توپولوژی شبکه چیست؟

توپولوژی شبکه

اول از همه بهتر است با اصطلاح Node آشنا شوید. به هر کدام از این کامپیوترها و موبایل ها و سایر قطعات داخل شبکه که اطلاعات را جابجا می کنند و یا به اشتراک می گذارند، اصطلاحاً Node گفته می شود.چیدمان این Node ها در شبکه، توپولوژی شبکه یا آرایش آن شبکه را تشکیل میدهد.

توپولوژی شبکه باس (Bus Topology) یا خطی

این نوع یکی از ساده‌ترین نوع توپولوژی شبکه (چیدمان یا همبندی) است. در این نوع شبکه ها معمولاً یک خط ارتباطی مرکزی به عنوان ستون فقرات اصلی شبکه یا اصطلاحاً یک بک بن شبکه (Network Back Bone) در نظر گرفته می‌شود و بقیه دستگاه‌ها و نودها به آن متصل می شوند.

معمولاً یک کابل کواکسیال که با آن در ادامه آشنا می شویم به عنوان ستون فقرات اصلی شبکه وجود دارد که تک تک دستگاه ها با کانکتورها یا اتصالات مخصوص این شبکه ها، به آن متصل هستند.

اطلاعات از چه طریقی در این شبکه جا به جا می شود؟

در این شبکه، کامپیوتر یا دستگاهی که می خواهد اطلاعات خود را برای مقصد دیگر ارسال کند، آنها را روی خط بک بن یا همون ستون فقرات (درصورتیکه خط خالی باشد) می فرستد. تمامی دستگاه هایی که به خط وصل هستند این اطلاعات را گوش می‌کنند ولی فقط دستگاه هدف یا دستگاه مقصد اطلاعات را دریافت می کند. به این روند، اصطلاحاً ارسال اطلاعات یا Broadcast می‌گویند.

به عنوان مثال از این نوع شبکه‌ها می توان آنتن هایی که داخل خانه ها وصل هستند را در نظر گرفت. البته روند کار ساده تر از آنی است که در شبکه استفاده می شود، ولی تصور کنیم یک سیم آنتن از پشت بام وارد منزل شده، در اتاق ها و سالن ها و قسمت های مختلف خانه، پریزهایی نصب شده که می توانید چند تلویزیون را به آنتن وصل کنید و استفاده کنید.

البته در شبکه، یک مقدار قضیه متفاوت می‌شود. نوع کابل فرق می کند و تکنولوژی جابجا کردن اطلاعات نیز متفاوت است. اما این مثال، توضیح ساده ای از شبکه ای است که همه ما در طی روز با آن مواجه می شویم.

به این شکل که یک کابل، اطلاعات را جابجا می کند و هر کدام از این دستگاه ها که نیاز باشد می توانند اطلاعات را بفرستند و آن کابل را اشغال می کنند. ارسال اطلاعات شروع و به دستگاه مقصد میرسد و جواب دلیوری یا رسیدش برمی گردد.

 البته این تصویری که می بینید مربوط به یک نوع از شبکه‌های باز به نام لینیر (Linear) می باشد که یک کابل مرکزی در شبکه قرار دارد. همینطور که می بینید، دو سر کابل هم به یک قطعه به نام ترمیناتور وصل شده که کار ترمیناتور، نشان دادن انتها و ابتدای کار است.

در کل هر نوع شبکه ای که یک بک بن (Back Bone) مرکزی داشته باشد که کامپیوترها برای ارسال اطلاعات از آن استفاده کنند و آن را اشغال کنند، به شبکه باس معروف است و این شبکه با سیم که اینجا روی تصویر دارید می‌بینید که یک خط مرکزی دارد که دو سر آن ترمیناتور نصب شده، به اسم شبکه لینیر (Linear Network) معروف است.

مزایای شبکه خطی (Linear Network)

این شبکه ها معمولاً ارزان تر هستند و نصبشان آسانتر است. به خصوص برای اضافه کردن یک دستگاه جدید یا یک نود در بخش خصوصی.

