توپولوژی شبکه چیست؟ کاربرد، انواع و مزایا

همه چیز درباره توپولوژی شبکه!

اینترنت، بزرگترین شبکه‌ای است که اکثر ما به نحوی از آن استفاده می‌کنیم. اما پیاده سازی چنین شبکه یکپارچه و منسجمی چندان راحت نیست و اصول و قواعد خاص خودش را دارد. در اینجاست که توپولوژی شبکه وارد میدان می‌شود. اگر جزء کاربران معمولی اینترنت باشید، به احتمال زیاد نمی‌دانید که توپولوژی شبکه چیست و چه اهمیتی دارد. در مطلب امروز به شما خواهیم گفت که این اصطلاح چه معنایی دارد و دقیقا چه کاری انجام می‌دهد! برای خرید عمده تجهیزات شبکه با گارانتی آسان پیشرو در بهترین برندهای دنیا همچون تندا می‌توانید با ما در تماس باشید.

توپولوژی شبکه چیست؟

اجزای متنوع موجود در شبکه‌های کامپیوتری از روش‌های مختلفی به یکدیگر متصل می‌شوند. توپولوژی شبکه، روشی است که ساختار و نحوه اتصال این اجزا به یکدیگر را تعریف می‌کند. به عبارت دیگر، توپولوژی شبکه به چیدمان دستگاه‌های مختلف مانند رایانه‌ها، روترها، سوئیچ‌ها و اتصالات در یک شبکه کامپیوتری اشاره دارد. یک نمودار توپولوژی شبکه، آرایش فیزیکی یا منطقی این اجزا و نحوه ارتباط آنها با یکدیگر در شبکه را توصیف می‌کند.

اهمیت توپولوژی شبکه

شاید بپرسید که توپولوژی شبکه چه ضرورتی دارد. کافی است نگاهی به لیست زیر بیندازید تا به اهمیت آن پی ببرید.

• بر نحوه عملکرد شبکه تأثیر می‌گذارد: استفاده از یک توپولوژی شبکه مناسب تضمین می‌کند که شبکه با حداکثر کارایی با نرخ انتقال داده بهبود یافته کار می‌کند.
• به مدیران فناوری اطلاعات کمک می‌کند تا بفهمند کل زیرساخت شبکه چگونه سازماندهی شده است: ابزار توپولوژی شبکه به تیم عملیات فناوری اطلاعات کمک می‌کند تا شبکه را بهتر تجسم کنند و وابستگی اجزای شبکه را درک نمایند.
• توضیح می‌دهد که چگونه دستگاه‌ها و برنامه‌ها بر بقیه اجزا در شبکه تأثیر می‌گذارند: دانستن وابستگی دستگاه از این طریق به شناسایی اینکه چه دستگاه یا برنامه‌ای ممکن است بر دستگاه‌های دیگر تأثیر بگذارد و باعث گلوگاه شبکه شود، کمک می‌کند.
• به یافتن و حل مشکلات در سراسر سیستم کمک می‌کند: وجود نقشه توپولوژی مناسب باعث آسان‌تر شدن روند تشخیص مشکلات، عیب یابی و تخصیص منابع شبکه خواهد شد.

انواع توپولوژی شبکه

توپولوژی‌های شبکه به طور کلی به دو دسته توپولوژی شبکه فیزیکی و توپولوژی شبکه منطقی طبقه بندی می‌شوند. توپولوژی فیزیکی یک شبکه، چیدمان فیزیکی گره‌ها و اتصالات است. این اتصالات شامل خطوط موجود در نمودارها می‌شود که گره‌ها را به هم متصل می‌کنند، مانند سیم‌های اترنت یا خط مشترک دیجیتال، فیبر نوری و امواج مایکروویو.

توپولوژی‌های شبکه منطقی، نحوه راه اندازی یک شبکه را از جمله اینکه کدام گره‌ها و چگونه متصل می‌شوند و همچنین الگوی انتقال داده‌ها را تعریف می‌کنند.

انواع مختلفی از توپولوژی شبکه وجود دارد. به عنوان مثال توپولوژی‌های فیزیکی شامل موارد زیر است:

• توپولوژی نقطه به نقطه
• توپولوژی BUS
• توپولوژی حلقه
• توپولوژی درختی
• توپولوژی ستاره
• توپولوژی مش
• توپولوژی ترکیبی یا هیبرید

در ادامه به توضیح هر یک از انواع توپولوژی‌های شبکه به همراه مزایا و معایب آنها می‌پردازیم.

