Ring Topology، پروتکل Token Ring Passing توسط ایستگاه های کاری برای انتقال داده ها استفاده می شود.


متداول ترین روش دسترسی توپولوژی حلقه، عبور توکن است.


 :Token passingیک روش دسترسی به شبکه است که در آن یک توکن از یک گره به گره دیگر ارسال می شود. 


توکن: فریمی است که در اطراف شبکه در گردش است.


عملیات توپولوژی حلقه


یک ایستگاه به عنوان ایستگاه مانیتور شناخته می شود که تمام مسئولیت انجام عملیات را بر عهده می گیرد.

برای انتقال داده ها، ایستگاه باید توکن را نگه دارد. پس از انجام انتقال، توکن برای استفاده از ایستگاه های دیگر آزاد می شود.

هنگامی که هیچ ایستگاهی اطلاعات را ارسال نمی کند، رمز در حلقه گردش می کند.

دو نوع تکنیک انتشار توکن وجود دارد: انتشار زودهنگام توکن، توکن را درست پس از انتقال داده ها آزاد می کند و انتشار توکن با تأخیر، رمز را پس از دریافت تأییدیه از گیرنده آزاد می کند.


مزایای توپولوژی حلقه


  • انتقال داده ها با سرعت بالا انجام می شود.
  • احتمال برخورد در این نوع توپولوژی حداقل است.
  • نصب و گسترش ارزان است.
  • هزینه کمتری نسبت به توپولوژی ستاره ای دارد.

معایب توپولوژی حلقه

  • شکست یک گره در شبکه می تواند باعث از کار افتادن کل شبکه شود.
  • عیب یابی در این توپولوژی مشکل است.
  • اضافه شدن ایستگاه های بین دو یا حذف ایستگاه ها می تواند کل توپولوژی را مختل کند.
  • امنیت کمتر.

توپولوژی درختی

این توپولوژی تغییر توپولوژی ستاره است. این توپولوژی دارای یک جریان سلسله مراتبی داده است. در توپولوژی درختی، پروتکل هایی مانند DHCP و SAC (پیکربندی خودکار استاندارد) استفاده می شود.

شکل 5: در این، هاب های ثانویه مختلف به هاب مرکزی که حاوی تکرار کننده است متصل می شوند. این داده ها از بالا به پایین یعنی از هاب مرکزی به ثانویه و سپس به دستگاه ها یا از پایین به بالا یعنی دستگاه ها به هاب ثانویه و سپس به هاب مرکزی جریان می یابد. این یک اتصال چند نقطه ای و یک توپولوژی غیر مستحکم است زیرا اگر ستون فقرات از کار بیفتد توپولوژی از کار می افتد.


مزایای توپولوژی درختی


  • این اجازه می دهد تا دستگاه های بیشتری به یک هاب مرکزی متصل شوند، بنابراین مسافتی را که توسط سیگنال برای رسیدن به دستگاه ها طی می شود کاهش می دهد.
  • این اجازه می دهد تا شبکه از رایانه های مختلف جدا شود و همچنین اولویت بندی کند.
  • ما می توانیم دستگاه های جدیدی را به شبکه موجود اضافه کنیم.
  • تشخیص خطا و تصحیح خطا در توپولوژی درختی بسیار آسان است.

معایب توپولوژی درختی


  • اگر هاب مرکزی خراب شود، کل سیستم از کار می افتد.
  • هزینه آن به دلیل کابل کشی بالا است.
  • اگر دستگاه های جدیدی اضافه شوند، پیکربندی مجدد دشوار می شود.

یک مثال رایج از توپولوژی درختی، سلسله مراتب در یک سازمان بزرگ است. در بالای درخت، مدیر عامل شرکت قرار دارد که به بخش ها یا بخش های مختلف (گره های کودک) شرکت متصل است. هر بخش سلسله مراتب خاص خود را دارد و مدیران بر تیم های مختلف (گره های نوه) نظارت می کنند. اعضای تیم (گره های برگ) در پایین سلسله مراتب هستند و به مدیران و بخش های مربوطه خود متصل هستند.


