ای-نماد عضو نظام صنفی اتاق بازرگانی

توپولوژی شبکه چیست و چه انواعی دارد

به معماری، نحوه قرار گرفتن اجزا شبکه و اتصال آن‌ها به یکدیگر توپولوژی یا همبندی گفته می‌شود که از اجزای مهم در طراحی شبکه می‌باشد. توپولوژی شبکه نشان‌دهنده نحوه چیدمان فیزیکی و منطقی تجهیزات در یک شبکه است و تأثیر مستقیمی بر عملکرد، توسعه‌پذیری و مدیریت شبکه دارد.

توپولوژی شبکه به دو بخش اصلی تقسیم می‌شود: توپولوژی فیزیکی و توپولوژی منطقی.

توپولوژی منطقی به نحوه جریان داده‌ها در شبکه و ارتباطات منطقی میان دستگاه‌ها مرتبط است. این نوع توپولوژی نشان‌دهنده مسیرهایی است که داده‌ها در آن انتقال می‌یابند و ممکن است با توپولوژی فیزیکی متفاوت باشد.

توپولوژی فیزیکی نشان‌دهنده نحوه قرارگیری و اتصال فیزیکی تجهیزات شبکه مانند کابل‌ها، سوئیچ‌ها، روترها و دستگاه‌های انتهایی است. این نوع توپولوژی به ساختار فیزیکی شبکه و نحوه چیدمان سخت‌افزارها در محیط واقعی اشاره دارد.

 قبل از راه‌اندازی شبکه می‌بایست به معماری آن توجه کنید.

انواع توپولوژی‌های شبکه

  1. توپولوژی خطی (BUS)

توپولوژی خطی (BUS) تمامی سیستم‌ها را به وسیله یک کابل اصلی و مستقیم به TRUNK و یا BACKBONE متصل می‌کند؛ در انتهای کابل‌ها یک ترمیناتور متصل است و تا زمانی که Signal به انتهای کابل برسد آن را جذب می‌کند و مانع انعکاس سیگنال می‌شود. در این توپولوژی، تمامی دستگاه‌ها (مانند کامپیوترها، چاپگرها و سایر تجهیزات شبکه) به یک کابل مرکزی متصل می‌شوند؛ اطلاعات در این نوع شبکه به صورت سیگنال‌هایی در طول کابل حرکت می‌کنند و توسط دستگاه‌های متصل دریافت یا رد می‌شوند.

برای اتصال کامپیوتر به کابل اصلی از Drop line استفاده می‌شود؛ چرا که تمام ترافیک از کابل اصلی عبور می‌کند و تعداد Nodeها محدود و ارتقا پذیری کمتری دارد. این موضوع سبب می‌شود که پهنای باند بین نودها به اشتراک گذاشته شود و در صورت افزایش تعداد نودها یا حجم ترافیک، عملکرد شبکه کاهش یابد. برای حل این مشکل، معمولاً از روش‌هایی مانند سوئیچینگ یا شبکه‌بندی مدرن‌تر (مانند شبکه‌های مش یا ستاره‌ای) استفاده می‌شود که توانایی مدیریت بهتر ترافیک و گسترش شبکه را دارند. همانطور که اشاره کردیم توپولوژی Bus به صورت خطی است و زمانی که یکی از گره‌ها بخواهد برای گره دیگری پیام ارسال کند می‌بایست آن را به شیوه‌ی Broadcast ارسال کند طبق این روش تمامی سیستم‌هایی که در شبکه هستند پیغام را دریافت می‌کنند و پس از بررسی آدرس آن را رها می‌کنند و تنها سیستمی می‌تواند پیغام را مشاهده کند که آدرس آن با آدرس مقصد موجود در سیستم یکسان باشد.

ویژگی توپولوژی شبکه BUS

  • سادگی در طراحی و اجرا: این توپولوژی نسبت به سایر توپولوژی‌ها ساده‌تر است و نیاز به کابل‌کشی کمتری دارد.
  • هزینه پایین: به دلیل استفاده از یک کابل مرکزی و عدم نیاز به تجهیزات پیچیده، هزینه اجرای این توپولوژی پایین‌تر است.
  • عملکرد در هنگام خرابی: اگر کابل اصلی قطع یا دچار مشکل شود، کل شبکه از کار می‌افتد. همچنین، اگر یک دستگاه خراب شود، ممکن است تأثیری بر عملکرد کل شبکه نداشته باشد (مگر اینکه کابل اصلی آسیب ببیند).
  • تعداد دستگاه‌های محدود: به دلیل محدودیت در طول کابل و تعداد دستگاه‌هایی که می‌توانند به آن متصل شوند، این توپولوژی برای شبکه‌های کوچک مناسب‌تر است.
  • مشکلات در عیب‌یابی: یافتن نقطه‌ای که در آن کابل یا دستگاه خراب شده است، می‌تواند دشوار باشد.
  • تداخل سیگنال: با افزایش تعداد دستگاه‌ها، احتمال تداخل سیگنال افزایش می‌یابد، که ممکن است باعث کاهش کارایی شبکه شود.