معایب شبکه خطی

اصلی ترین مشکل شبکه های خطی یا شبکه های باس این است که اگر هر کدام از این دستگاه ها بخواهند اطلاعاتشان را روی شبکه بفرستند، باید به نوعی با هم رقابت کنند. چون اگر کامپیوتر دیگر به صورت همزمان اطلاعات را بفرستد، این وسط تصادم یا کالیژن (Collision) به وجود میاد که در مبحث شبکه اصلاً چیز خوبی نیست.

همینطور اگر بخواهیم شبکه را در مقیاس های بزرگتر اجرا کنیم، محدودیت های زیادی دارد و آزار دهنده خواهد بود. چون کالیژن حتی بیشتر هم می شود و ما را دچار مشکلات عدیده می کند.

مشکل دیگر ایراد یابی و تحمل خطای پایین در این شبکه‌ها است که به عنوان یکی دیگر از ضعف‌های آن شمرده می شود. وقتی یکی از کامپیوتر های داخل شبکه، مشکلی پیدا کند و یا اطلاعاتی که میفرستد، به مقصد نرسد تا بخواهیم متوجه شویم که ایراد از کجاست و خط ها مشکل دارند یا کامپیوتر فرستنده یا گیرنده، یا هر نوع ایراد یابی دیگری، کارمان بسیار مشکل و پیچیده می شود.

اما به هر حال، این روزها این شبکه کاربرد خاص خودش را دارد به خصوص اگر از این نوع شبکه برای تلفیق چندین شبکه دیگر استفاده بشود. بنابراین اینطور نیست که بگوییم این نوع شبکه ها، منسوخ شده اند و دیگر هیچ استفاده ای ندارند.

توپولوژی شبکه رینگ (Ring topolog)

در این نوع توپولوژی شبکه که در تصویر می بینید، چیدمان قرارگیری کامپیوترها یا نود های داخل شبکه به صورت حلقه است.

یعنی اینکه هر نود به نوعی، قبل و بعد از یک نود دیگر قرار می‌گیرد. فرض کنیم، کامپیوتر A در این تصویر می خواهد اطلاعاتی را به کامپیوتر D بفرستد به این ترتیب باید اول از کامپیوتر B و بعد از کامپیوتر C رد بشود تا بعد به کامپیوتر D برسد.

 به این ترتیب بین آنها یک حالت حلقه به وجود می آید و اطلاعات بین آنها همواره می چرخد. می توان گفت که توپولوژی رینگ، شکل پیشرفته تر توپولوژی باس است که تفاوتش با توپولوژی باس در این است که هر کامپیوتری که اطلاعات را می گیرد، ابتدا بررسی می‌کند که آدرس مقصد کجاست، اگر خودش باشد که اطلاعات را برمی دارد در غیر این صورت، حتی سیگنال را تقویت می کند و انتقال می دهد به کامپیوتر بعدی. این روند به همین ترتیب ادامه پیدا می کند تا اطلاعات به مقصد برسد.

مزیت توپولوژی شبکه رینگ نسبت به باس

مزیت توپولوژی شبکه رینگ نسبت به شبکه‌های باس این است که فواصل بیشتری را پشتیبانی می کند چون تقویت سیگنال در هر کدام از نودها انجام می شود. بنابراین، می توان برای شبکه‌های بزرگتر، روی این نوع توپولوژی شبکه ، بیشتر حساب کرد.

 همینطور چون طول کابل کم است و فقط بین یک نود تا نود بعدی در نظر گرفته می شود معمولاً ضریب اعتماد شبکه بالاتر است. در اینصورت اگر اتفاقی بیفتد لازم نیست مثل حالت باس که فقط یک بک بن (Back Bone) داشتیم، نگران سلامت وضعیت آن باشیم.

اگر در توپولوژی رینگ، اتفاقی برای هر کدام از کابل ها بیفتد فقط همان یک تکه کابل بین دو نود نیاز به بررسی و یا تعویض دارد. درنتیجه پس از برطرف شدن مشکل، شبکه مجدداً شروع به کار می کند.