توپولوژی ترکیبی

این فناوری توپولوژیکی ترکیبی از انواع مختلف توپولوژی هایی است که در بالا مطالعه کردیم. توپولوژی ترکیبی زمانی استفاده می شود که گره ها آزاد باشند تا هر شکلی به خود بگیرند. این بدان معناست که اینها می توانند افرادی مانند توپولوژی حلقه یا ستاره باشند یا می توانند ترکیبی از انواع مختلف توپولوژی هایی باشند که در بالا مشاهده می شود. هر توپولوژی فردی از پروتکلی استفاده می کند که قبلاً در مورد آن صحبت شد.


شکل 6: شکل بالا ساختار توپولوژی Hybrid را نشان می دهد. همانطور که مشاهده می شود شامل ترکیبی از انواع مختلف شبکه است.


مزایای توپولوژی ترکیبی


  • این توپولوژی بسیار انعطاف پذیر است.
  • اندازه شبکه را می توان به راحتی با افزودن دستگاه های جدید افزایش داد.

معایب توپولوژی ترکیبی


  • طراحی معماری شبکه هیبریدی چالش برانگیز است.
  • هاب های مورد استفاده در این توپولوژی بسیار گران هستند.
  • هزینه زیرساخت بسیار بالا است زیرا یک شبکه هیبریدی به کابل کشی و دستگاه های شبکه زیادی نیاز دارد.


یک مثال رایج از توپولوژی ترکیبی، شبکه پردیس دانشگاهی است. شبکه ممکن است دارای ستون فقرات توپولوژی ستاره باشد که هر ساختمان از طریق یک سوئیچ یا روتر به ستون فقرات متصل می شود. در داخل هر ساختمان، ممکن است توپولوژی اتوبوس یا حلقه ای وجود داشته باشد که اتاق ها و دفاتر مختلف را به هم متصل می کند. نقاط دسترسی بی سیم همچنین یک توپولوژی مش برای دستگاه های بی سیم ایجاد می کنند. این توپولوژی ترکیبی امکان ارتباط کارآمد بین ساختمان های مختلف را فراهم می کند و در عین حال انعطاف پذیری و افزونگی را در هر ساختمان فراهم می کند.




چگونه یک توپولوژی برای شبکه خود انتخاب کنید: بهترین روش ها برای سال 2022

وقتی صحبت از توپولوژی شبکه می شود، هیچ اندازه ای برای همه مناسب نیست. توپولوژی ای که برای یک شرکت ایده آل است ممکن است برای شرکت دیگر بی اثر باشد. برای انتخاب توپولوژی شبکه، بهترین شیوه های فهرست شده در اینجا را دنبال کنید.

1. نیازهای شبکه خود را درک کنید

قبل از انتخاب توپولوژی شبکه، ضروری است که هدف نهایی شبکه خود را در نظر بگیرید. برنامه های مختلف شبکه به سخت افزار متفاوتی نیاز دارند و انتخاب سخت افزار مناسب قبل از ساختن یک شبکه کمک می کند تا از بسیاری از مشکلات عملیاتی غیرضروری جلوگیری کنید.


به برنامه هایی که اجرا خواهید کرد، فاصله انتقال داده و سطوح عملکرد مورد انتظار فکر کنید. سخت افزارهای مختلف برای توپولوژی های مختلف شبکه مناسب است و بالعکس. با ارزیابی سخت افزار موجود و حسابداری سخت افزار جدیدی که قصد تهیه آن را دارید شروع کنید. گاهی اوقات، سخت افزاری که در حال حاضر دارید می تواند برای یک توپولوژی شبکه جدید بدون هیچ گونه جنبه منفی قابل توجهی استفاده شود، بنابراین به شما امکان می دهد هزینه ها و زمان تهیه را کاهش دهید.


