انواع توپولوژی شبکه

آرایش شبکه ای که شامل گره ها و خطوط اتصال از طریق فرستنده و گیرنده است، توپولوژی شبکه نامیده می شود. توپولوژی های مختلف شبکه عبارتند از:

توپولوژی مش:

در توپولوژی مش، هر دستگاه از طریق یک کانال خاص به دستگاه دیگری متصل می شود. در توپولوژی مش، پروتکل های مورد استفاده AHCP (پروتکل های پیکربندی Ad Hoc)، DHCP (پروتکل پیکربندی میزبان پویا) و غیره هستند.

شکل 1 : هر دستگاه از طریق کانال های اختصاصی به دستگاه دیگر متصل می شود. این کانال ها به عنوان لینک شناخته می شوند.

• فرض کنید، تعداد N دستگاه در یک توپولوژی مش به یکدیگر متصل شده اند، تعداد کل پورت های مورد نیاز هر دستگاه N-1 است. در شکل 1، 5 دستگاه به یکدیگر متصل هستند، از این رو تعداد کل پورت های مورد نیاز هر دستگاه 4 عدد است. تعداد کل پورت های مورد نیاز=N*(N-1).
• فرض کنید، تعداد N دستگاه در یک توپولوژی مش به یکدیگر متصل شده اند، سپس تعداد کل پیوندهای اختصاصی مورد نیاز برای اتصال آنها ^N C ₂ یعنی N(N-1)/2 است. در شکل 1، 5 دستگاه به یکدیگر متصل هستند، بنابراین تعداد کل پیوندهای مورد نیاز 5*4/2 = 10 است.

مزایای این توپولوژی:

• ارتباط بین گره ها بسیار سریع است.
• مستحکم است.
• عیب به راحتی تشخیص داده می شود. داده ها قابل اعتماد هستند زیرا داده ها از طریق کانال ها یا پیوندهای اختصاصی بین دستگاه ها منتقل می شوند.
• امنیت و حریم خصوصی را فراهم می کند.

مشکلات این توپولوژی:

• 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.

توپولوژی ستاره:

در توپولوژی ستاره، همه دستگاه ها از طریق یک کابل به یک هاب واحد متصل می شوند. این هاب گره مرکزی است و تمام گره های دیگر به گره مرکزی متصل هستند. هاب می تواند ماهیت منفعل داشته باشد یعنی یک هاب هوشمند مانند دستگاه های پخش نباشد، در عین حال هاب می تواند هوشمند باشد که به عنوان هاب فعال شناخته می شود. هاب های فعال دارای تکرار کننده هایی در خود هستند. برای اتصال کامپیوترها از کابل های کواکسیال یا کابل های RJ-45 استفاده می شود. در توپولوژی ستاره، بسیاری از پروتکل های LAN اترنت محبوب به عنوان CD (تشخیص برخورد)، CSMA (دسترسی چندگانه حس حامل) و غیره استفاده می شوند.

شکل 2 : توپولوژی ستاره ای که چهار سیستم به یک نقطه اتصال یعنی هاب متصل است.

مزایای این توپولوژی:

• 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، بنابراین تعداد کل پورت های مورد نیاز N است.
• مقاوم 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.

مشکلات این توپولوژی:

• اگر متمرکز کننده (هاب) که کل توپولوژی بر آن تکیه دارد از کار بیفتد، کل سیستم از کار می افتد.
• هزینه نصب بالاست.
• عملکرد بر اساس متمرکز کننده واحد یعنی هاب است.

توپولوژی اتوبوس:

توپولوژی گذرگاه یک نوع 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.

شکل 3 : توپولوژی باس با کابل ستون فقرات مشترک. گره ها از طریق خطوط دراپ به کانال متصل می شوند.

مزایای این توپولوژی:

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

مشکلات این توپولوژی:

• 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.

توپولوژی حلقه:

در این توپولوژی، حلقه ای را تشکیل می دهد که دستگاه ها را دقیقاً با دو دستگاه همسایه متصل 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. گره 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 می یابند، یعنی یک طرفه 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، پروتکل Token Ring Passing توسط ایستگاه های کاری برای انتقال داده ها استفاده می شود.

شکل 4 : توپولوژی حلقه شامل 4 ایستگاه است که هر یک حلقه ای را تشکیل می دهند.

متداول ترین روش دسترسی توپولوژی حلقه، عبور توکن است.

• Token passing: یک 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 زیر در توپولوژی حلقه انجام می شود:

1. یک ایستگاه به عنوان ایستگاه مانیتور شناخته می شود که تمام مسئولیت انجام عملیات را بر عهده می گیرد.
2. برای انتقال داده ها، ایستگاه باید توکن را نگه دارد. پس از انجام انتقال، توکن برای استفاده از ایستگاه های دیگر آزاد می شود.
3. هنگامی که هیچ ایستگاهی اطلاعات را ارسال نمی کند، رمز در حلقه گردش می کند.
4. 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 این توپولوژی:

• 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.

مشکلات این توپولوژی:

• 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 این توپولوژی:

• 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.

مشکلات این توپولوژی:

• 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.

توپولوژی ترکیبی:

این فناوری توپولوژیکی ترکیبی از انواع مختلف توپولوژی هایی است که در بالا مطالعه کردیم. 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 این توپولوژی: 

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

مشکلات این توپولوژی:

• 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 .