در شبکه هایی که از فیبر نوری استفاده می شود به خصوص در برخی از شبکه های خاص آن، معمولاً این نوع توپولوژی کاربرد خوبی دارد.

معایب توپولوژی رینگ

توپولوژی شبکه رینگ دارای معایبی نیز هست که در ادامه آنها را مطرح می کنیم:

مشکل بودن رفع ایراد شبکه

اگر یکی از کامپیوترهای داخل شبکه از کار بیفتد، کل مدار از کار می افتد یعنی اصطلاحاً این نوع شبکه وابسته به تک تک نود های خود است. حالا تصور کنید که یکی از نودها، خراب شود و شما ندانید کدام‌ قسمت دچار مشکل شده بنابراین، مجبورید تک تک آنها را بررسی کنید.

به همین علت، معمولاً ایراد یابی و رفع اشکال در شبکه رینگ تا حدودی سخت است. اگر بخواهید ساختار شبکه را دستکاری کنید، و آن را تغییر بدهید نیز دچار مشکل می‌شوید. طراحی این شبکه به نحوی است که اگر بخواهید چیزی را اضافه کنید یا اینکه توپولوژی آن را عوض کنید نیز دچار مشکل خواهید شد.

Half Duplex بودن : تفاوت هالف داپلکس (Half Duplex) یا فول داپلکس(Full Duplex)  چیست؟

وقتی کامپیوتر A می خواد یکسری اطلاعات به کامپیوتر B بفرستد، خط را اشغال می کند. در شبکه‌های هالف داپلکس، وقتی که فقط از کامپیوتر A به B اطلاعات ارسال می شود و برای ارسال یا همان جواب گرفتن از کامپیوتر B باید دوباره خط آزاد بشود، اصطلاحاً می گوییم خط یکطرفه یا هالف داپلکس هست. یعنی امکان این وجود ندارد که به طور همزمان، هم اطلاعات فرستاده و هم دریافت شود. ولی در شبکه های فول داپلکس، شما همزمان می توانید اطلاعات را بفرستید و دریافت کنید.

توپولوژی توکن رینگ (Token Ring)

توپولوژی توکن رینگ (Token Ring)، حالت پیشرفته تری از شبکه‌ رینگ است. در این شبکه ها معمولاً یک دستگاه به اسم MAU یا سوییچ MAU در وسط قرار می گیرد و بقیه نودهای داخل شبکه هم به آن وصل می شوند. انتقال اطلاعات در این شبکه‌ها، توسط یک بسته به اسم توکن یا پیک شبکه انجام می شود.

توکن (Token) چیست؟

توکن در اصل مثل یک چاپار یا پیک عمل می کند که داخل شبکه رینگ وجود دارد و به طور مداوم و باسرعت بالا می چرخد.

هر کدام از این کامپیوتر ها اگر بخواهند اطلاعاتی را ارسال کنند، توکن را می گیرند، اطلاعات را بارگذاری و به مقصد ارسال می کنند.

در این شرایط اولویت این که کدام یک از کامپیوترها بتوانند سریعتر توکن را دریافت کنند، البته به شرطی که هر دو بخواهند همزمان اطلاعات را بفرستند، بر اساس مشخصه‌ هایی مثل سریال یا آدرس کارت شبکه آن دستگاه، تعیین می شود که مباحث آن طولانی است و در مقاله دیگری به آن می پردازیم.

توکن چگونه کار می کند؟

به طور کلی، اطلاعات توسط اولین متقاضی که توکن را می گیرد، روی توکن بارگذاری می شود. پس از اینکه توکن، اطلاعات روی خود را تحویل مقصد دارد، به کامپیوتر مبدا برمی گردد و اصطلاحاً به آن رسید می دهد که اطلاعاتی را تحویل دادم و برگشتم.

به این ترتیب، توکن آزاد می شود که اگر یک کامپیوتر دیگر قصد ارسال اطلاعات داشته باشد بتواند از آن استفاده کند.