فضای فیزیکی عامل دیگری است که باید در نظر بگیرید. اگر همه سیستم‌هایی که باید به هم متصل شوند، در مجاورت یکدیگر هستند، راه‌اندازی را در نظر بگیرید که استفاده از کابل را به حداقل برساند، مانند اتوبوس یا ستاره. همچنین باید کابل کشی را از منظر زمانی در نظر بگیرید، زیرا کابل بیشتر به معنای زمان اجرای بیشتر است. به عنوان مثال، شبکه های مش بسیار کابل بر هستند (و بنابراین کار فشرده).


همچنین نوع کابلی که باید استفاده کنید را ارزیابی کنید. هر دو کابل جفت تابیده و کواکسیال از سیم کشی بر پایه مس عایق استفاده می کنند، در حالی که کابل های فیبر نوری با استفاده از لوله های شیشه ای یا پلاستیکی نازک و انعطاف پذیر ساخته می شوند. اگر نیاز به پهنای باند کم دارید، کابل های جفت تابیده مقرون به صرفه را انتخاب کنید. برعکس، کابل های کواکسیال زمانی مفید هستند که پهنای باند مورد نیاز بیشتر باشد. کابل کشی فیبر نوری حتی در انتقال داده کارآمدتر است. با این حال، گران تر است و به قطعات تکمیلی مانند گیرنده های نوری نیاز دارد.


در نهایت، سطح تجربه ای که تیم فناوری اطلاعات شما دارد را در نظر بگیرید. پیاده سازی و نگهداری شبکه، بدون آموزش گسترده به پرسنل واگذار می شود، باید توپولوژی آسانی مانند توپولوژی اتوبوس یا ستاره را طلب کند. اگر می خواهید توپولوژی مش، درختی یا ترکیبی را انتخاب کنید، از یک متخصص برای کمک به راه اندازی شبکه خود استفاده کنید.


2. بودجه را عاقلانه تنظیم کنید

کابل کشی و سایر سخت افزارها تنها هزینه هایی نیستند که باید برای آن بودجه اختصاص دهید. همچنین باید پولی را برای نصب کنار بگذارید و در صورت نیاز، یک مشاور برای کمک به شما در انتخاب توپولوژی عالی برای شبکه کامپیوتری خود و همچنین نظارت بر اجرای آن. هزینه همچنین می تواند در توپولوژی های پیچیده تر که اجزای مختلف شبکه را با هم ترکیب می کنند، ترکیب شود.


بودجه ای تنظیم کنید که هزینه های نصب و راه اندازی شما را با عملکرد مورد انتظار شبکه شما متعادل کند. در حالی که قابل درک است که توپولوژی های پیشرفته تر ممکن است در کوتاه مدت پرهزینه باشند، شما همچنین باید پیامدهای بلند مدت انتخاب یک راه اندازی ارزان تر را در نظر بگیرید. با این حال، اگر مورد استفاده از آنها را ندارید، نیازی به انتخاب اجزا و توپولوژی های پیشرفته غیر ضروری ندارید. به عنوان مثال، یک توپولوژی شبکه کامل با استفاده از کابل‌کشی فیبر نوری احتمالاً چیزی است که فقط شرکت‌هایی با نیازهای uptime پیشرفته به آن نیاز دارند.


در حالی که توپولوژی های قیمت گذاری، حلقه، اتوبوس و زنجیره ای دیزی مقرون به صرفه تر هستند، توپولوژی های مش، ستاره و درختی هزینه بیشتری برای پیاده سازی دارند.

3. قابلیت اطمینان را به خطر نیندازید

همه توپولوژی ها به یک اندازه قابل اعتماد نیستند. هنگام راه‌اندازی شبکه‌ای برای آزمایشگاه کامپیوتر مدرسه راهنمایی، احتمالاً می‌توانید از توپولوژی زنجیره‌ای گلدار خلاص شوید. با این حال، اگر شبکه ای را برای یک بیمارستان بزرگ یا یک بانک راه اندازی می کنید، احتمالاً باید یک توپولوژی مش قوی را انتخاب کنید. به یاد داشته باشید، پیکربندی شبکه نقش کلیدی در زمان از کار افتادگی و تأخیر دارد که روزانه با آن مواجه خواهید شد.


