انواع توپولوژی شبکه

انواع توپولوژی شبکه

در شبکه های کامپیوتری راه های مختلفی وجود دارد که از طریق آن اجزای مختلف به یکدیگر متصل می شوند. توپولوژی شبکه راهی است که ساختار و نحوه اتصال این اجزا به یکدیگر را تعریف می کند.

انواع توپولوژی شبکه

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

• توپولوژی نقطه به نقطه
• توپولوژی مش
• توپولوژی ستاره
• توپولوژی اتوبوس
• توپولوژی حلقه
• توپولوژی درختی
• توپولوژی ترکیبی

توپولوژی نقطه به نقطه

توپولوژی نقطه به نقطه یکی از انواع توپولوژی شبکه است که بر روی عملکرد فرستنده و گیرنده کار می کند. این ساده ترین ارتباط بین دو گره است که در آن یکی فرستنده و دیگری گیرنده است. نقطه به نقطه پهنای باند بالایی را فراهم می کند.

توپولوژی مش

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

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

• 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 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 ^NC 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. انواع توپولوژی شبکه

مزایای توپولوژی مش

• ارتباط بین گره ها بسیار سریع است.
• توپولوژی مش قوی 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. انواع توپولوژی شبکه

معایب توپولوژی مش

• 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.

یک مثال رایج از توپولوژی مش، ستون فقرات اینترنت است، جایی که ارائه دهندگان خدمات اینترنتی مختلف از طریق کانال های اختصاصی به یکدیگر متصل می شوند. از این توپولوژی در سیستم های ارتباطی نظامی و سیستم های ناوبری هواپیما نیز استفاده می شود.

انواع توپولوژی شبکه

شاید برایتان جالب باشد : طراحی و اجرای شبکه ، خدمات پشتیبانی شبکه های کامپیوتری

توپولوژی ستاره

در توپولوژی ستاره ، همه دستگاه ها از طریق یک کابل به یک هاب متصل می شوند. این هاب گره مرکزی است و تمام گره های دیگر به گره مرکزی متصل هستند. هاب می تواند ماهیت غیرفعال 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. انواع توپولوژی شبکه

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

مزایای توپولوژی ستاره

• 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.

انواع توپولوژی شبکه

معایب توپولوژی ستاره

• 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.

یک مثال رایج از توپولوژی ستاره، یک شبکه محلی (LAN) در یک دفتر است که در آن همه کامپیوترها به یک هاب مرکزی متصل هستند. از این توپولوژی در شبکه های بی سیم نیز استفاده می شود که تمامی دستگاه ها به یک نقطه دسترسی بی سیم متصل هستند.

انواع توپولوژی شبکه

توپولوژی اتوبوس

توپولوژی اتوبوس نوعی 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. انواع توپولوژی شبکه

مزایای توپولوژی اتوبوس

• 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.
• CSMAرایج ترین روش برای این نوع توپولوژی است.

 معایب توپولوژی اتوبوس

• 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.

یک مثال رایج از توپولوژی گذرگاه شبکه اترنت است که در آن همه دستگاه ها به یک کابل کواکسیال یا کابل جفت پیچ خورده متصل می شوند. از این توپولوژی در شبکه های تلویزیون کابلی نیز استفاده می شود. انواع توپولوژی شبکه

توپولوژی حلقه

در توپولوژی حلقه ، حلقه ای را تشکیل می دهد که دقیقاً با دو دستگاه همسایه ارتباط برقرار 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 جهته هستند، اما با داشتن 2 اتصال بین هر گره شبکه می توان آن را 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. انواع توپولوژی شبکه

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 توپولوژی حلقه

1. یک ایستگاه به عنوان ایستگاه مانیتورشناخته 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.

انواع توپولوژی شبکه

مزایای توپولوژی حلقه

• 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.

معایب توپولوژی حلقه

• 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 کمتری دارد. 

انواع توپولوژی شبکه

توپولوژی درختی

این توپولوژی تغییر توپولوژی ستاره است. این توپولوژی دارای یک جریان سلسله مراتبی داده است. در توپولوژی درختی ، از 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. انواع توپولوژی شبکه

مزایای توپولوژی درختی

• 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 خطاو تصحیح خطا در توپولوژی درختی بسیار آسان است.

معایب توپولوژی درختی

• 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.

یک مثال رایج از توپولوژی درختی، سلسله مراتب در یک سازمان بزرگ است. در بالای درخت، مدیر عامل شرکت قرار دارد که به بخش ها یا بخش های مختلف (گره های کودک) شرکت متصل است. هر بخش سلسله مراتب خاص خود را دارد و مدیران بر تیم های مختلف (گره های نوه) نظارت می کنند. اعضای تیم (گره های برگ) در پایین سلسله مراتب هستند و به مدیران و بخش های مربوطه خود متصل هستند.

انواع توپولوژی شبکه

توپولوژی ترکیبی

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

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

انواع توپولوژی شبکه

معایب توپولوژی ترکیبی

• طراحی معماریشبکه هیبریدی چالش برانگیز است .
• هاب هایمورد 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.

یک مثال رایج از توپولوژی ترکیبی، شبکه پردیس دانشگاهی است. شبکه ممکن است دارای ستون فقرات توپولوژی ستاره باشد که هر ساختمان از طریق یک سوئیچ یا روتر به ستون فقرات متصل می شود. در داخل هر ساختمان، ممکن است توپولوژی اتوبوس یا حلقه ای وجود داشته باشد که اتاق ها و دفاتر مختلف را به هم متصل می کند. نقاط دسترسی بی سیم همچنین یک توپولوژی مش برای دستگاه های بی سیم ایجاد می کنند. این توپولوژی ترکیبی امکان ارتباط کارآمد بین ساختمان های مختلف را فراهم می کند و در عین حال انعطاف پذیری و افزونگی را در هر ساختمان فراهم می کند.

انواع توپولوژی شبکه

موارد مشابه : توپولوژی منطقی و توپولوژی فیزیکی