Network Topology چیست؟

Network Topology چیست؟

Network Topology به نحوه کنار هم قرارگرفتن دستگاه‌ها، شکل اتصال آن‌ها و روشی گفته می‌شود که تجهیزات از طریق آن با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. به زبان ساده، این مفهوم نشان می‌دهد دستگاه‌های یک شبکه چگونه چیده شده‌اند و ساختار ارتباطی میان آن‌ها به چه شکلی تشکیل شده است.

مدل‌های اصلی مورد بررسی در این آموزش شامل Bus Topology، Ring Topology، Star Topology و Mesh Topology هستند. در کنار این مدل‌ها، Hybrid Topology و Extended Star Topology نیز وجود دارند.

نکته مهم: در بعضی شبکه‌ها شکل فیزیکی کابل‌کشی با مسیر منطقی حرکت داده یکسان نیست. برای مثال، دستگاه‌های مبتنی بر Ring Topology ممکن است از نظر فیزیکی به یک تجهیز مرکزی متصل باشند، اما درون آن تجهیز یک حلقه منطقی ایجاد شود.

Bus Topology چگونه کار می‌کند؟

در Bus Topology یک کابل اصلی از ابتدای شبکه تا انتهای آن کشیده می‌شود. این کابل مانند یک مسیر مشترک عمل می‌کند و هر دستگاهی که بخواهد عضو شبکه باشد، از آن انشعاب می‌گیرد. کابل اصلی این ساختار Backbone یا ستون فقرات شبکه نام دارد.

کابل مورد استفاده در این مدل معمولاً از نوع Coaxial است؛ همان خانواده کابلی که در تجهیزات آنتن تلویزیون نیز دیده می‌شود. هر دستگاه با استفاده از انشعاب و کانکتور مناسب به کابل اصلی متصل می‌شود.

انتقال پیام در Bus Topology چگونه انجام می‌شود؟

هر دستگاه برای ارسال پیام، یک سیگنال الکتریکی را روی کابل Backbone قرار می‌دهد. سیگنال در هر دو جهت کابل حرکت می‌کند و دستگاه گیرنده پس از دریافت پیام، ارتباط را برقرار می‌سازد.

اگر سیگنال به انتهای کابل برسد و کنترل نشود، بازتاب پیدا می‌کند و چندین بار در مسیر رفت‌وبرگشت خواهد داشت تا توان آن تمام شود. این بازتاب باعث ایجاد تأخیر می‌شود؛ زیرا تا زمانی که سیگنال قبلی روی کانال وجود دارد، سیگنال دیگری نمی‌تواند روی همان کانال قرار بگیرد.

برای جلوگیری از بازگشت سیگنال، در دو انتهای کابل اصلی از Terminator استفاده می‌شود. ترمیناتورها سیگنال رسیده به انتهای مسیر را جذب می‌کنند و اجازه نمی‌دهند دوباره وارد کابل شود.

سرعت و عیب‌یابی Bus Topology

سرعت اسمی ارتباط در این مدل ۱۰ مگابیت بر ثانیه است، اما در شرایط عملی معمولاً سرعتی در حدود ۱ تا ۲ مگابیت بر ثانیه ارائه می‌شود. Bus Topology از فناوری‌های قدیمی شبکه به شمار می‌رود و امروزه عملاً مورد استفاده قرار نمی‌گیرد.

عیب‌یابی این ساختار دشوار است. اگر کابل یا یکی از اتصالات در نقطه‌ای قطع شود، باید محل دقیق خرابی در طول مسیر پیدا شود. دستگاه‌های یک سمت قطعی فقط با تجهیزات همان بخش ارتباط خواهند داشت و دستگاه‌های سمت دیگر نیز بخش جداگانه‌ای تشکیل می‌دهند؛ زیرا هیچ دستگاه واسط مرکزی در شبکه وجود ندارد.

تجهیزات و کانکتورهای Bus Topology

· کابل Coaxial : کابل اصلی مورد استفاده برای ایجاد Backbone شبکه.

