انواع توپولوژی (هم‌بندی) در شبکه

اجزای یک شبکه را می‌توان به روش‌های مختلف طبق یک طرح یا نقشه مشخص به هم متصل نمود که به این طرح و نقشه اتصال، توپولوژی (Topology) شبکه می‌گویند.

به عبارت دقیق‌تر توپولوژی دارای دو حالت فیزیکی و منطقی می‌باشد، در حالت فیزیکی چگونگی اتصال ظاهری اجزای شبکه مشخص می‌شود که به وسیله کابل به هم متصل می‌شوند و حالت منطقی آن، نحوه تبادل اطلاعات و چگونگی دسترسی رایانه‌ها به محیط انتقال را مشخص می‌کند.

توپولوژی خطی (Bus)

جنبه ظاهری یا فیزیکی: تمام سیستم ها با یک قطعه کابل به یکدیگر متصل شده‌اند.

جنبه منطقی: زمانی که یک رایانه اطلاعات را ارسال می‌کند به تمام رایانه‌ها ارسال می‌شود و رایانه‌ای که دارای آدرس مشخص می‌باشد اطلاعات را دریافت کرده و سایر رایانه‌ها اطلاعات را به خط اصلی برمی‌گردانند.

چون درکابل شبکه خطی، سیگنال‌ها پس از رسیدن به انتهای خط (فضای باز) دوباره به خط اصلی برمی‌گردند و باعث تداخل و مختل شدن کل شبکه می‌شوند، به همین دلیل باید در ابتدا و انتهای خط شبکه از «ترمیناتور» استفاده شود. ترمیناتور حاوی یک مقاومت الکتریکی است که وابسته به مشخصات کابل و پارامترهای دیگر می‌باشد که در نوع خاصی از شبکه ها 50 اهم می‌باشد.

مزایای توپولوژی خطی

• ساده‌ترین نوع توپولوژی می‌باشد.
• ارزان‌ترین نوع توپولوژی می‌باشد.
• نسبت به بقیه توپولوژی‌ها کابل کمتری مصرف می‌شود.
• افزایش یا کاهش سیستم‌ها به راحتی انجام می شود (البته تا حد مجاز).

معایب توپولوژی خطی

• سرعت پایین‌تری نسبت به بقیه توپولوژی‌ها دارد.
• در صورت قطع شدن یک قسمت از کابل اصلی، ارتباط تمامی اجزای شبکه قطع می‌شود و شبکه از کار می‌افتد. (چون فضای باز ایجاد می‌شود و باعث تداخل و انعکاس سیگنال‌ها می‌گردد)
• اگر یکی از ترمیناتورها قطع یا خراب شود، ارتباط تمامی اجزای شبکه قطع می‌شود و شبکه از کار می‌افتد.
• عیب‌یابی شبکه مشکل و زمان‌بر می‌باشد.
• یک تکنولوژی قدیمی است.

توپولوژی مشبک (Mesh)

جنبه ظاهری: تمام رایانه‌های شبکه دو به دو با یک کابل مستقل به هم متصل می‌باشند که این حالت ایده‌آل می‌باشد و به آن مش کامل می‌گویند. به طوری که تعداد رایانه های متصل در شبکه n باشد n-1 کابل به هر رایانه متصل می شود.

اگر یکی از اتصالات برقرار نباشد به آن توپولوژی، مش ناقص می‌گویند.

مزایای توپولوژی مشبک

• اگر یکی از ارتباط ها قطع شود از مسیر دیگری ارتباط برقرار می‌شود.
• مطمئن‌ترین و پایدارترین نوع ارتباط را نسبت به سایر توپولوژی‌ها دارا می‌باشد.

معایب توپولوژی مشبک (Mesh)

• به دلیل استفاده زیاد کارت شبکه و کابل، پیچیده‌ترین و گران‌ترین نوع توپولوژی می‌باشد.

توپولوژی ستاره‌ای

جنبه ظاهری: تمام رایانه‌های شبکه توسط یک کابل مستقل به یک نقطه مرکزی به نام Hub Switch متصل می‌شوند.

نکته: واژه Hub به طور کلی یعنی «نقطه مرکزی» و نحوه عملکرد این «نقطه مرکزی» و همچنین نام دقیق آن بستگی به نوع شبکه‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌‌ای دارد که در آن استفاده می‌شود.

در این بخش هرگاه صحبت از هاب می‌شود منظور استفاده از آن در نوع خاص و رایجی از شبکه‌ها به نام شبکه Ethernet بوده که موضوع آموزش‌های بعدی است.

در توپولوژی ستاره‌ای اگر از Hub معمولی استفاده شود، سیگنال ها به تمام رایانه‌های متصل به هاب ارسال خواهند شد ولی اگر از سوئیچ استفاده شود، سیگنال ها فقط به رایانه (های) مقصد ارسال می‌گردند.

جنبه منطقی: سیگنال‌ها از رایانه فرستنده به سوئیچ ارسال می‌شود سپس سوئیچ آنها را به سایر رایانه‌های شبکه ارسال می کند.

مزایای توپولوژی ستاره‌ای

• قطع شدن یک کابل به طور معمول بر روی بقیه شبکه تأثیری نمی‌گذارد مگر این که مربوط به سرویس دهنده باشد.
• در صورت استفاده از سوئیچ، سیگنال‌ها فقط به رایانه مقصد ارسال می‌شوند نه تمام رایانه‌ها و این امر باعث کاهش حجم ترافیک می‌شود.
• در صورت استفاده از سوئیچ، امکان تبادل اطلاعات دو به دو به صورت هم زمان وجود خواهد داشت.
• هزینه نگهداری و رفع عیب آن نسبت به توپولوژی خطی پایین‌تر است.