توپولوژی نقطه به نقطه

توپولوژی نقطه به نقطه (Point-to-Point) نوعی توپولوژی است که بر روی عملکرد فرستنده و گیرنده کار می‌کند. این نوع توپولوژی، ساده‌ترین ارتباط بین دو گره است که در آن یکی فرستنده و دیگری گیرنده است. توپولوژی نقطه به نقطه، پهنای باند بالایی را فراهم می‌کند.

مزایا و معایب توپولوژی نقطه به نقطه

در این بخش، مهم‌ترین مزایا و معایب توپولوژی Point-to-Point را مشاهده می‌کنید:

مزایا:

• انتقال سریع‌تر داده‌ها
• ساده‌ترین توپولوژی شبکه است.
• کاهش تأخیر شبکه
• امنیت بالاتر نسبت به سایر توپولوژی‌ها

معایب:

• به آسانی مقیاس پذیر نیست.
• برای شبکه‌های بزرگتر مناسب نیست.
• بشدت به اتصال مشترک وابسته است و اگر این اتصال از کار بیفتد، کل شبکه غیرفعال می‌شود.
• فقط زمانی قابل استفاده است که دو گره در مجاورت یکدیگر باشند.

توپولوژی خطی (BUS)

در توپولوژی خطی، هر ایستگاه کاری به صورت سری (به صورت متوالی) به کابل مرکزی اصلی متصل می‌شود. طرح خطی ساده و کارایی هزینه این توپولوژی، آن را برای شبکه‌های کوچک ایده آل می‌سازد. با این حال توپولوژی BUS برای شبکه‌های بزرگتر، سرعت پایینی دارد و شناسایی مشکل در این توپولوژی در صورت خرابی شبکه دشوار خواهد بود.

مزایا و معایب توپولوژی خطی

توپولوژی خطی نیز مزایا و معایب خاص خود را دارد.

مزایا:

• قابلیت اطمینان بالا؛ اگر یک گره از کار بیفتد، گره‌های دیگر همچنان کار خواهند کرد.
• ارزان‌ترین توپولوژی شبکه در مقایسه با سایر توپولوژی‌ها
• به آسانی مقیاس پذیر است؛ به راحتی می‌توان گره‌های شبکه را اضافه یا آنها را حذف کرد، بدون اینکه روی هیچ دستگاه دیگری تأثیر بگذارد.
• کاملا ایده آل برای شبکه‌های کوچک و کسب و کارهای محدود

معایب:

• از دست دادن بسته (Packet) در مقایسه با توپولوژی‌های دیگر شبکه زیاد است.
• شناسایی خرابی‌های شبکه در مقایسه با توپولوژی‌های دیگر دشوار است.
• تعداد محدودی دستگاه می‌تواند اضافه شود. افزودن دستگاه‌های بیشتر می‌تواند باعث برخورد داده‌ها شود.
• پیاده سازی آن برای شبکه‌های بزرگتر امکان پذیر نیست.

توپولوژی حلقه (Ring)

در توپولوژی حلقه، ایستگاه‌های کاری به صورت حلقه به هم متصل می‌شوند؛ به طوریکه هر دستگاه دقیقاً با دو دستگاه مجاور ارتباط برقرار می‌کند. در توپولوژی حلقه با تعداد گره‌های زیاد از چند تکرار کننده استفاده می‌شود، زیرا اگر کسی بخواهد مقداری داده را به آخرین گره در توپولوژی حلقه با ۱۰۰ گره ارسال کند، داده‌ها باید از ۹۹ گره عبور کنند تا به صدمین گره برسد. از این رو برای جلوگیری از از دست دادن داده‌ها از تکرار کننده‌ها در شبکه استفاده می‌شود.

مزایا و معایب توپولوژی حلقه

توپولوژی حلقه مزایا و معایبی دارد که باعث می‌شود برای هر شبکه‌ای مناسب نباشد.

مزایا:

• انتقال داده‌ها در این توپولوژی با سرعت بالا انجام می‌شود.
• احتمال برخورد داده‌ها در این نوع توپولوژی حداقل است.
• نصب و مدیریت توپولوژی حلقه آسان‌تر و ارزان‌تر است.
• شناسایی مشکلات شبکه در توپولوژی حلقه آسان است.