· کانکتور BNC : کانکتور پیچی مورد استفاده در کابل کواکسیال.

· Terminator : قطعه‌ای که در دو انتهای کابل نصب می‌شود تا سیگنال را جذب کند.

· T-Connector : کانکتوری که دو بخش کابل Backbone را به هم متصل می‌کند و یک انشعاب برای اتصال کامپیوتر ایجاد می‌کند.

· Barrel Connector: : برای اتصال دو قطعه کابل کواکسیال و ادامه‌دادن مسیر کابل استفاده می‌شود.

جمع‌بندی Bus Topology: ساختار ساده، وابستگی تمام دستگاه‌ها به یک کابل مشترک، سرعت محدود و دشواری عیب‌یابی باعث شده است این توپولوژی در شبکه‌های امروزی جای خود را به مدل‌های جدیدتر بدهد.

Ring Topology چیست؟

در Ring Topology یک دستگاه واسط با نام MAU در مرکز ارتباط قرار می‌گیرد. MAU می‌تواند مخفف Media Access Unit یا Multiport Access Unit باشد. تمام دستگاه‌ها با کابل به این تجهیز متصل می‌شوند. کابل ارتباطی ممکن است کواکسیال یا از نوع کابل‌های زوج‌سیمی خانواده CAT باشد.

اگرچه کابل‌ها از نظر فیزیکی به یک دستگاه مرکزی وصل شده‌اند، MAU در داخل خود یک حلقه منطقی ایجاد می‌کند و پورت‌ها را به‌ترتیب بررسی می‌کند.

Token در Ring Topology چه وظیفه‌ای دارد؟

در Ring Topology، دستگاه فرستنده پیام را به MAU تحویل می‌دهد و MAU یک Token ایجاد می‌کند. برای درک ساده‌تر، توکن را می‌توان مانند سینی‌ای در نظر گرفت که پیام روی آن قرار می‌گیرد و در مسیر حلقه حرکت می‌کند.

توکن به‌ترتیب به دستگاه‌ها می‌رسد. هر دستگاه بررسی می‌کند که پیام متعلق به آن است یا خیر. اگر مقصد پیام نباشد، توکن به حرکت خود ادامه می‌دهد. زمانی که گیرنده پیام را دریافت کند، توکن از بین می‌رود و پس از آن امکان ایجاد توکن جدید برای ارسال پیام بعدی فراهم می‌شود.

تا زمانی که یک توکن در حال حرکت است و به مقصد نرسیده، توکن جدیدی ساخته نمی‌شود. حرکت توکن معمولاً در جهت عقربه‌های ساعت انجام می‌شود.

Dual Ring و سرعت Ring Topology

برای افزایش سرعت، مدل Dual Ring ارائه شد. در این مدل دو توکن در دو جهت مخالف، یکی ساعت‌گرد و دیگری پادساعت‌گرد، حرکت می‌کنند تا مقصد سریع‌تر پیدا شود.

سرعت ارتباط در Ring Topology می‌تواند تا ۱۶ مگابیت بر ثانیه برسد. این ساختار نسبت به Bus Topology عملکرد بهتری دارد و به دلیل وجود دستگاه واسط، عیب‌یابی آن نیز ساده‌تر است؛ زیرا در صورت خرابی تجهیز مرکزی، محل مشکل مشخص‌تر خواهد بود.

Star Topology چیست؟

در Star Topology همه دستگاه‌های شبکه به یک دستگاه واسط مرکزی متصل می‌شوند. این ساختار پس از Ring Topology گسترش پیدا کرد و حداقل سرعت اولیه آن ۱۰ مگابیت بر ثانیه بود. در شبکه‌های امروزی، سرعت پایه معمولاً از ۱۰۰ مگابیت بر ثانیه آغاز می‌شود.

نقش Hub در Star Topology

نخستین دستگاه مرکزی رایج در این توپولوژی Hub بود. تمام دستگاه‌ها به هاب متصل می‌شدند و هر پیامی که از یک پورت وارد هاب می‌شد، به تمام پورت‌های دیگر ارسال یا Broadcast می‌شد.