معایب توپولوژی ستاره‌ای

• اگر به هر دلیلی دستگاه مرکزی از کار بیفتد، کل شبکه از کار می‌افتد.
• اگر به هر دلیلی « قطه مرکزی» از کار بیفتد کل شبکه از کار باز می‌ایستد، به همین دلیل معمولاً هاب را از نظر فیزیکی در یک تابلوی مخصوص معروف به Rack نصب کرده و Rack را در یک مکان مطمئن و با شرایط محیطی مناسب قرار می دهند. در شبکه‌هایی که ضریب حساسیت آن ها بیشتر است، ترکیبی از دو یا چند سوئیچ را در توپولوژی Mesh قرار داده و بدین ترتیب اگر یکی از سوئیچ‌ها از کار بیفتد، سوئیچ‌های دیگر بلافاصله وارد عمل شده و ترافیک از طریق آن ها به عبور خود ادامه می‌دهد (تحمل خطا).
• مصرف کابل و هزینه پیاده‌سازی آن نسبت به توپولوژی خطی بیشتر می‌باشد.

توپولوژی حلقوی (Ring)

 هر رایانه به صورت منطقی (نه فیزیکی) به رایانه مجاور خود متصل می‌باشد و آخرین رایانه نیز به اولین رایانه متصل می‌باشد و رایانه‌ها تشکیل یک حلقه را می‌دهند.

ولی در عمل برای اتصال حلقه‌ای رایانه‌ها از یک دستگاه مرکزی به نامMAU  واحد دسترسی چندگانه (Multi-Access Unit) استفاده می‌شود و تمام رایانه‌ها با یک کابل به MAU متصل می‌شوند (مانند توپولوژی ستاره‌ای).

شبکه‌های طراحی شده با توپولوژی حلقه‌ای را شبکه Token Ring یا Token Passing نیز می‌گویند، زیرا انتقال اطلاعات در این شبکه ها بر اساس گردش یک بسته مخصوص به نام Token می‌باشد.

از نظر نحوه گردش Token دو نوع توپولوژی حلقوی وجود دارد:

• توپولوژی حلقوی یک طرفه: Token ها فقط در یک جهت حرکت می‌کنند.
• توپولوژی حلقوی دو طرفه: Token ها در هر دو جهت حرکت می‌کنند. در واقع نوع ناقص توپولوژی Mesh می‌باشد.

اگر بخواهیم دو تا شبکه حلقوی را به یکدیگر متصل کنیم باید Ring Out به اختصار RO سوئیچ اول را به Ring In به اختصار RI سوئیچ 2 متصل نموده و همنین Ring Out سوئیچ دوم را به Ring In سوئیچ اول وصل کنیم.

مزایای توپولوژی حلقوی

• نحوه گردش اطلاعات دارای اولویت‌بندی و زمان‌بندی است تا تداخل به وجود نیاید.
• برای شبکه‌های با ترافیک بالا مناسب می‌باشد. چون تداخل وجود ندارد.

معایب توپولوژی حلقوی

• اگر عیبی در MAU بوجود بیاید، کل شبکه از کار خواهد افتاد.
• افزودن یا کاستن رایانه‌ها در شبکه به سادگی ممکن نیست.
• مصرف کابل و هزینه پیاده‌سازی آن نسبت به توپولوژی خطی بیشتر می‌باشد.
• مانند توپولوژی خطی اگر یک قسمت از حلقه قطع شود، کل شبکه از کار می‌افتد به این علت که اطلاعات قادر به گردش کامل نخواهند بود.

در واقع قانون گردش اطلاعات در حلقه‌های یک طرفه به گونه‌ای طراحی شده که اولاً هر اطلاعاتی که از یک سیستم خارج می‌شود باید دور زده و سرجای اول خود برگردد، ثانیاً همه سیستم‌ها باید قادر به تبادل اطلاعات باشند. به عنوان مثال در شکل اگر حدفاصل بین A و B قطع شود در آن صورت هرچند ممکن است تصور شود B می تواند برای E ،D ، C و A اطلاعات بفرستد، اما عکس آن امکان‌پذیر نیست و به این معنا که همه سیستم‌ها نمی‌توانند به تبادل اطلاعات بپردازند، در نتیجه هر دو قانون فوق نقض شده و حلقه به طور کامل غیر قابل استفاده می‌شود. این مشکل در حلقه‌های دو طرفه (که حالت خاصی از Mesh محسوب می شوند) وجود ندارد.

نکته: شبکه حلقوی دو طرفه را می‌توان حالت خاصی از مش به حساب آورد زیرا چنانچه قطرهای یک مش کامل را حذف کنیم شکل حاصله یک مش ناقص خواهد شد که همان شبکه حلقوی دو طرفه است. اصولاً انتخاب توپولوژی ربطی به ابعاد و گستردگی فیزیکی شبکه (LAN یا WAN) ندارد و بدیهی است که هر نوع توپولوژی را می‌توان چه در شبکه محلی و چه در شبکه گسترده استفاده کرد اما با توجه به اینکه احتمال تأثیرگذاری عوامل بازدارنده در شبکه‌های گسترده نسبت به شبکه‌های محلی بیشتر است لذا معمولاً در شبکه‌های گسترده از توپولوژی مش استفاده شده و توپولوژی‌های خطی، ستاره‌ای، حلقوی را در شبکه محلی به کار می‌برند، البته ستاره‌ای نیز در WAN کاربرد دارد.