اگر یک شبکه کامپیوتری با بدن انسان مقایسه شود، سیستم شبکهبندی مشابه سیستم عصبی است. عملکرد شبکه توسط زیرساخت کابلکشی تعیین میشود که تمام دادهها را از یک مکان به مکان دیگر منتقل میکند.
نحوه کابلکشی یک شبکه تأثیر قابلتوجهی بر عملکرد آن، میزان قابلاعتماد بودن و قابلیت بهروزرسانی و رشد شبکه دارد. پس از تعیین الزامات شبکه، اولین قدم در هر شبکه جدید تصمیمگیری در مورد نحوه اتصال آن است.
نحوه اتصال کامپیوترها و سایر دستگاههای شبکه به یکدیگر توپولوژی شبکه نامیده میشود. کلمه توپولوژی از ترکیب دو واژه یونانی topo و logy به وجود آمده است. «توپو» به معنای «مکان» و «لوژی» به معنای «مطالعه» است. توپولوژی در اصل، محل قرارگیری و اتصال گرهها و همچنین جریان دادهها را نشان میدهد.
نوع پیکربندی یا توپولوژی، عملکرد شبکه را در شبکههای کامپیوتری تعیین میکند. به عنوان یک مدیر شبکه، باید درک کاملی از توپولوژی شبکه خود داشته باشید بهگونهای که بدون شناخت توپولوژی شبکه، امکان توسعه و یا عیبیابی آن وجود ندارد.
در این مقاله به تعریف توپولوژیهای شبکه و انواع مختلف پیادهسازی آن میپردازیم و بررسی خواهیم کرد مزایا و معایب آنها و اهمیت توپولوژی شبکه چیست. اگر شما هم مدیر یک شبکه کامپیوتری هستید و یا قصد توسعه شبکه کامپیوتری را برای محل کار خود دارید، پیشنهاد میکنیم برای آشنایی با مفاهیم و انواع توپولوژی شبکه کامپیوتری تا انتهای این مقاله همراه ما باشید.
توپولوژی شبکه چیست؟
پیکربندی اجزای مختلف شبکه که برای انتقال دادهها و ایجاد اتصالات بین گرهها و لینکها به کار میرود، به عنوان توپولوژی شبکه شناخته میشود؛ به عبارت دیگر، یک شبکه از اجزای مختلفی مانند دستگاهها که به عنوان گره نامیده میشوند و لینکها یا اتصالات تشکیل شده است.
این ارتباطات را میتوان به صورت منطقی یا فیزیکی مرتب کرد. برای درک بهتر توپولوژی شبکههای کامپیوتری، در نظر بگیرید که اگر شهر شما یک شبکه کامپیوتری باشد نقشه راه شهر همان توپولوژی خواهد بود.
به همین ترتیب، هنگام تنظیم نقشه راه برای یک شهر، عوامل زیادی در نظر گرفته میشود، از جمله اینکه یک خیابان باید در ساعات اوج ترافیک چه میزان ترافیک را تحمل کند، آیا بلوار خاصی جریان ترافیک بین دو نقطه شهر را تسهیل میکند؟
آیا نیاز به مسیر جایگزینی برای یک نقطه خاص از شهر برای جلوگیری از ترافیک وجود دارد، شهر چقدر بزرگ است و چقدر ترافیک دارد، بودجه تعیین شده توسط دولت برای تهیه نقشه راه برای شهر چقدر است و سؤالاتی از این دست.
به طور مشابه، در مورد انتخاب توپولوژی شبکه کامپیوتری باید عواملی مانند میزان ترافیک در شبکه، اندازه شبکه، هدف شبکه و غیره را در نظر بگیریم. هر توپولوژی شبکه کامپیوتری مزایا و معایب خاص خود را دارد و بسته به این مزایا و معایب ما انتخاب میکنیم که چه نوع توپولوژی را برای کسبوکار خود انتخاب کنیم.