کاربرد توپولوژی BUS:

توپولوژی BUS بیشتر در شبکه‌های کوچک، موقت، یا شبکه‌هایی که نیاز به گسترش یا تغییر ندارند استفاده می‌شود. با این حال، با پیشرفت تکنولوژی و ظهور توپولوژی‌های پیشرفته‌تر مانند ستاره‌ای (Star) و حلقه‌ای (Ring)، استفاده از توپولوژی BUS به تدریج کاهش یافته است.

  1. توپولوژی ستاره (Star)

توپولوژی استار یا ستاره تمامی تجهیزات و کلاینت ها به یک دستگاه مرکزی که اغلب سوئیچ یا هاب هستند متصل می‌شوند و اگر ارتباط یکی از Nodeها با سرور مرکزی قطع شود شبکه به کار خود ادامه می دهد اما زمانی که سوئیچ یا سرور مرکزی از کار بیافتد شبکه هم از کار می افتد. در این توپولوژی، هر گره (Node) یک اتصال مستقیم به دستگاه مرکزی دارد، که این امر عیب‌یابی و مدیریت شبکه را آسان‌تر می‌کند. مزیت اصلی توپولوژی استار این است که خرابی یک گره یا کابل ارتباطی تأثیری بر عملکرد سایر گره‌ها ندارد، زیرا ارتباط هر گره مستقل است. توپولوژی Star مدیریت آسان و عملکرد خوبی دارد، اما وابستگی به دستگاه مرکزی نقطه ضعف آن محسوب می‌شود. توپولوژی ستاره از رایج ترین توپولوژی های مورد استفاده است.

توپولوژی شبکه Star

ویژگی‌های توپولوژی شبکه Star

  • تمامی دستگاه‌ها به یک دستگاه مرکزی متصل می‌شوند.
  • دستگاه مرکزی می‌تواند وظیفه مدیریت و هدایت داده‌ها را بر عهده داشته باشد.
  • اضافه کردن یا حذف دستگاه‌ها در شبکه بدون تأثیر بر عملکرد سایر گره‌ها انجام می‌شود.
  • مدیریت شبکه به دلیل ساختار مرکزی ساده‌تر است.
  • خرابی یک گره تأثیری بر سایر گره‌ها ندارد، زیرا ارتباط گره‌ها به صورت مستقل از طریق دستگاه مرکزی انجام می‌شود.
  • در صورت بروز مشکل، شناسایی و رفع عیب ساده‌تر است، زیرا هر گره مستقیماً به مرکز متصل است.
  • امکان گسترش شبکه با اضافه کردن گره‌های جدید به مرکز وجود دارد.
  • دستگاه مرکزی نقش حیاتی دارد و در صورت خرابی آن، کل شبکه دچار اختلال می‌شود.

معایب توپولوژی Star

  • اگر دستگاه مرکزی خراب شود، کل شبکه از کار می‌افتد.
  • نیاز به کابل‌کشی بیشتر برای اتصال هر گره به مرکز.
  • دستگاه مرکزی ممکن است هزینه‌بر باشد.
  • تعداد گره‌های قابل اتصال به دستگاه مرکزی محدود است.
  1. توپولوژی حلقه (Token ring)

توپولوژی‌های Token Ring به دستگاه‌ها اجازه می‌دهند که در یک حلقه منطقی با یکدیگر ارتباط برقرار کنند. در این نوع توپولوژی، تمام دستگاه‌ها به صورت زنجیره‌ای به یکدیگر متصل هستند و داده‌ها در یک جهت مشخص (معمولاً ساعت‌گرد یا پادساعت‌گرد) در حلقه حرکت می‌کنند. در توپولوژی‌های Token Ring، از دستگاه‌هایی مانند MAU (Multistation Access Unit) برای اتصال دستگاه‌ها به شبکه استفاده می‌شود. این دستگاه‌ها به‌عنوان هاب عمل کرده و در صورت بروز مشکل در یک دستگاه، آن را از حلقه منطقی جدا می‌کنند تا کل شبکه مختل نشود. در این نوع از توپولوژی‌ها هر دستگاه می‌تواند از دو طرف به دو دستگاه دیگر متصل شود و لینک‌های نظیر به نظیر بین آن‌ها به وجود بیاید. در توپولوژِی Ring داده و اطلاعات را در یک جهت حرکت می کنند و اگر دستگاهی بخواهد اطلاعاتی به دستگاه دیگری بفرستد باید این داده در یک جهت ارسال شود. همانطور که می دانید هر دستگاه دارای یک ریپیتر است و زمانی که داده متعلق به دستگاه دیگری باشد Repeater آن را به دستگاه دیگری می فرستد و این کار تا زمانی ادامه پیدا می کند که داده به مقصدش برسد.