معایب:

• عملکرد کُندتر در مقایسه با توپولوژی شبکه خطی
• بسته‌های داده‌ای که از توپولوژی حلقه عبور می‌کنند، باید به تمام گره‌ها دسترسی داشته باشند.
• اگر هر گره در توپولوژی حلقه از کار بیفتد، می تواند کل شبکه را مختل کند.

توپولوژی درختی (Tree)

توپولوژی شبکه درختی از یک گره ریشه تشکیل شده است و تمام گره‌های دیگر در یک سلسله مراتب به هم متصل هستند. خود توپولوژی در یک پیکربندی ستاره متصل است و در واقع یک نوع توپولوژی ستاره است. بسیاری از شبکه‌های سوئیچ اترنت بزرگتر از جمله شبکه‌های مرکز داده به صورت درختی پیکربندی شده‌اند.

مزایا و معایب توپولوژی درختی

مهم‌ترین مزایا و معایب توپولوژی درختی شامل موارد زیر هستند.

مزایا:

• این توپولوژی اجازه می‌دهد تا دستگاه‌های بیشتری به یک هاب مرکزی متصل شوند بنابراین مسافتی که سیگنال برای رسیدن به دستگاه‌ها طی می‌کند، کاهش می‌یابد.
• این توپولوژی امکان ایزوله کردن شبکه را فراهم می‌کند.
• امکان اضافه کردن دستگاه‌های مختلف به شبکه وجود دارد.
• تشخیص و تصحیح خطا در توپولوژی درختی بسیار آسان است.

معایب:

• اگر هاب مرکزی خراب شود، کل سیستم از کار می‌افتد.
• هزینه آن به دلیل کابل کشی، بالا است.
• اگر دستگاه‌های جدیدی اضافه شوند، پیکربندی مجدد دشوار می‌شود.

توپولوژی ستاره (STAR)

در توپولوژی ستاره، همه دستگاه‌ها از طریق یک کابل به یک هاب متصل می‌شوند. این هاب، گره مرکزی است و تمام گره‌های دیگر به گره مرکزی متصل هستند. این هاب می‌تواند ماهیت منفعل داشته باشد؛ یعنی یک هاب هوشمند مانند دستگاه‌هایbroadcasting  (همه پخشی اطلاعات) نباشد. در عین حال هاب می‌تواند هوشمند باشد که به عنوان هاب فعال شناخته می‌شود.

هاب‌های فعال دارای تکرار کننده‌هایی در خود هستند. برای اتصال کامپیوترها از کابل‌های کواکسیال یا کابل‌های RJ-45 استفاده می‌شود.

یک مثال رایج از توپولوژی ستاره، شبکه محلی (LAN) در یک دفتر کار است که در آن همه کامپیوترها به یک هاب مرکزی متصل هستند. از این توپولوژی در شبکه‌های بی سیم نیز استفاده می‌شود که تمامی دستگاه‌ها به یک نقطه دسترسی بی سیم متصل هستند.

مزایا و معایب توپولوژی ستاره

توپولوژی ستاره دارای مزایا و معایب زیر است.

مزایا:

• اگر N دستگاه در توپولوژی ستاره‌ای به یکدیگر متصل شوند، تعداد کابل‌های مورد نیاز برای اتصال آنها N است. بنابراین راه اندازی آن آسان است.
• هر دستگاه برای اتصال به هاب فقط به یک پورت نیاز دارد بنابراین تعداد کل پورت‌های مورد نیاز N است.
• اگر یکی از لینک‌ها (اتصالات) از کار بیفتد، بر سایر لینک‌ها تأثیری نخواهد گذاشت.
• تشخیص و جداسازی خطا در توپولوژی ستاره‌ای آسان است.
• توپولوژی ستاره مقرون به صرفه است زیرا از کابل کواکسیال ارزان قیمت استفاده می‌کند.

معایب:

• اگر هاب یا سوئیچ مرکزی از کار بیفتد، تمام گره‌های متصل قادر به برقراری ارتباط با یکدیگر نخواهند بود.
• کابل‌ها در معرض آسیب هستند.
• نرخ انتقال داده در این توپولوژی پایین است.

توپولوژی مش (Mesh)

توپولوژی مش، یک پیکربندی شبکه است که در آن دستگاه‌ها به صورت غیرمتمرکز به هم متصل می‌شوند. به جای تکیه بر یک هاب یا سوئیچ مرکزی، هر دستگاه مستقیماً به چندین دستگاه دیگر متصل می‌شود و ساختاری مشبک را تشکیل می‌دهد.