در یک سیستم شبکه کامپیوتری دو نوع توپولوژی اتصال وجود دارد:
- توپولوژی فیزیکی
- توپولوژی منطقی
طراحی فیزیکی شبکه به کمک لینکهای فیزیکی قابلمشاهده نشان داده میشود. در حالی که توپولوژی منطقی، مسیر انتقال داده و جزئیات جریان داده را که با چشم قابل رویت نیستند، نشان میدهد.
مزایا و معایب توپولوژی شبکه
توپولوژیهای شبکههای مختلف با ویژگیهای خاص مزایا و معایب خود را دارند.
مزایای توپولوژی شبکه به شرح زیر است:
- اگر از جزئیات توپولوژی شبکه ساخته شده آگاه باشید، میتوانید ساختار تعاملی هر دستگاه یا مؤلفه را در شبکه با مؤلفه دیگر درک کنید.
- اگر توپولوژی شبکه به درستی ساخته شده باشد، میتوان فایروالهایی موجود در شبکه یا گلوگاههای خاصی که ممکن است باعث ترافیک داده شود، شناسایی کرد. همچنین نقاط اتصال و خرابی هر یک از مؤلفهها و لینکهای ارتباطی به راحتی قابلشناسایی است.
- شناخت کافی از توپولوژی شبکه، به توسعه شبکه در آینده و شناخت نقاط ضعف و قوت آن کمک میکند. همانند یک ساختار شهری که با مشخص بودن نقشه آن، میتوان برنامهریزی دقیقی از توسعه مسیرها را در آینده انجام داد.
معایب توپولوژی شبکه به شرح زیر است:
- امنیت و نفوذپذیری شبکه هر دو تحت تأثیر توپولوژی شبکه قرار میگیرند. شناسایی آسیب و بازیابی جنبههای امنیتی همیشه مهمترین آیتم در مطالعات پیشگیری هستند، به همین دلیل است که انتخاب توپولوژی نادرست میتواند امنیت شبکه را به خطر بیندازد.
- توپولوژی شبکه از نظر ساختاری هرچقدر سادهتر باشد، از نظر امنیتی بیشتر در معرض خطر است. معمولاً توپولوژیهای پیچیدهتر از امنیت بالاتری برخوردارند اما در مقابل، پیادهسازی این ساختارها دشوارتر است و هزینه بیشتری دارد.
انواع توپولوژیهای شبکه
انواع مختلفی از توپولوژیهای شبکه مورد استفاده قرار میگیرد که از نظر ساختار ظاهری و مزایای و معایبی که دارند، تقسیمبندی میشوند. هر یک از این توپولوژیها بر اساس چیدمان مؤلفهها و روش ارتباطی آنها در کاربردهای مختلف استفاده میشوند.
در این بخش به معرفی انواع توپولوژی شبکههای کامپیوتری میپردازیم:
1. توپولوژی نقطه به نقطه
توپولوژی شبکه کامپیوتری نقطه به نقطه تنها از دو گره تشکیل شده است که میتوانند کامپیوتر، سرور، سوئیچ، روتر و غیره باشند. این دو گره به کمک یک لینک که معمولاً یک کابل است به هم متصل میشوند. این سادهترین و ابتداییترین شکل توپولوژی شبکه کامپیوتری است.
اگر اتصال بین دو گره یک اتصال شبکه منطقی باشد، ممکن است تعدادی دستگاه میانی بین آنها وجود داشته باشد، اما کامپیوترهای هر دو گره از آنها اطلاعی ندارند زیرا تنها یکدیگری را به عنوان مؤلفههای مستقیم میبینند.
توضیح عکس: شبکههای کامپیوتری با اتصال نقطه به نقطه
مزایای اتصال نقطه به نقطه عبارت است از:
- پهنای باند بیشتر، زیرا تنها دو گره از یک لینک مشترک استفاده میکنند
- سرعت بالا در مقایسه با انواع دیگر توپولوژیهای شبکه
- سادگی پیادهسازی
- نگهداری و رسیدگی آسان
- تأخیر کمتر به دلیل کوتاه بودن لینک ارتباطی
معایب اتصال نقطه به نقطه عبارت است از:
- فقط برای مناطق کوچک با گرههایی که از نظر فیزیکی نزدیک به یکدیگر هستند قابلاستفاده است
- وابستگی زیاد به لینک مشترک؛ اگر لینک از کار بیفتد، شبکه از کار میافتد
- فقط زمانی مفید است که شبکه دو گره داشته باشد؛ بنابراین، برای بسیاری از کاربردهای شبکه مدرن قابلاستفاده نیست
2. توپولوژی بأس
بأس یک نوع توپولوژی شبکه کامپیوتری است که در آن تمام گرههای شبکه توسط یک لینک به هم متصل میشوند. همچنین به عنوان توپولوژی backbone یا در برخی موارد به عنوان توپولوژی خطی نیز شناخته میشود.
