[lwptoc]

با توجه به اهمیت شبکه در دنیای امروز، نحوه ی ارتباط بین اجزا  یک شبکه اهمیت بسیار بالایی دارد، بنابراین متخصصین شبکه های کامپیوتری و افراد فعال در این حوزه باید دانش کافی و کارآمدی در این نوع ارتباطات داشته باشند.

آگاهی از این نوع ارتباطات کمکی بسیار زیادی در صرفه جویی از هزینه و داشتن شبکه ای با کارکرد بهینه میکند،حال با توجه به این مطلب در ذیل به شرح جزییات میپردازیم .

توپولوژی شبکه چیست؟

توپولوژی شبکه در واقع ساختار شبکه را تعریف می کند و در این تعریف چگونکی اتصال اجزا درون شبکه توصیف میشود.

توپولوژی همان روش های ارتباطی بین اجزای شبکه است که شامل دو بخش میشود که هر کدام از این بخش ها از دو منظر این ارتباطات بین اجزا شبکه را تحلیل میکند ، این دو نوع توپولوژی عبارتند از توپولوژی فیزیکی و منطقی.

توپولوژی فیزیکی

توپولوژی فیزیکی نمایش هندسی تمام گره های یک شبکه است که به نحوه اتصال بین اجزا با توجه به تعریف از پیش تعیین شده میپردازد .

 توپولوژی منطقی

به منطق اجرا شده  در این ارتباطات میپردازد،که در این نوع نحوه اجرا و شکل هندسی اجرا شده مهم نیست بلکه نوع کارکرد اجرایی اهمیت دارد.

مثالی برای درک بهتر تفاوت توپولوژی فیزیکی و منطقی

برای مثال ارتباط بین دو کامپیوتر در دو شعبه در شهرهای متفاوت از لحاظ فیزیکی ارتباطی است بر مبنای ارتباط رادیویی و یا بی سیم که با کمک خطوط مخابراتی و روترهای مخابرات برقرار میشود ولی وقتی  از لحاظ منطقی این ارتباط را بررسی میکنیم در آخر شبیه همان ارتباط point to point  میباشد.

در نمونه ای دیگر وقتی ارتباط بین کامپیوترها در توپولوژی star با هاب و ارتباط بین کامپیوترها در توپولوژی باس را با هم مقایسه میکنیم با توجه اینکه این نوع ارتباطات از لحاظ شکل هندسی متفاوت هستند ولی از لحاظ منطقیکارکردی یکسان دارند که همین باعث میشود که از نظر توپولوژی فیزیکی متفاوت باشند و از نظر توپولوژی منطقی یکسان .

در ادامه با توجه به توضیحات جامع درک این مثال ها آسان میشود .

انواع توپولوژی شبکه های کامپیوتری

با توجه به نحوه قرار گرفتن کلاینت ها در کنار هم  در یک شبکه توپولوژی های متفاوتی بوجود می آید از قبیل،توپولوژی خطی (Bus Topology)،توپولوژی حلقه  (Ring Topology)،توپولوژی درخت (Tree Topology)،توپولوژی مش (Mesh Topology)،توپولوژی ترکیبی (Hybrid Topology)، که در ادامه به آن توضیح هر کدام میپردازیم.

توپولوژی خطی (Bus Topology)

• توپولوژی Bus به گونه ای طراحی شده است که تمام کامپیوتر ها از طریق یک کابل به نام Backbone به هم متصل می شوند.
• هر nod(کامپیوتر) یا با کابل Drop به کابل Backbone  که کابل اصلی است متصل می شود یا مستقیماً به Backbone متصل می شود.
• هنگامی که یک nod می خواهد پیامی را از طریق شبکه ارسال کند، پیامی را روی شبکه قرار می دهد. تمام کامپیوترهای موجود در شبکه پیامی را دریافت خواهند کرد. به علت اینکه تنها یک کابل مسیر ارتباطی مشترک بین تمام کامپیوترها می باشد.
• توپولوژی شبکه باس عمدتاً در شبکه های استاندارد 802.3 (اترنت) و 802.4 استفاده می شود.
• پیکربندی توپولوژی شبکه bus در مقایسه با توپولوژی های دیگر بسیار ساده تر است.
• در این توپولوژی شبکه از تکنولوژی CSMA/CD استفاده میشود تا هم باعث جلوگیری از برخورد بین داده های ارسالی شود و هم اگر برخوردی رخ داد بتواند آن را مدیریت کند.

CSMA : برای جلوگیری از ایجاد برخورد بین داده ها سعی میکند رسانه مشترک بین کامپیوترها را رصد کند و سپس داده ها را ارسال کند .