چندین مسیر از یک کامپیوتر به کامپیوتر دیگر وجود دارد. این توپولوژی شامل سوئیچ، هاب یا هیچ کامپیوتر مرکزی نیست که به عنوان نقطه مرکزی ارتباط عمل ‌کند. اینترنت نمونه‌ای از توپولوژی مش است. توپولوژی مش عمدتاً برای پیاده سازی‌های WAN استفاده می‌شود که در آن خرابی‌های ارتباطی، یک نگرانی اساسی است.

مزایا و معایب توپولوژی مش

توپولوژی مش دارای مزایا و معایب زیر است.

مزایا:

• توپولوژی مش در برابر خرابی گره، فوق العاده مقاوم است.
• شناسایی خطاهای شبکه آسان است.
• توپولوژی مش سریع‌ترین توپولوژی شبکه است زیرا داده‌هایِ با سرعت بالا می‌توانند بین گره‌ها منتقل شوند.
• افزودن گره‌های جدید، عملکرد شبکه را مختل نمی‌کند. توپولوژی مش دارای بالاترین سطح تحمل خطا است.

معایب:

• توپولوژی مش، گران‌ترین توپولوژی شبکه است.
• نصب توپولوژی مش در یک شبکه سازمانی آسان نیست.
• توپولوژی مش پیچیده است و نظارت بر آن دشوار است.
• نگهداری از آن آسان نیست.

توپولوژی ترکیبی (hybrid)

هنگامی که دو یا چند توپولوژی مختلف با هم ترکیب شوند، توپولوژی ترکیبی نامیده می‌شود. در حالیکه اگر توپولوژی‌های مشابه به یکدیگر متصل شوند، توپولوژی ترکیبی ایجاد نمی‌شود. به عنوان مثال اگر توپولوژی حلقه در یک شعبه بانک A و توپولوژی خطی در شعبه دیگر بانک A وجود داشته باشد، اتصال این دو توپولوژی به توپولوژی ترکیبی منجر می‌شود.

مزایا و معایب توپولوژی ترکیبی

استفاده از توپولوژی ترکیبی می‌تواند با مزایا و معایب زیر همراه باشد.

مزایا:

• مزایای توپولوژی‌های مختلف را در یک توپولوژی واحد ترکیب می‌کند.
• مقیاس پذیری شبکه با توپولوژی ترکیبی آسان‌تر است.
• تشخیص و عیب یابی خطاهای شبکه آسان است.
• این توپولوژی می‌تواند حجم عظیمی از ترافیک شبکه را مدیریت کند.

معایب:

• پیاده سازی توپولوژی هیبریدی بسیار گران است.
• نصب توپولوژی هیبریدی در شبکه سازمانی پیچیده است.
• در مقایسه با سایر توپولوژی‌ها به سخت افزارها و نرم افزارهای بیشتری نیاز دارد.
• اگر هر هاب در این توپولوژی از کار بیفتد، ممکن است در برخی از گره‌های شبکه مشکل ایجاد شود.

چگونه توپولوژی شبکه مناسب را انتخاب کنیم؟

توپولوژی شبکه مناسب با توجه به اندازه، مقیاس و نیازهای شبکه یک سازمان متفاوت است. پس از ارزیابی نیازمندی‌های شبکه، بودجه، مقیاس پذیری توپولوژی، قابلیت اطمینان و سهولت اجرا می‌توانید توپولوژی شبکه مناسب خود را انتخاب کنید.

هدف از توپولوژی شبکه چیست؟

هدف از توپولوژی شبکه، آن است که با تجسم اتصال فیزیکی دستگاه‌ها و جریان داده در داخل شبکه، یک نمای کلی از شبکه به شما ارائه دهد.

جمع بندی

توپولوژی شبکه برای توصیف ساختار فیزیکی و منطقی یک شبکه استفاده می‌شود. این نقشه، نحوه قرارگیری و اتصال گره‌های مختلف در شبکه (از جمله سوئیچ‌ها و روترها) و همچنین نحوه جریان داده‌ها را نشان می‌دهد. انواع مختلفی از توپولوژی شبکه وجود دارد که هر یک مزایا و معایب خاص خود را دارند. توپولوژی مناسب شبکه شما به تعداد دستگاه‌ها، اولویت‌ها، بودجه و … بستگی خواهد داشت. برای خرید سوئیچ شبکه، خرید روتر وایرلس و تجهیزات شبکه با گارانتی آسان پیشرو می‌توانید با کارشناسان ما در تماس باشید.