توضیح عکس: شبکههای کامپیوتری با اتصال بأس
دادهها را میتوان تنها در یک جهت در یک زمان در توپولوژی بأس مخابره کرد. به محض اینکه دادهها به آخرین گره شبکه کامپیوتری میرسند، توسط ترمیناتور از لینک حذف میشوند.
در چنین ساختاری، گره سرور، دادهها را از یک سر دریافت کرده و در یک جهت به گره کلاینت منتقل میکند. همانطور که دادهها به هر گره میرسند، آدرس مقصد آن (MAC/IP) بررسی میشود تا مشخص شود دریافت و پردازش شدهاند یا خیر. اگر عدم تطابق در آدرس وجود داشته باشد، گره مورد نظر عملیاتی روی دادهها انجام نخواهد داد.
مزایای اتصال بأس عبارتاند از:
- افزودن دستگاههای جدید و جایگزینی یا حذف دستگاههای موجود بدون تأثیرگذاری بر دستگاههای متصل به شبکه آسان است
- خرابی در چند دستگاه تأثیری بر دستگاههای دیگر یا شبکه ندارد
- کابل کمتری در مقایسه با سایر توپولوژیهای شبکه مانند مش و ستاره مورد نیاز است. هر زمان که لازم باشد میتوان شبکه را به راحتی گسترش داد
معایب اتصال بأس عبارتاند از:
- تشخیص خرابی دستگاه و سایر خطاهای شبکه در شبکه دشوار است
- آسیب به کابل اصلی یا همان backbone میتواند کل شبکه را متوقف کند
- افزایش مصرف پهنای باند چند دستگاه میتواند بر عملکرد کل شبکه تأثیر بگذارد
- سرعت عملیات کندتر است، زیرا تنها یک گره داده را در هر زمان ارسال میکند
- حریم خصوصی بیشتر در معرض خطر است، زیرا همه گرهها سیگنال ارسال شده توسط سرور را دریافت میکنند
3. توپولوژی حلقه
حلقه یک نوع توپولوژی شبکه کامپیوتری است که در آن تمام گرهها بهگونهای به هم متصل شدهاند که یک دایره یا یک ساختار حلقهای را تشکیل میدهند. دادهها در این نوع توپولوژی میتوانند در یک زمان فقط در یک جهت جریان داشته باشند و هر گره فقط به دو گره مجاور خود متصل است.
توضیح عکس: شبکههای کامپیوتری با اتصال حلقه
این توپولوژی در شبکههای کوچکتر مانند شبکههای موجود در مدارس استفاده میشود. بسیاری از شبکههای حلقه از ارسال رمز برای تنظیم جریان داده استفاده میکنند. در چنین شرایطی، یک توکن از یک دستگاه به دستگاه دیگر منتقل میشود و تنها گره دارای توکن میتواند دادهها را انتقال دهد.
دستگاهی که دادهها را از توکن دریافت میکند، آنها را همراه با یک تأییدیه به سرور برمیگرداند. فقط یک کامپیوتر با دسترسی به توکن «خالی» میتواند دادهها را در یک زمان معین منتقل کند، در حالی که کامپیوترهای دیگر باید منتظر نوبت خود باشند.
