توپولوژی شبکه چیست؟

توپولوژی شبکه چیست؟

به گزارش اپست به نقل از javatpoint ، توپولوژی ساختار شبکه را تعریف می کند که چگونه همه اجزا به یکدیگر متصل می شوند. دو نوع توپولوژی وجود دارد: توپولوژی فیزیکی و منطقی.

انواع توپولوژی شبکه

توپولوژی فیزیکی نمایش هندسی تمام گره های یک شبکه است. شش نوع توپولوژی شبکه وجود دارد که عبارتند از توپولوژی اتوبوس، توپولوژی حلقه، توپولوژی درختی، توپولوژی ستاره، توپولوژی مش و توپولوژی ترکیبی.

1) توپولوژی خطی

• توپولوژی خطی به گونه ای طراحی شده است که تمام ایستگاه ها از طریق یک کابل به نام کابل ستون فقرات به هم متصل می شوند.
• هر گره  با کابل دراپ به کابل ستون فقرات متصل می شود یا مستقیماً به کابل ستون فقرات متصل می شود.
• هنگامی که یک گره می خواهد پیامی را از طریق شبکه ارسال کند، پیامی را روی شبکه قرار می دهد. تمام ایستگاه های موجود در شبکه پیام را دریافت خواهند کرد که آیا آدرس داده شده است یا خیر.
• توپولوژی باس عمدتاً در شبکه های استاندارد 802.3 (اترنت) و 802.4 استفاده می شود. پیکربندی توپولوژی اتوبوس در مقایسه با توپولوژی های دیگر بسیار ساده تر است.
• کابل ستون فقرات به عنوان یک “یک خط” در نظر گرفته می شود که از طریق آن پیام به تمام ایستگاه ها پخش می شود.
• متداول ترین روش دسترسی توپولوژی های باس CSMA (Carrier Sense Multiple Access) است.

CSMA: این یک کنترل دسترسی رسانه است که برای کنترل جریان داده استفاده می شود تا یکپارچگی داده ها حفظ شود، یعنی بسته ها گم نشوند. دو راه جایگزین برای رسیدگی به مشکلاتی وجود دارد که زمانی که دو گره پیام ها را به طور همزمان ارسال می کنند، رخ می دهد.

CSMA CD: CSMA CD (تشخیص برخورد) یک روش دسترسی است که برای تشخیص برخورد استفاده می شود. هنگامی که برخورد تشخیص داده شد، فرستنده انتقال داده را متوقف می کند. بنابراین، روی “بازیابی پس از برخورد” کار می کند.

CSMA CA: CSMA CA (Collision Avoidance) یک روش دسترسی است که برای جلوگیری از برخورد با بررسی اینکه آیا رسانه انتقال مشغول است یا نه استفاده می شود. اگر مشغول باشد، فرستنده منتظر می ماند تا رسانه بیکار شود. این تکنیک به طور موثری احتمال برخورد را کاهش می دهد. در “بازیابی پس از برخورد” کار نمی کند.

مزایای توپولوژی خطی:

• کابل کم هزینه: در توپولوژی باس، گره ها مستقیماً بدون عبور از هاب به کابل متصل می شوند. بنابراین هزینه اولیه نصب کم است.
• سرعت داده متوسط: کابل های جفت کواکسیال یا به هم تابیده عمدتاً در شبکه های مبتنی بر باس که حداکثر 10 مگابیت بر ثانیه را پشتیبانی می کنند استفاده می شود.
• فن آوری آشنا: توپولوژی گذرگاه یک فناوری آشنا است زیرا تکنیک های نصب و عیب یابی به خوبی شناخته شده است و قطعات سخت افزاری به راحتی در دسترس هستند.
• شکست محدود: شکست در یک گره هیچ تاثیری بر سایر گره ها نخواهد داشت.

معایب توپولوژی Bus:

• کابل کشی گسترده: توپولوژی اتوبوس بسیار ساده تر است، اما همچنان به کابل کشی زیادی نیاز دارد.
• عیب یابی دشوار: برای تعیین عیوب کابل به تجهیزات تست تخصصی نیاز دارد. اگر هر گونه خطا در کابل رخ دهد، ارتباط همه گره ها را مختل می کند.
• تداخل سیگنال: اگر دو گره پیام ها را به طور همزمان ارسال کنند، سیگنال های هر دو گره با یکدیگر برخورد می کنند.
• پیکربندی مجدد مشکل است: افزودن دستگاه های جدید به شبکه باعث کندی شبکه می شود. تضعیف: تضعیف از دست دادن سیگنال منجر به مشکلات ارتباطی می شود. تکرار کننده ها برای بازسازی سیگنال استفاده می شوند.