 

توپولوژی شبکه حلقه

در صورتی که یکی از Nodeهای شبکه از مدار خارج یا دچار نقص شود شبکه قطع می‌شود. برای حل این مشکل یک Ring دومی به شبکه اضافه شده و برعکس جهت حلقه پیشین به مقصد ارسال شود که به این ساختار توپولوژی دو حلقه‌ای و دو جهته می‌گویند. نصب این توپولوژی هم آسان است اما تنها نکته قابل توجه در این توپولوژی خراب شدن لینک است در صورتی که این اتفاق بیافتد تمام شبکه Down می‌شود؛ از طرفی هم چون داده‌ها باید تمام حلقه را دور بزند حجم ترافیک داخل شبکه بالا می‌رود.

"توپولوژی Token Ring امروزه کمتر استفاده می‌شود و بیشتر در محیط‌های خاص یا قدیمی که هنوز از فناوری‌های IBM استفاده می‌کنند، دیده می‌شود."

ویژگی‌های توپولوژی Token Ring

  • کنترل دسترسی به شبکه: استفاده از توکن به‌صورت منظم، دسترسی کنترل‌شده به رسانه ارتباطی را تضمین می‌کند.
  • کاهش تصادم: برخلاف توپولوژی‌های مانند Bus، در اینجا تصادم داده‌ها به دلیل وجود توکن به حداقل می‌رسد.
  • پایداری: اگر یک دستگاه در حلقه دچار مشکل شود، کل شبکه ممکن است تحت تأثیر قرار بگیرد، مگر اینکه از مکانیزم‌های افزونگی یا تجهیزات خاص (مانند MAU) استفاده شود.
  • سرعت محدود: چون توکن باید در حلقه بچرخد، زمان انتظار برای دسترسی به رسانه می‌تواند زیاد شود، به‌ویژه در شبکه‌های با تعداد دستگاه‌های بالا.
  1. توپولوژی مش (Mesh)

توپولوژی Mesh هر Node شبکه را با چندین Node دیگر در شبکه مرتبط می‌کند؛ به این صورت که هر Clinet با یک لینک اختصاصی نقطه به نقطه و به شکل مستقیم به تمامی Clientهای دیگر متصل می‌شود. توپولوژی Mesh به دو گروه زیر تقسیم می شوند:

  • Full mesh: در این نوع توپولوژی، هر نود (Node) به‌صورت مستقیم و با یک لینک اختصاصی به تمام نودهای دیگر در شبکه متصل است. این ساختار بیشترین تعداد لینک‌ها را نیاز دارد و به همین دلیل هزینه پیاده‌سازی و نگهداری آن بسیار بالاست. با این حال، مزیت اصلی توپولوژی Full Mesh، مقاومت بالا در برابر خرابی (Fault Tolerance) و تأخیر بسیار کم در ارسال داده‌ها است، زیرا داده‌ها بدون واسطه به مقصد می‌رسند.
  • Partial mesh: در توپولوژی Partial Mesh، تنها برخی از نودها به‌صورت مستقیم به نودهای دیگر متصل هستند و ارتباط میان بقیه نودها از طریق نودهای واسط برقرار می‌شود. این ساختار هزینه کمتری نسبت به Full Mesh دارد و برای شبکه‌هایی که نیازی به ارتباط مستقیم میان تمام نودها ندارند، مناسب‌تر است. در Partial Mesh، توازن مناسبی بین هزینه و کارایی برقرار می‌شود.

ویژگی‌های توپولوژی Mesh

  • مقاومت بالا در برابر خرابی: حتی در صورت قطع یک لینک، مسیرهای جایگزین برای انتقال داده وجود دارد.
  • قابلیت اطمینان بالا: به دلیل وجود لینک‌های متعدد، احتمال از دست رفتن داده‌ها کم است.
  • تأخیر پایین در Full Mesh: به دلیل وجود مسیرهای مستقیم بین نودها.
  • هزینه بالا: به‌ویژه در Full Mesh، تعداد لینک‌های موردنیاز به‌شدت افزایش می‌یابد.
  • پیچیدگی در پیاده‌سازی و نگهداری: مدیریت لینک‌ها و نودها در شبکه‌های بزرگ دشوار است.
  • نیاز به منابع بیشتر: مانند کابل‌ها، پورت‌ها و تجهیزات شبکه.
  1. توپولوژی هیبریدی (Hybrid)