مزایای اتصال حلقه عبارتاند از:
- جریان دایرهای شکل دادهها برخورد بستههای داده را به حداقل میرساند
- توپولوژیهای حلقه یک طرفه دارای انتقال داده با سرعت بالا هستند
- سیستم قوی است زیرا میتواند تعداد زیادی گره و ترافیک سنگین را مدیریت کند
- احتمال از دست دادن اطلاعات در فواصل طولانی کمتر است
- عیبیابی شبکه راحتتر و کارآمدتر خواهد بود
معایب اتصال حلقه عبارتاند از:
- خرابی در کابل میتواند عملکرد کلی شبکه را مختل کند
- شبکههای حلقه یک طرفه، بستههای داده را قبل از رسیدن به مقصد، از گرههای متعدد عبور میدهند
- افزودن، اصلاح یا حذف گرهها دشوار است و میتواند فعالیت شبکه را مختل کند
4. توپولوژی ستاره
ستاره نوعی توپولوژی شبکه کامپیوتری است که در آن هر گره شبکه به یک دستگاه مرکزی متصل است و معمولاً این دستگاههای مرکزی هاب، سوئیچ و روتر هستند. آنها عمدتاً وظایف مسیریابی، مدیریت انتقال دادهها و جلوگیری از به خطر افتادن دادهها را انجام میدهند.
دستگاه مرکزی به عنوان میانافزار بین تمام گرههای سیستم عمل میکند. هر زمان که یک گره بخواهد سرویس ارائه داده یا درخواست سرویس دهد، باید ابتدا با دستگاه مرکزی ارتباط برقرار کند. هر گره یک لینک نقطهبهنقطه با دستگاه مرکزی دارد.
بسته به نوع دستگاه مرکزی، پیامها پخش یا ارسال میشوند. هابها پیامها را پخش میکنند، در حالی که روترها به عنوان دروازه بین دو شبکه مختلف عمل کرده و آنها را به هم متصل میکنند.
اگر هاب دستگاه مرکزی باشد، ترافیک غیرضروری در شبکه به دلیل پخش پیامها افزایش مییابد. دستگاه مرکزی به عنوان یک سرور عمل میکند در حالی که تمام گرهها نقش کلاینت را ایفا میکنند.
توضیح عکس: شبکههای کامپیوتری با اتصال ستاره
مزایای اتصال ستاره عبارتاند از:
- نگهداری و مدیریت شبکه آسان است زیرا هر گره کابل مخصوص به خود را دارد
- خرابیها فقط یک دستگاه را تحت تأثیر قرار میدهند و ناحیه دارای خطا به سرعت پیدا میشود
- افزودن دستگاههای جدید ساده و بیدردسر است
- انتقال دادهها سریع است
معایب اتصال ستاره عبارتاند از:
- انتخاب هاب مرکزی مناسب یک مسئله حیاتی است، زیرا این دستگاه باید با تمام گرهها و لینکهای موجود در شبکه سازگار باشد.
- کابل و کانکتورهای بیشتری در این توپولوژی لازم است
- خرابی هاب مرکزی کل شبکه را مختل میکند
5. توپولوژی درختی
ساختار درختی یک نوع توپولوژی شبکه کامپیوتری است که بیشتر از همه مورد استفاده قرار میگیرد. این توپولوژی به عنوان توپولوژی سلسلهمراتبی نیز شناخته میشود. این ساختار از ویژگیهای توپولوژی ستاره و همچنین توپولوژی بأس بهره میبرد.
در این نوع توپولوژی، شبکه به چندلایه تقسیم میشود. پایینترین سطح به عنوان سطح دسترسی یا لایه دسترسی شبکه شناخته میشود. این لایه شامل تمام کامپیوترهایی است که در شبکه وجود دارند. لایه میانی به لایه توزیع معروف است.
توضیح عکس: شبکههای کامپیوتری با اتصال درختی
لایه میانی یا لایه توزیع به عنوان رابط بین لایه بالایی و لایه پایین عمل میکند. بالاترین لایه در این شبکه به عنوان لایه هسته شناخته میشود و نقطه مرکزی شبکه کامپیوتری است.
به طور کلی این توپولوژی به عنوان توپولوژی درختی شناخته میشود زیرا به شکل یک درخت سازماندهی شده است، یعنی لایه هسته به عنوان ریشه درخت عمل میکند، لایه توزیع و لایه دسترسی به عنوان پوسته و شاخههای درخت عمل میکنند.