برای تکمیل این توضیحات باید گفت که توکن یک شی خاصی نیست که داخل سیم در حال حرکت باشد بلکه یک ولتاژ ۰.۳ است که وقتی اشغال می شود تا ۵ اهم بالا می رود. بنابراین، کامپیوتری که می خواهد اطلاعاتی را ارسال کند ابتدا خط را چک می کند اگر ببیند که ولتاژ خط بالاست صبر می کند تا دوباره به ۰.۳ برسد. سپس، مجدداً از آن خط استفاده می کند.

مزیت شبکه توکن رینگ نسبت به رینگ ساده

مزیت این نوع شبکه رینگ نسبت به توپولوژی رینگ ساده که پیش از این توضیح دادیم این است که هر کدام از این Node های شبکه که خراب شوند، تاثیری رو بقیه نمی گذارند چون قرار نیست که اطلاعات از کامپیوتر قبلی به کامپیوتر بعدی انتقال پیدا کند. بلکه  یک دستگاه برای سوئیچ در وسط به اسم ام ای یو (MAU) وجود دارد که این توکن را جابه‌جا می‌کند و اطلاعات نیز داخل توکن جابجا میشوند.

معایب شبکه توکن رینگ

اگر در Ring اتصالی بوجود بیاید، کل شبکه را قطع می‌شود.

اگر سوییچ دچار مشکل بشود، دیگه امیدی به این شبکه نیست مگر این که یک سوییچ پشتیبان  وجود داشته باشد یا تمهیدات دیگری را در نظر گرفته باشیم که فعلا در این زمینه نمی خواهیم صحبت کنیم.

سرعت انتقال اطلاعات شبکه های با توپولوژی توکن رینگ، پایین است، چون زمانیکه یک توکن اشغال می شود، بقیه کامپیوترها باید منتظر بمانند که این معمولا در یک شبکه گزینه خوبی نیست چون زمان در شبکه ها نقش خیلی مهمه  را ایفا می کند.

توپولوژی مش (Mesh Topology)

توپولوژی مش به وضوح در تصویر بالا نشان داده شده و همانطور که می بینید به ارتباط چندتایی و مستقیم بین نودها، چیدمان یا آرایش مش می گویند. اصطلاحا به این تپولوژی، مالتیپل دایرکت کانکشنز (Multiple Direct Connections) یا ارتباط مستقیم و چندگانه نیز گفته می شود.

در این توپولوژی، برای اتصال یک Node به Node دیگر، یک خط مستقیم وجود دارد. به عنوان مثال، فرض کنید در تصویر بالا، کامپیوتر بالایی، شبکه ای در تهران و کامپیوتر پایین، شبکه ای در اصفهان است. و کامپیوترهای دیگر هم شبکه هایی در شهرهای مختلف مثل یزد، مشهد و همینطور شهر های مختلفی هستند که می خواهند به یکدیگر متصل شوند.

اگر دقت بکنید می بینید مثلا تهران به تک تک این شبکه ها، یک خط مستقیم دارد و اگر هر کدام از این خط های مستقیم، قطع بشود می تواند از طریق خطوطی که با شهرهای دیگه دارد به شهر مقصد متصل شود.

برای درک بهتر این توپولوژی، باید با دو اصطلاح آشنا شوید:

۱.      فول مش (Full Mesh)

 در شبکه فول مش دقیقاً شبیه تصویری که در بالا می‌بینید، هر کامپیوتر برای اتصال به کامپیوترهای دیگر قطعاً یک راه مستقیم دارد و به جز آن یک راه مستقیم، راه های دیگری هم وجود دارد تا اگر راه مستقیم از بین رفت، بتواند راه دیگر را جایگزین کرده و استفاده کند.

۲.      پارشال مش (Partial Mesh)

در شبکه های پارشال مش، ممکن است قطعاً ارتباط مستقیمی بین هر Node با Node دیگر وجود نداشته باشد. مثلاً ممکن است شبکه موجود در تهران که با شبکه شهر دیگری مثل اصفهان ارتباط مستقیم نداشته باشد ولی بتواند مستقیماً به شبکه قم متصل شده و از آنجا به شبکه اصفهان وصل شود.