در نتیجه حتی اگر مقصد پیام یک سیستم مشخص بود، هاب آن را برای همه دستگاه‌های متصل ارسال می‌کرد. هاب در ابتدا سرعت ۱۰ مگابیت بر ثانیه را پشتیبانی می‌کرد و بعدها مدل‌هایی با پشتیبانی از سرعت ۱۰۰ مگابیت نیز عرضه شدند. با این حال، ارسال پیام مقصددار برای تمام پورت‌ها روش کارآمدی نبود.

چرا Switch جایگزین Hub شد؟

در ادامه Switch جایگزین Hub شد. سوئیچ مقصد پیام را تشخیص می‌دهد و داده را مستقیماً به همان دستگاه تحویل می‌دهد؛ بنابراین لازم نیست پیام برای تمام پورت‌های شبکه ارسال شود.

Star Topology در شبکه‌های امروزی همچنان کاربرد دارد. سرعت آن می‌تواند به چندین گیگابیت بر ثانیه، ۱۰ گیگابیت یا حتی ۴۰ گیگابیت بر ثانیه برسد. سرعت نهایی به نوع پورت‌ها، رسانه ارتباطی مانند فیبر نوری و توان دستگاه مرکزی بستگی دارد. هرچه پهنای باند بیشتری موردنیاز باشد، سوئیچ مرکزی نیز باید قدرتمندتر باشد.

ساختار اصلی Star Topology: تمام دستگاه‌هایی که باید در شبکه حضور داشته باشند به یک دستگاه مرکزی مانند Hub یا Switch متصل می‌شوند و ارتباط آن‌ها از طریق همان تجهیز برقرار می‌گردد.

Mesh Topology چیست؟

Mesh Topology معمولاً برای اتصال مستقیم کامپیوترهای کاربران استفاده نمی‌شود و کاربرد اصلی آن در ارتباط میان روترها است. در این ساختار، دستگاه‌ها بر اساس نوع ارتباط مستقیم با سایر تجهیزات به دو گروه Full Mesh Topology و Partial Mesh Topology تقسیم می‌شوند.

Full Mesh Topology چیست؟

در Full Mesh Topology هر دستگاه با تمام دستگاه‌های دیگر ارتباط مستقیم دارد. به این ترتیب، هر روتر بدون نیاز به واسطه به همه روترهای دیگر متصل است. اگر حتی یکی از لینک‌های مستقیم موردنیاز وجود نداشته باشد، ساختار دیگر Full Mesh Topology محسوب نمی‌شود.

Partial Mesh Topology چیست؟

در Partial Mesh Topology لازم نیست تمام دستگاه‌ها مستقیماً به یکدیگر متصل باشند. کافی است بعضی ارتباط‌ها از طریق یک یا چند دستگاه واسط برقرار شوند. بنابراین همه روترها می‌توانند به یکدیگر دسترسی داشته باشند، اما این دسترسی الزاماً مستقیم نیست.

این مدل در شبکه‌های مسیریابی استفاده می‌شود. هر روتر ممکن است به چند روتر دیگر متصل باشد و هنگام ارسال یک Packet، مسیرهای مختلفی برای رسیدن به مقصد وجود داشته باشد. روتر می‌تواند بر اساس مسیرهای موجود، عملیات مسیریابی را انجام دهد.

Hybrid Topology و Extended Star Topology

شبکه‌ها همیشه فقط از یک مدل تشکیل نمی‌شوند. در بسیاری از پروژه‌ها، چند ساختار مختلف کنار یکدیگر قرار می‌گیرند یا یک ساختار به شکل سلسله‌مراتبی توسعه پیدا می‌کند.

Hybrid Topology چیست؟

در Hybrid Topology چند ساختار مختلف با یکدیگر ترکیب می‌شوند. برای مثال، یک Star Topology می‌تواند به یک Ring Topology متصل شود و این ساختار نیز با یک Bus Topology ارتباط داشته باشد.