پیوند بین لایه توزیع و لایه دسترسی مشابه توپولوژی ستاره است. اگر لایه هسته آفلاین شود، کل سیستم آفلاین میشود. این ویژگی توپولوژی درختی مشابه ویژگی توپولوژی بأس است.
مزایای اتصال درختی عبارتاند از:
- ایدهآل برای گرههایی که با هم گروهبندی شدهاند
- مقیاسپذیری بیشتر؛ گرهها و سلسلهمراتب بیشتری را میتوان بدون ایجاد اختلال در شبکه موجود اضافه کرد
- در صورت آسیب به بخشی از شبکه، سایر گرهها و سلسلهمراتب تحت تأثیر قرار نمیگیرند
- شناسایی و رفع عیبها سریع و آسان است
- انتقال داده در میان گرهها در یک سلسلهمراتب با سرعت بالا صورت میگیرد
معایب اتصال درختی عبارتاند از:
- حجم زیادی از کابلکشی و هابهای متعدد مورد نیاز است
- پیکربندی و تعمیر و نگهداری شبکه دشوار است
- خرابی لایه مرکزی (لایه هسته) کل شبکه را مختل میکند
6. توپولوژی مش
در توپولوژی مش، تمام گرهها به هم متصل هستند و میتوانند دادههای خود را ارسال و دریافت کنند.
توضیح عکس: شبکههای کامپیوتری با اتصال مش
توپولوژی مش کامل که در آن هر گره به همه گرههای دیگر متصل است، معمولاً برای شبکههای مهم استفاده میشود، زیرا پیادهسازی آن بسیار پرهزینه و نگهداری آن چالشبرانگیز است.
تیمهای فناوری اطلاعات همچنین روشهای جایگزینی برای اجرای شبکههای مش جزئی دارند که در آن همه گرهها به هم متصل نیستند. این کار هزینه کمتری دارد و پیادهسازی آن آسانتر است. با این حال، تمام مزایای یک شبکه مش کامل را ندارد.
مزایای اتصال مش عبارتاند از:
- ساختار بسیار قوی، طوری که قطع هر گره یا شکست لینک، حداقل تعداد نقاط را تحت تأثیر قرار میدهد.
- انتقال داده بسیار کارآمد است به دلیل لینکهای نقطه به نقطه اختصاصی برای همه دستگاهها
- امنیت و حریم خصوصی قوی
- شناسایی سریع عیبهای شبکه
معایب اتصال مش عبارتاند از:
- به کابلها و پورتهای ورودی/خروجی (I/O) زیادی نیاز دارد
- نصب و نگهداری زمانبر است
- شبکه پرهزینهای است
7. توپولوژی ترکیبی یا هیبرید
توپولوژی شبکه ترکیبی، همانطور که از نام آن پیداست، ویژگیهای چندین توپولوژی دیگر را با هم دارد. ایجاد چنین پیکربندی به نیاز شبکه بستگی دارد.
توضیح عکس: شبکههای کامپیوتری با اتصال هیبرید
دو توپولوژی هیبریدی که معمولاً مورد استفاده قرار میگیرند عبارتاند از ستاره-حلقه و ستاره-باس. در حالت اول، هابهای مرکزی توپولوژیهای چند ستاره با استفاده از یک توپولوژی حلقه به هم مرتبط میشوند. در ساختار دوم، هاب توپولوژیهای ستارهای متعدد با استفاده از توپولوژی باس به هم متصل میشوند.
مزایای اتصال ترکیبی عبارتاند از:
- مزایای توپولوژیهای متعدد را ترکیب میکند
- میتوان آن را متناسب با نیازهای شبکه ساخت
- بسیار انعطافپذیر و مقیاسپذیر است
معایب اتصال ترکیبی عبارتاند از:
- بسته به پیکربندی، چنین شبکهای ممکن است برای ایجاد و نگهداری منابع دارای محدودیت باشد
- طراحی پیچیدهای دارد که عیبیابی شبکه را دشوار میکند
- به کابلکشی و سایر سختافزارها برای ایجاد ارتباط بین توپولوژیهای مختلف نیاز دارد
کدام توپولوژی برای کسبوکار ما مناسب است؟
فاکتورهای خاصی وجود دارد که باید هنگام انتخاب بهترین توپولوژی برای کسبوکارمان آنها را در نظر گرفت. این فاکتورها عبارتاند از:
- هدف کسبوکار
- مقیاسپذیری
- هزینه
- امنیت
1. هدف کسبوکار
پیدا کردن توپولوژی شبکه کامپیوتری که مناسب و پاسخگوی نیازهای کسبوکار باشد، مهمترین عامل در تعیین توپولوژی مناسب است.