CSMA/CD: در صورت ایجاد برخورد سیگنالی بنام JAM  را به کامپیوترها ارسال میکند تا برای بازه زمانی مشخص و تعریف شده داده ای را ارسال نکنند. برای جلوگیری از ازدحام برخورد و از کار افتادن شبکه .

مزایا توپولوژی Bus

• هزینه کم برای کابل کشی:

در توپولوژی Bus، گره ها مستقیماً بدون عبور از هاب به کابل متصل می شوند. بنابراین هزینه اولیه نصب کم می باشد.

• سرعت داده متوسط :

در این شبکه از کابلهای Coaxial ویا twisted pair استفاده میشود که حد اکثر سرعت Mbps 10 را پشتیبانی میکند.

• شناخته شده ترین و قدیمی ترین :

این توپولوژی شبکه، یک فناوری آشنا است به همین علت تکنیک های نصب و عیب یابی آن به خوبی شناخته شده است و قطعات سخت افزاری مورد نیاز آن به راحتی در دسترس هستند.

معایب توپولوژی Bus

• کابل کشی گسترده:

توپولوژی اتوبوس بسیار ساده 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 است که منجر به مشکلات ارتباطی می شود. تکرار کننده ها برای بازسازی سیگنال استفاده می شوند.

توپولوژی حلقه  (Ring Topology)

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

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

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

نحوه عملکرد Token passing :

یک توکن در سراسر شبکه حرکت می کند و تا زمانی که به مقصد برسد از رایانه ای به رایانه دیگر منتقل می شود.

داده ها از یک دستگاه به دستگاه دیگر منتقل می شوند تا زمانی که آدرس مقصد با کامپیوتر مقصد مطابقت داشته باشد و پس از دریافت رمز توسط دستگاه مقصد، تأییدیه را برای فرستنده ارسال می کند.

در توپولوژی شبکه حلقه، یک توکن به عنوان حامل استفاده می شود.

مزایا توپولوژی RING

• 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 twisted pair  ارزان است و به راحتی در دسترس است. بنابراین هزینه نصب بسیار پایین است.

• قابل اعتماد:

این شبکه قابل اعتماد زیرا سیستم ارتباطی به یک کامپیوتر میزبان وابسته نمی باشد.

معایب توپولوژی RING

• عیب یابی دشوار:

برای پیدا کردن اشکال پیش آمده برای کابل به تجهیزات تست تخصصی نیاز است. اگر هر گونه خطا در کابل رخ دهد، ارتباط همه گره ها مختل می شود.

• 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 مستقیم با تعداد گره ها در شبکه دارد. افزودن دستگاه های جدید تاخیر ارتباطی را افزایش می دهد.

 

 توپولوژی ستاره (Star Topology)

• 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 شبکه ستاره استفاده می شوند. در صورتیکه از هاب استفاده شود از لحاظ منطقی با توپولوژی Bus یکسان میباشد، در صورت استفاده از سوئیچ میتوان گفت هم از لحاظ منطقی و هم از لحاظ فیزیکی توپولوژی Star می باشد.
• توپولوژی ستاره محبوب ترین توپولوژی در پیاده سازی شبکه است.

مزایا توپولوژی Star

• عیب یابی کارآمد:

عیب یابی در توپولوژی Star در مقایسه با توپولوژی Bus بسیار کارآمد تر است. در توپولوژی Bus ،مدیر باید کیلومترها کابل را بررسی کند. در توپولوژی Star، تمام ایستگاه ها به یک دستگاه مرکزی متصل هستند. بنابراین، مدیر شبکه باید برای رفع مشکل به دستگاه مرکزی و ارتباط آن با  واحد مربوطه  مراجعه کند.

• کنترل شبکه:

با توجه به وجود دستگاه مرکزی مدیریت شبکه بسیار آسانتر خواهد بود و این مدیریت بسیار بیشتر میشود اگر دستگاه مرکزی سوئیچ باشد.

• 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 نمی دهد.

• فناوری آشنا:

توپولوژی شبکه ستاره یک فناوری آشنا است زیرا ابزارهای آن مقرون به صرفه هستند.

• گسترش پذیری:

به راحتی قابل گسترش است زیرا ایستگاه های جدید را می توان به پورت های آزاد در هاب اضافه کرد.

• مقرون به صرفه:

زیرا بصورت رایج از کابل کواکسیال ارزان قیمت استفاده میشود.

• سرعت انتقال داده بالا:

از پهنای باند تقریباً 100 مگابیت بر ثانیه پشتیبانی می کند. Ethernet 100BaseT یکی از محبوب ترین شبکه های توپولوژی Star است.