مهمترین نمونه  از نوع شبکه‌های مش، همین اینترنت است. اینترنت در حال حاضر در کل دنیا به همین شکل پیاده سازی می شود. یعنی هر زمانی که هر خط ارتباطی را از دست بدهید بلافاصله می توانید از راه های دیگر یا خطهای ارتباطی دیگر از آن استفاده کنید.

حتی بسیاری از شبکه‌های مخابراتی هم در قسمت های مختلفی از حالت پارشال مش استفاده می کنند که مثل همان مثالی که برای شهرها زدیم اگر بخواهند در قسمت های مختلف، ارتباط برقرار کنند، علاوه بر داشتن یک خط مستقیم بتوانند از خط های جایگزین هم استفاده کنند.

مزیت توپولوژی شبکه مش

شبکه هایی با توپولوژی مش، ضریب اطمینان بالایی دارند چون خرابی هر کدام از این Node ها در شبکه، اثری روی قسمت های دیگر ندارد.

معایب توپولوژی مش

توپولوژی شبکه مش، پیچیدگی های زیادی دارد و تنظیم کردن و پیاده سازی آنها نیز نیازمند هزینه زیادی است.

تصور کنید که بخواهید از هر شبکه یک خط مستقیم به شبکه های دیگر بکشید، بنابراین، خطوط مختلف و زیادی را باید برای این کار مهیا کنید که هزینه زیاد یا مدیریت سختی را هم به شما تحمیل می کند.

توپولوژی استار (Star Topology)

توپولوژی استار بیشترین کاربرد و پیاده سازی را در شبکه های مختلف دارد. این مدل شبکه ها، یک دستگاه مرکزی در وسط قرار دارد و سایر Node ها و قطعات و دستگاه های دیگر از طریق این دستگاه مرکزی به هم متصل می شوند که می تواند یکی از موارد زیر باشد:

• Switch
• Rotter
• Hub

که درباره هرکدام در دروس بعدی به طور مفصل توضیح خواهیم داد.

توپولوژی شبکه استار تقریباً شبیه به توپولوژی توکن است اما در این نوع چیدمان با آرایش ستاره ای سر و کار داریم. در حقیقت Ring در این شبکه وجود ندارد بلکه نوع مداری که در این دستگاه مرکزی قرار گرفته این قابلیت را به شما می دهد که هر کدام از Node ها بخواهند به هر قسمت دیگری متصل شوند، به طور مستقیم فقط به مقصد موردنظرشان ارتباط پیدا کنند.

مزیت شبکه های با توپولوژی ستاره

اضافه کردن یک دستگاه یا Node  جدید به شبکه بسیار ساده است به شرط آنکه دستگاه مرکزی دارای پورت یا درگاه خالی برای اتصال دستگاه جدید باشد. به این ترتیب فقط با یک کابل می توانید یک کامپیوتر جدید را وارد مدار کنید.

قطع کردن هر یک ازNode  ها تاثیری روی شبکه و عملکرد آن نخواهد داشت و دسترسی شبکه فقط به همان کامپیوتر یا دستگاهی که اتصال آن قطع شده برقرار نمی باشد.

مدیریت توپولوژی استار بسیار راحت تر از سایر توپولوژی ها است. تمرکز بهتری روی تنظیم کردن و پکیربندی آن، وجود دارد. طراحی آن نیز بسیار دقیق تر و مناسب تر است.

این نوع توپولوژی بیشترین کاربرد را در شبکه های LAN و WAN دارد. با این حال نمی توان گفت که در شبکه های دیگر مثل CAN نیز کارایی ندارد.

انتقال اطلاعات در شبکه هایی با توپولوژی استار هم به صورت Full Duplex و هم به صورت Half Duplex انجام می شود.