2) توپولوژی حلقه

• توپولوژی حلقه مانند توپولوژی اتوبوس است، اما با انتهای متصل است.
• گره ای که پیام را از کامپیوتر قبلی دریافت می کند به گره بعدی مجددا ارسال می شود.
• داده ها در یک جهت جریان می یابند، یعنی یک جهته است.
• داده ها در یک حلقه منفرد به طور مداوم به عنوان یک حلقه بی پایان جریان می یابد.
• هیچ انتهای پایانی ندارد، یعنی هر گره به گره دیگری متصل است و نقطه پایانی ندارد.
• داده ها در یک توپولوژی حلقه در جهت عقربه های ساعت جریان دارند.
• متداول ترین روش دسترسی توپولوژی حلقه، عبور توکن است.

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

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

کار پاس توکن

•      یک توکن در سراسر شبکه حرکت می کند و تا زمانی که به مقصد برسد از رایانه ای به رایانه دیگر منتقل می شود.
• فرستنده رمز را با قرار دادن آدرس همراه با داده ها تغییر می دهد.
• داده ها از یک دستگاه به دستگاه دیگر منتقل می شود تا زمانی که آدرس مقصد مطابقت داشته باشد. پس از دریافت رمز توسط دستگاه مقصد، تأییدیه را برای فرستنده ارسال می کند.
• در توپولوژی حلقه، یک توکن به عنوان حامل استفاده می شود

مزایای توپولوژی حلقه:

• مدیریت شبکه: دستگاه های معیوب را می توان بدون از کار انداختن شبکه از شبکه حذف کرد.
•  در دسترس بودن محصول: بسیاری از ابزارهای سخت افزاری و نرم افزاری برای عملیات شبکه و نظارت در دسترس هستند.
• هزینه: کابل کشی جفت پیچ خورده ارزان است و به راحتی در دسترس است. بنابراین هزینه نصب بسیار پایین است.
• قابل اعتماد: این شبکه قابل اطمینان تری است زیرا سیستم ارتباطی به یک کامپیوتر میزبان وابسته نیست.

معایب توپولوژی حلقه:

• عیب یابی دشوار: برای تعیین عیوب کابل به تجهیزات تست تخصصی نیاز دارد. اگر هر گونه خطا در کابل رخ دهد، ارتباط همه گره ها را مختل می کند.
• خرابی: خرابی در یک ایستگاه منجر به خرابی کل شبکه می شود.
• پیکربندی مجدد مشکل است: افزودن دستگاه های جدید به شبکه باعث کندی شبکه می شود.
• تأخیر: تأخیر ارتباط مستقیماً با تعداد گره ها متناسب است. افزودن دستگاه های جدید تأخیر ارتباط را افزایش می دهد.

3) توپولوژی ستاره

• توپولوژی ستاره آرایشی از شبکه است که در آن هر گره به هاب مرکزی، سوئیچ یا یک کامپیوتر مرکزی متصل است.
• کامپیوتر مرکزی به عنوان سرور شناخته می شود و دستگاه های جانبی متصل به سرور به عنوان کلاینت شناخته می شوند.
• برای اتصال کامپیوترها از کابل کواکسیال یا کابل RJ-45 استفاده می شود.
• هاب ها یا سوئیچ ها عمدتا به عنوان دستگاه های اتصال در توپولوژی ستاره فیزیکی استفاده می شوند.
• توپولوژی ستاره محبوب ترین توپولوژی در پیاده سازی شبکه است.