معایب توپولوژی Star

• خرابی دستگاه مرکزی:

اگر هاب یا سوئیچ مرکزی دچار اشکال شود، تمام گره های متصل قادر به برقراری ارتباط با یکدیگر نخواهند بود.

• کابل:

درصورت زیاد شدن کامپیوترها و فاصله آنها از یکدیگر کابل کشی بسیار زیاد میشود که هم در سرعت انتقال داده اثر می گذارد و همچنین مقرون بصرفه نخواهد بود.

توپولوژی درخت (Tree Topology)

• توپولوژی درختی ویژگی های توپولوژی Bus 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 تمام گره های دیگر 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.

 مزایا توپولوژی درخت

• پهنای باند مناسب :

توپولوژی درختی عمدتاً برای ارائه انتقال از پهنای باند  قابل قبولی استفاده می‌کند، یعنی سیگنال‌ها در فواصل طولانی بدون تضعیف ارسال می‌شوند.

• گسترش پذیری:

می توانیم دستگاه جدید را به شبکه موجود اضافه کنیم. بنابراین می توان گفت که توپولوژی درختی به راحتی قابل گسترش است.

• مدیریت آسان شبکه :

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 درخت 

• عیب یابی دشوار:

اگر هر گونه نقصی در گره رخ دهد، عیب یابی دشوار می شود.

• هزینه بالا:

دستگاه های مورد نیاز برای انتقال پهنای باند بالا 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.

توپولوژی مش (Mesh Topology)

• 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 توپولوژی 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; متغییر n تعداد نود های شبکه می باشد.

توپولوژی مش به دو دسته تقسیم می شود:

توپولوژی شبکه مش کاملا متصل (Full Mesh) : هر کامپیوتر به تمام کامپیوترهای موجود در شبکه متصل است.

توپولوژی مش تا حدی متصل(Partially Mesh) : هر کامپیوتر به کامپیوتری متصل است که ارتباط بیشتری با آن خواهد داشت.

مزایا توپولوژی Mesh

• قابل اعتماد:

شبکه های توپولوژی مش بسیار قابل اعتماد هستند، به طوری که گویی هر گونه خرابی 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 Mesh

• هزینه:

توپولوژی شبکه مش حاوی تعداد زیادی دستگاه 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 شناسایی نمی شود.

• کارایی:

در این توپولوژی اتصالات اضافی زیاد است که باعث کاهش کارایی شبکه می شود.

 توپولوژی ترکیبی (Hybrid Topology)

ترکیب توپولوژی های 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 شبکه 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 یک بانک و توپولوژی باس در شعبه دیگر همان بانک وجود داشته باشد، اتصال این دو توپولوژی به توپولوژی ترکیبی منجر می شود.

مزایا توپولوژی Hybrid Topology

• 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 شبکه 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 Hybrid Topology

• طراحی پیچیده:

اشکال عمده توپولوژی شبکه هیبریدی، طراحی شبکه هیبریدی است. طراحی و معماری شبکه هیبریدی بسیار دشوار است.

• هزینه بالا:

هاب های مورد استفاده در توپولوژی  شبکه هیبریدی بسیار گران هستند زیرا این هاب ها با هاب های معمولی که در توپولوژی های دیگر استفاده می شوند متفاوت هستند.

هزینه زیرساخت بسیار بالا است زیرا یک شبکه هیبریدی به کابل کشی، دستگاه های شبکه زیادی نیاز دارد.

انتخاب بهترین توپولوژی شبکه

در انتها یک متخصص شبکه باید نسبت به درخواست مصرف کننده و همچنین بررسی فضا و امکانات موجود و همچنین زیر ساخت موجود و یا قابل پیاده سازی بهترین تصمیم و انتخاب را بگیرد و همچنین گسترش پذیری و انعطاف پذیری شبکه را در نظر بگیرد و بهترین پیشنهاد را برای اجرا بدهد .

اگر شما جز افرادی هستید که به مباحث اکتیو و پسیو شبکه علاقه دارید و مشتاق هستید که در حوزه ی سخت افزار و شبکه های کامپیوتری، اطلاعات کسب کنید، محتوای تیم مستر خطیب را دنبال کنید و با ارائه نظر، ما را در بهبود و ارتقای کیفیت مطالب یاری کنید.

هم چنین در دوره تخصصی، کاربردی و کامل شبکه، علاوه بر آشنایی کامل و کاربردی با تجهیزات و شبکه های کامپیوتری، نحوه اجرا و کانفیگ کردن آنها را هم یاد میگیرید تا همه چیز را برای ورود به بازار شبکه به همراه داشته باشید.