هر کسبوکار نیازمندیهای خاص خود را دارد، بهعنوان مثال، برخی از کسبوکارها به سرعت انتقال داده بالایی نیاز دارند، در حالی که برای برخی از کسبوکارها، مدیریت حجم بیشتری از دادهها در لحظه اهمیت دارد.
2. مقیاسپذیری
هر کسبوکاری پتانسیل رشد و توسعه را دارد؛ بنابراین مقیاسپذیری توپولوژی شبکه کامپیوتری مورد استفاده عامل مهمی در توسعه کسبوکار است. اگر صاحبان کسبوکار بتوانند رشد آن را در آینده پیشبینی کنند، انتخاب یک توپولوژی کامپیوتری خاص آسانتر میشود.
هر توپولوژی پتانسیل مقیاسپذیری خاص خود را دارد، به عنوان مثال توپولوژی ستاره افزودن یا حذف یک گره از شبکه را آسانتر میکند، زیرا هر گره لینک جداگانهای با هاب مرکزی دارد، در حالی که در توپولوژی حلقه، افزودن یا حذف یک گره بسیار مشکل است.
3. هزینه
به طور کلی هزینه همیشه یک عامل مهم در هر کسبوکاری است. هدف اصلی هر تجارت، صرفهجویی و کاهش هزینه و افزایش درآمد است.
در مورد توپولوژی شبکههای کامپیوتری، پیچیدگی شبکه به طور مستقیم با هزینه راهاندازی توپولوژی شبکه متناسب است.
هنگام انتخاب توپولوژی شبکه کامپیوتری، نه تنها باید هزینه راهاندازی شبکه را در نظر بگیریم، بلکه باید هزینه نگهداری و ارتقاء شبکه را نیز برآورد کنیم. باید بین هزینههای نصب، نگهداری، بهرهبرداری و سطح عملکرد شبکه تعادل وجود داشته باشد.
برای مثال، توپولوژی مش احتمالاً پرهزینهترین توپولوژی است زیرا به لینک زیادی نیاز دارد، در حالی که در مورد توپولوژیهای حلقه و ستاره، هزینههای شبکه حداقل است.
4. امنیت
امنیت دادهها بخش بسیار مهمی از سیاست هر کسبوکار است. ایمنی و محرمانه بودن دادهها بسیار مهم است و اعتبار یک شرکت با امنیت دادههای آن سنجیده میشود.
امنترین توپولوژی شبکه، توپولوژی مش است زیرا اتصال اختصاصی به هر گره را فراهم میکند و احتمال از دست دادن بستههای داده به حداقل میرسد.
سخن پایانی
در این مقاله بررسی کردیم که توپولوژی شبکه چیست و با انواع توپولوژی شبکه کامپیوتری و لزوم استفاده از آنها در کسبوکارهای مختلف آشنا شدیم. توپولوژی شبکههای کامپیوتری برای هر کسبوکاری که نیاز به شبکه دارد ضروری است.
وقتی نوبت به انتخاب بهترین توپولوژی شبکه میرسد، پاسخ قطعی وجود ندارد. بهترین توپولوژی شبکه کامپیوتری، توپولوژی مناسب با اهداف تجاری است به این خاطر که هر توپولوژی، مزایا و معایب خاص خود را دارد.
با بررسی اهداف کسبوکار و سطح امنیت مورد نیاز، همچنین برآورد هزینه و بودجه شرکت، میتوان مناسبترین توپولوژی شبکه را برای هر کسبوکار انتخاب نمود.