Extended Star Topology چگونه ساخته می‌شود؟

Extended Star Topology نوعی ساختار سلسله‌مراتبی است. در این حالت چند Star Topology یا چند سوئیچ به‌طور مستقیم به یکدیگر متصل می‌شوند و ساختار بزرگ‌تری را تشکیل می‌دهند. این مدل از ساختارهای پیشرفته‌تر است و در مباحث تخصصی شبکه با جزئیات بیشتری بررسی می‌شود.

کدام توپولوژی برای چه کاربردی مناسب‌تر است؟

بر اساس ساختارهایی که بررسی شد، Bus Topology بیشتر جنبه تاریخی و آموزشی دارد و به دلیل سرعت محدود و عیب‌یابی دشوار، در شبکه‌های جدید استفاده نمی‌شود. Ring Topology نسبت به Bus Topology مدیریت‌پذیرتر است، اما Star Topology با استفاده از Switch به ساختار رایج شبکه‌های امروزی تبدیل شده است. Mesh Topology نیز زمانی اهمیت پیدا می‌کند که میان روترها چند مسیر ارتباطی لازم باشد.

• برای شبکه‌های محلی امروزی: Star Topology با سوئیچ مرکزی انتخاب رایج است.

• برای ارتباط میان روترها و وجود مسیرهای جایگزین: Full Mesh Topology یا Partial Mesh Topology کاربرد دارد.

• برای ساختارهای بزرگ و چندبخشی: Extended Star Topology یا Hybrid Topology قابل استفاده است.

جمع‌بندی

Network Topology مشخص می‌کند دستگاه‌ها چگونه در کنار یکدیگر قرار می‌گیرند و مسیر ارتباط میان آن‌ها چگونه شکل می‌گیرد. در Bus Topology همه تجهیزات از یک کابل مشترک استفاده می‌کنند؛ در Ring Topology پیام به کمک Token در یک حلقه منطقی جابه‌جا می‌شود؛ در Star Topology تمام دستگاه‌ها به یک تجهیز مرکزی مانند Hub یا Switch متصل‌اند و در Mesh Topology روترها از مسیرهای مستقیم یا غیرمستقیم با یکدیگر ارتباط دارند.

Hybrid Topology و Extended Star Topology نیز با ترکیب یا توسعه ساختارهای اصلی ایجاد می‌شوند. انتخاب هر توپولوژی به نوع شبکه، تجهیزات مورد استفاده، سرعت موردنیاز و شیوه مدیریت ارتباطات وابسته است.

سوالات متداول

Network Topology چیست؟

Network Topology نحوه چیدمان دستگاه‌ها، روش اتصال آن‌ها و مسیر ارتباط میان تجهیزات شبکه را مشخص می‌کند

تفاوت Bus Topology و Star Topology چیست؟

در Bus Topology همه دستگاه‌ها از یک کابل Backbone مشترک استفاده می‌کنند، اما در Star Topology هر دستگاه به یک تجهیز مرکزی مانند Hub یا Switch متصل می‌شود.

در Ring Topology پیام چگونه منتقل می‌شود؟

پیام با کمک Token در یک حلقه منطقی حرکت می‌کند و هر دستگاه بررسی می‌کند که پیام متعلق به آن است یا خیر.

تفاوت Full Mesh Topology و Partial Mesh Topology چیست؟

در Full Mesh Topology هر دستگاه مستقیماً به تمام دستگاه‌های دیگر متصل است؛ در Partial Mesh Topology بخشی از ارتباط‌ها از طریق دستگاه واسط برقرار می‌شود.

کدام توپولوژی در شبکه‌های امروزی رایج‌تر است؟

Star Topology با استفاده از Switch یکی از ساختارهای رایج شبکه‌های محلی امروزی است.

Extended Star Topology چیست؟

در Extended Star Topology چند Star Topology یا چند سوئیچ به‌صورت سلسله‌مراتبی به یکدیگر متصل می‌شوند و شبکه بزرگ‌تری می‌سازند.