توپولوژی های زنجیره ای اتوبوس و دیزی برای تنظیمات غیر بحرانی خوب هستند. توپولوژی های حلقه به راحتی می توانند بارهای سنگین را پردازش کنند اما ممکن است به راحتی تسلیم یک نقطه شکست شوند. توپولوژی های ستاره به هیچ گره ای متکی نیستند اما در یک خرابی هاب مرکزی فرو می ریزند. توپولوژی های ترکیبی و مش قوی و قابل اعتماد هستند اما می توانند در هنگام راه اندازی و نگهداری منابع فشرده باشند.

4. مقیاس پذیری را در نظر بگیرید

مهم است که به یاد داشته باشید که شما در حال ایجاد یک شبکه، نه تنها برای امروز، بلکه برای آینده نیز هستید. اگر به گسترش شبکه خود در آینده نیاز دارید (و احتمالاً چنین خواهد شد)، یک توپولوژی به راحتی قابل انطباق را انتخاب کنید. توپولوژی های ستاره ای برای اضافه کردن، حذف و تغییر گره های بدون اختلال محبوب هستند. برعکس، در مورد توپولوژی های حلقه، ممکن است مجبور شوید کل شبکه را قبل از اینکه بتوانید به هر طریقی آن را تغییر دهید، قطع کنید.


تعداد فعلی دستگاه ها را در نظر بگیرید و این واقعیت را تصدیق کنید که احتمالاً با مشاهده رشد، چندین برابر افزایش می یابد. پراکندگی جغرافیایی دستگاه های خود را در نظر بگیرید، و به یاد داشته باشید، توپولوژی مناسب برای پیوند دادن 20 نقطه پایانی ممکن است زمانی که تعداد دستگاه ها از 1000 بیشتر شود، به طور کامل شکست بخورد.


همچنین، حتی اگر توپولوژی فعلی شما کاملاً افزایش یابد، ممکن است پس از عبور از تعداد معینی دستگاه، راه ارزان‌تری برای انجام آن وجود داشته باشد. به عنوان مثال، توپولوژی های درختی برای شبکه های بزرگتر ایده آل هستند، در حالی که توپولوژی های اتوبوس به طور موثر نیازهای شبکه شرکت های کوچک را برآورده می کنند.

5. اطمینان از اجرای موثر

در نهایت، در نظر بگیرید که پیاده سازی توپولوژی انتخاب شده چقدر آسان خواهد بود. احتمالاً باید به یک فروشنده سفارش دهید تا شبکه شما را نصب کند، حتی اگر بخواهید آن را به صورت داخلی حفظ کنید. انتخاب یک فروشنده باتجربه نگرانی های پیرامون پیچیدگی توپولوژی شبکه را برطرف می کند، زیرا پرسنل شبکه فروشنده دارای صلاحیت و تجربه لازم برای راه اندازی صحیح شبکه هستند. برعکس، راه اندازی توپولوژی شبکه انتخابی شما در داخل ممکن است هزینه ها را در کوتاه مدت کاهش دهد. با این حال، اگر پیکربندی صحیح اجرا نشود، ممکن است منجر به اشکالات شبکه شود.

چکیده

توپولوژی شبکه نحوه ارتباط دستگاه های مختلف در یک شبکه با یکدیگر را تجسم می کند. این کمک می کند تا همه ذینفعان با عملکرد و الزامات شبکه آشنا شوند. هیچ توپولوژی واحدی بهترین نیست - هر کدام مزایا و معایب خود را دارند. انتخاب توپولوژی شبکه مناسب برای سازمان شما به عوامل متعددی از جمله محیط شبکه، بودجه، قابلیت اطمینان و مقیاس پذیری بستگی دارد.

منابع:

ترجمه ای از مقاله ی انواع توپولوژی شبکه از سایت https://www.geeksforgeeks.org/

برگرفته از قسمتی از مقالات سایت https://www.spiceworks.com