معایب توپولوژی شبکه استار

تنها ایراد این نوع شبکه این است که اگر دستگاه مرکزی خراب شود یا از کار بیفتد، کل شبکه از کار خواهد افتاد که برای رفع این مشکل معمولا یک دستگاه پشتیبان در نظر می گیرند که اگر دستگاه مرکزی اولی از کار افتاد به جای آن جایگزین شده و شبکه را برقرار نگه دارد.

توپولوژی هیبرید یا چندگانه (Hybrid Topology)

در این نوع توپولوژی می توان ترکیب از چند توپولوژی که تاکنون شرح دادیم را به کار برد. به عنوان مثال ممکن است در شبکه ای هم از توکن رینگ (Token Ring) و هم استار (Star) را مورد استفاده قرار دهیم و شبکه ای نسبتاً پیچیده تر را تشکیل بدهیم.

در شبکه هیبرید به هرکدام از توپولوژی هایی که شبکه هیبریدی را تشکیل داده یک Segment گفته می شود و توپولوژی که بین هر کدام از توپولوژی های دیگر ارتباط برقرار می کند، بک بن (Back Bone) نام دارد.

مثلا یک شبکه با توپولوژی Bus را در نظر بگیرید که چندین Node را به هم متصل کرده اگر هرکدام از این Node ها خودشان شبکه ای با توپولوژی متفاوت مثل استار باشند که چندین Node زیرمجموعه را به هم متصل کرده اند، شبکه با توپولوژی Bus، بک بن (Back Bone) تمامی این شبکه ها می شود.

پیچیده بودن برقراری ، این شبکه ها، نیاز به دانش و مهارت بالایی دارد و هزینه بالایی نیز باید صرف آن شود. در طراحی این شبکه ها باید دقت بالایی داشته باشیم چون ممکن است خطای انسانی بیشتر اتفاق بیفتد.

کاربرد توپولوژی شبکه هیبرید

• در شبکه های بسیار بزرگ و طراحی های خاص است
• معمولاً برای اینکه بخواهیم شبکه ای را گسترش دهیم یا تعداد کامپیوترهایی که از یک شبکه استفاده می کنند را افزایش دهیم.
• زمانی که بخواهیم دو نوع شبکه را با هم تلفیق کنیم.

در پایان، برای اینکه آمادگی لازم را برای آموزش های بعدی پیدا کنید بهتر است با اصطلاحات زیر آشنایی کاملی داشته باشید:

Segment

به هر بخش فیزیکی از شبکه توسط یک دستگاه به بخش دیگری متصل شده، سگمنت گفته می شود. بنابراین اصطلاح Segment فقط مختص شبکه هیبریدی نیست.

SLA (Service Level Agreement)

این اصطلاح بیان می کند که شبکه ای که در اختیار دارید در یک مدت مشخص مثلاً طی یک ماه یا یک سال، چقدر مجاز است که از کار بیفتد که بستگی به سیاست ها، پارامترها و نوع حساسیتی که شبکه دارد، تنظیم می شود.

Broadcast Domain

به یک بخش (Segment) یا محدوده ای از شبکه که دستگاه ها در آن اطلاعات را منتقل می کنند و اگر یک دستگاه اطلاعاتی را در آن محدوده Broadcast کند سایر دستگاه ها نیز آن را می بینند، Broadcast Domain گفته می شود.

Domain Collision

به قسمتی از شبکه (Segment) که در آن Collision بیشتری اتفاق می افتد، Domain Collision گفته می شود.

Single Point of failure

تاثیر خرابی یک Node بر سایر قسمت ها را با این اصلاح مشخص می کنند به عنوان مثال در شبکه Mesh که خرابی هریک از Node  ها بر دیگری تاثیری ندارد، پارامتر Single Point of failure نزدیک به صفر است.

برای کسب اطلاعات بیشتر در زمینه سانترال ، ویپ و شبکه با ما همراه باشید...

مقالات آموزشی سانترال پاناسونیک

ویدیوهای آموزشی رایگان

ما را در اینستاگرام دنبال کنید…