مزایای توپولوژی ستاره

• عیب یابی کارآمد: عیب یابی در توپولوژی ستاره در مقایسه با توپولوژی اتوبوس بسیار کارآمد است. در توپولوژی اتوبوس، مدیر باید کیلومترهای کابل را بازرسی کند. در توپولوژی ستاره ای، تمام ایستگاه ها به شبکه متمرکز متصل هستند. بنابراین، مدیر شبکه برای رفع مشکل باید به ایستگاه واحد مراجعه کند.
• کنترل شبکه: ویژگی های پیچیده کنترل شبکه را می توان به راحتی در توپولوژی ستاره پیاده سازی کرد. هر تغییری که در توپولوژی ستاره ایجاد شود به طور خودکار در نظر گرفته می شود.
• خرابی محدود: از آنجایی که هر ایستگاه با کابل مخصوص به خود به هاب مرکزی متصل است، بنابراین خرابی در یک کابل کل شبکه را تحت تاثیر قرار نخواهد داد.
• فناوری آشنا: توپولوژی ستاره یک فناوری آشنا است زیرا ابزارهای آن مقرون به صرفه هستند.
• به راحتی قابل گسترش: به راحتی قابل گسترش است زیرا ایستگاه های جدید را می توان به پورت های باز در هاب اضافه کرد.
• مقرون به صرفه: شبکه های توپولوژی ستاره مقرون به صرفه هستند زیرا از کابل کواکسیال ارزان قیمت استفاده می کنند.
• سرعت داده بالا: از پهنای باند تقریباً 100 مگابیت بر ثانیه پشتیبانی می کند. Ethernet 100BaseT یکی از محبوب ترین شبکه های توپولوژی ستاره است.

معایب توپولوژی ستاره

نقطه خرابی مرکزی: اگر هاب یا سوئیچ مرکزی پایین بیاید، تمام گره های متصل قادر به برقراری ارتباط با یکدیگر نخواهند بود.

کابل: گاهی اوقات مسیریابی کابل زمانی که به مقدار قابل توجهی مسیریابی نیاز است دشوار می شود.

4) توپولوژی درختی

• توپولوژی درختی ویژگی های توپولوژی اتوبوس و توپولوژی ستاره را ترکیب می کند.
• توپولوژی درختی نوعی ساختار است که در آن تمام رایانه ها به صورت سلسله مراتبی به یکدیگر متصل می شوند.
• بالاترین گره در توپولوژی درختی به عنوان گره ریشه شناخته می شود و سایر گره ها از نوادگان گره ریشه هستند.
• تنها یک مسیر بین دو گره برای انتقال داده وجود دارد. بنابراین، یک سلسله مراتب والدین-فرزند را تشکیل می دهد.

مزایای توپولوژی درختی

• پشتیبانی از انتقال پهن باند: توپولوژی درختی عمدتاً برای ارائه انتقال پهنای باند استفاده می‌شود، یعنی سیگنال‌ها در فواصل طولانی بدون تضعیف ارسال می‌شوند.
• به راحتی قابل گسترش: می توانیم دستگاه جدید را به شبکه موجود اضافه کنیم. بنابراین می توان گفت که توپولوژی درختی به راحتی قابل گسترش است.
• به راحتی قابل مدیریت: در توپولوژی درختی، کل شبکه به بخش هایی به نام شبکه های ستاره ای تقسیم می شود که به راحتی قابل مدیریت و نگهداری هستند.
• تشخیص خطا: تشخیص خطا و تصحیح خطا در توپولوژی درختی بسیار آسان است.
• خرابی محدود: خرابی در یک ایستگاه کل شبکه را تحت تاثیر قرار نمی دهد.
• سیم کشی نقطه به نقطه: برای هر بخش سیم کشی نقطه به نقطه دارد.

معایب توپولوژی درختی

• عیب یابی دشوار: اگر هر گونه نقصی در گره رخ دهد، عیب یابی مشکل دشوار می شود.
• هزینه بالا: دستگاه های مورد نیاز برای انتقال باند پهن بسیار پرهزینه هستند.
• خرابی: توپولوژی درختی عمدتاً به کابل باس اصلی متکی است و خرابی کابل باس اصلی به کل شبکه آسیب می رساند.
• پیکربندی مجدد دشوار است: اگر دستگاه های جدیدی اضافه شوند، پیکربندی مجدد دشوار می شود.