همانطور که از نام این توپولوژی پیداست هیبریدی و یا ترکیبی است و شما می‌توانید در شرایط‌های مختلف به صورت ترکیبی از این توپولوژی استفاده کنید تا بهترین عملکرد را در سیستم‌های خود داشته باشید و بتوانید از مزایای هر یک از توپولوژی‌ها بهره‌برداری کنید. به عبارت دیگر، توپولوژی هیبریدی به شما این امکان را می‌دهد که با توجه به نیازهای خاص شبکه، ترکیبی از توپولوژی‌های مختلف مانند ستاره‌ای، حلقه‌ای یا مش را به کار ببرید. این ترکیب باعث می‌شود که سیستم شما از انعطاف‌پذیری بیشتری برخوردار باشد و بتواند به راحتی با تغییرات و نیازهای جدید سازگار شود. به طور مثال، در بخش‌هایی از شبکه که نیاز به سرعت بالا و اتصالات مداوم دارند، می‌توان از توپولوژی ستاره‌ای استفاده کرد، در حالی که در بخش‌های دیگر که نیاز به ارتباطات بیشتر و با هزینه پایین‌تر دارند، توپولوژی مش می‌تواند مناسب‌تر باشد. این ترکیب باعث بهینه‌سازی منابع و عملکرد کلی شبکه می‌شود.

ویژگی توپولوژی Hybrid

  • ترکیب توپولوژی‌ها: در توپولوژی هیبریدی، معمولاً دو یا چند توپولوژی مانند ستاره‌ای، درختی، حلقه‌ای یا مش ترکیب می‌شوند. برای مثال، می‌توان یک شبکه ستاره‌ای را درون یک شبکه درختی قرار داد.
  • انعطاف‌پذیری: این توپولوژی به دلیل استفاده از چند توپولوژی مختلف، می‌تواند نیازهای مختلف شبکه را برآورده کند و انعطاف‌پذیری بیشتری به شبکه بدهد.
  • مقیاس‌پذیری: توپولوژی هیبریدی می‌تواند به راحتی گسترش یابد و نیاز به اضافه کردن گره‌ها یا زیرشبکه‌ها را برآورده کند.
  • اعتمادپذیری بالا: استفاده از توپولوژی‌های مختلف می‌تواند باعث افزایش قابلیت اطمینان و کاهش ریسک خرابی در صورت بروز مشکلات در یک بخش از شبکه شود.
  • هزینه‌بر بودن: به دلیل پیچیدگی در طراحی و پیاده‌سازی، توپولوژی هیبریدی ممکن است هزینه‌برتر از توپولوژی‌های ساده‌تر باشد.
  • کاربرد در شبکه‌های بزرگ: این توپولوژی معمولاً در شبکه‌های بزرگ و پیچیده که نیاز به کارایی بالا و انعطاف‌پذیری دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

 

سخن آخر

انتخاب توپولوژی شبکه بستگی به نیازها و شرایط خاص هر شبکه دارد. هر توپولوژی مزایا و معایب خود را دارد و باید باتوجه به عوامل مختلفی مانند مقیاس شبکه، هزینه، پیچیدگی پیاده‌سازی، انعطاف‌پذیری و قابلیت اطمینان انتخاب شود. طراحی و انتخاب توپولوژی مناسب باید با دقت انجام شود تا شبکه‌ای پایدار، مقیاس‌پذیر و قابل مدیریت داشته باشیم.

انتخاب توپولوژی مناسب می‌تواند تأثیر زیادی بر عملکرد و کارایی شبکه داشته باشد. به عنوان مثال، توپولوژی‌های ستاره‌ای و درختی معمولاً برای شبکه‌های کوچک و متوسط مناسب هستند زیرا نصب و نگهداری آن‌ها ساده است و مشکلات در یک بخش از شبکه تأثیر کمتری بر سایر بخش‌ها می‌گذارد. از سوی دیگر، توپولوژی‌های حلقوی یا مش ممکن است برای شبکه‌های بزرگ و پیچیده که نیاز به سرعت انتقال بالا و قابلیت اطمینان بیشتر دارند، مناسب‌تر باشند. همچنین، باید توجه داشت که انتخاب توپولوژی باید با توجه به نیازهای آینده شبکه انجام شود. به عبارت دیگر، شبکه باید قادر باشد به راحتی گسترش یابد و به نیازهای جدید پاسخ دهد. علاوه بر این، مسائل امنیتی و پایداری شبکه نیز باید در انتخاب توپولوژی مدنظر قرار گیرد. در نهایت، تصمیم‌گیری در این زمینه باید با همکاری تیم‌های مختلف IT و مهندسی انجام شود تا از طراحی شبکه‌ای بهینه و کارآمد اطمینان حاصل شود.

نظر خود را وارد نمایید