5) توپولوژی مش

• فناوری مش آرایش شبکه ای است که در آن رایانه ها از طریق اتصالات اضافی مختلف به یکدیگر متصل می شوند.
• چندین مسیر از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر وجود دارد.
• این شامل سوئیچ، هاب یا هیچ کامپیوتر مرکزی نیست که به عنوان نقطه مرکزی ارتباط عمل می کند.
• اینترنت نمونه ای از توپولوژی مش است.
• توپولوژی مش عمدتاً برای پیاده سازی های WAN استفاده می شود که در آن خرابی های ارتباطی یک نگرانی اساسی است.
• توپولوژی مش عمدتاً برای شبکه های بی سیم استفاده می شود.
• توپولوژی مش را می توان با استفاده از فرمول تشکیل داد:

       تعداد کابل = (n*(n-1))/2;

جایی که n تعداد گره هایی است که شبکه را نشان می دهد.

• توپولوژی مش کاملا متصل
• توپولوژی مش تا حدی متصل

• توپولوژی Full Mesh: در توپولوژی شبکه کامل، هر کامپیوتر به تمام کامپیوترهای موجود در شبکه متصل است.
• توپولوژی مش جزئی: در توپولوژی مش جزئی، نه همه به جز برخی از رایانه ها به رایانه هایی که اغلب با آنها ارتباط برقرار می کنند، متصل نیستند.

مزایای توپولوژی مش:

• قابل اعتماد: شبکه های توپولوژی مش بسیار قابل اعتماد هستند، به طوری که گویی هر گونه خرابی پیوند بر ارتباط بین رایانه های متصل تأثیر نمی گذارد.
• ارتباط سریع: ارتباط بین گره ها بسیار سریع است.
• پیکربندی مجدد آسان تر: افزودن دستگاه های جدید ارتباط بین دستگاه های دیگر را مختل نمی کند.

معایب توپولوژی مش

• هزینه: توپولوژی مش حاوی تعداد زیادی دستگاه متصل مانند روتر و رسانه های انتقال بیشتری نسبت به توپولوژی های دیگر است.
• مدیریت: شبکه های توپولوژی مش بسیار بزرگ هستند و نگهداری و مدیریت آن بسیار دشوار است. اگر شبکه به دقت نظارت نشود، خرابی پیوند ارتباطی شناسایی نمی شود.
• کارایی: در این توپولوژی اتصالات اضافی زیاد است که باعث کاهش کارایی شبکه می شود.

6) توپولوژی ترکیبی

• ترکیب توپولوژی های مختلف مختلف به عنوان توپولوژی ترکیبی شناخته می شود.
• توپولوژی هیبریدی یک ارتباط بین پیوندها و گره های مختلف برای انتقال داده است.
• هنگامی که دو یا چند توپولوژی مختلف با هم ترکیب شوند، توپولوژی ترکیبی نامیده می شود و اگر توپولوژی های مشابه به یکدیگر متصل شوند، توپولوژی ترکیبی ایجاد نمی شود. به عنوان مثال، اگر توپولوژی حلقه ای در شعبه ای از بانک A و توپولوژی باس در شعبه دیگر بانک A وجود داشته باشد، اتصال این دو توپولوژی به توپولوژی ترکیبی منجر می شود.

مزایای توپولوژی ترکیبی

• قابل اطمینان: در صورت بروز خطا در هر قسمت از شبکه، بر عملکرد بقیه شبکه تأثیری نخواهد داشت.
• مقیاس پذیر: اندازه شبکه را می توان به راحتی با افزودن دستگاه های جدید بدون تأثیر بر عملکرد شبکه موجود افزایش داد.
• انعطاف پذیر: این توپولوژی بسیار منعطف است زیرا می توان آن را با توجه به نیازهای سازمان طراحی کرد.
• موثر: توپولوژی ترکیبی بسیار موثر است زیرا می توان آن را به گونه ای طراحی کرد که قدرت شبکه به حداکثر برسد و ضعف شبکه به حداقل برسد.

معایب توپولوژی ترکیبی

• طراحی پیچیده: اشکال عمده توپولوژی هیبریدی، طراحی شبکه هیبریدی است. طراحی معماری شبکه هیبریدی بسیار دشوار است.
• Costly Hub: هاب های مورد استفاده در توپولوژی هیبریدی بسیار گران هستند زیرا این هاب ها با هاب های معمولی که در توپولوژی های دیگر استفاده می شوند متفاوت هستند.
• زیرساخت های پرهزینه: هزینه زیرساخت بسیار بالا است زیرا یک شبکه هیبریدی به کابل کشی، دستگاه های شبکه و غیره زیادی نیاز دارد.