مفاهیم اولیه
قبل از اینکه شما بخواهید با مفهوم توپولوژی و انواع توپولوژی شبکه‌های کامپیوتری آشنا شوید باید با یکسری از مفاهیم اولیه آشنایی پیدا کنید. در ادامه من هر یک از این مفاهیم را توضیح خواهم داد:
Host
هاست به معنای میزبان هست. یک نکته‌ای که در درس‌های تخصصی خیلی مهم است این است که شما سعی نکنید از معادل ترجمه شده‌ی لغات استفاده کنید. شما در آینده باید بتوانید با همکاران خود در مصاحبه‌های کاری تعامل داشته باشید و حفظ لغات ترجمه شده ممکن است شما را به اشتباه بیندازد.
به هر سیستم کامپیوتری که توانایی آنالیز داده و یا ذخیره‌سازی آن را داشته باشد هاست گفته می‌شود. قطعا در اینجا منظور ما از سیستم کامپیوتری، یک وسیله‌ای نیست که دارای موس، کیبورد و… باشد. یک تلفن همراه که توانایی آنالیز Data را دارد، یک host محسوب می‌شود.
بصورت پیشفرض هر لبتاب، کامپیوتر، سرور، و یا هر وسیله دیگری که بتواند آنالیز یا ذخیره‌سازی data را برای شما انجام دهد host محسوب می‌شود.
Workstation
به سیستم‌های کامپیوتری که به یک شبکه متصل هستند و از منابع شبکه استفاده می‌کنند workstation گفته می‌شود. اگر ساده‌تر بخواهیم به قضیه نگاه کنیم به hostهایی که در شبکه شما از منابع شبکه استفاده می‌کنند، workstation گفته می‌شود. ممکن است یک پرینتر در شبکه شما نقش workstation را داشته باشد.
Topology
شما تصور کنید که یکسری host در اختیار شما قرار گرفته و شما قصد دارید با استفاده از این hostها یک شبکه کامپیوتری طراحی کنید. اولین چیزی که ممکن است به ذهن شما برسد این است که چگونه این hostها قرار است به یکدیگر متصل شوند. این دقیقا مفهوم topology در شبکه است.
Topology در واقع نحوه اتصال فیزیکی عناصر شبکه است. شاید تصوری که شما راجب اتصال فیزیکی داشته باشید کمی متفاوت باشد. منظور از topology این نیست که شما از چه نوع کابلی استفاده می‌کنید. در واقع topologyهای شبکه ساختار‌های ارتباطی هستند که برای شبکه کردن کامپیوترها از آن‌ها استفاده می‌شود.
در ادامه بهع برسی هر یک از توپولوژی‌های شبکه می‌پردازیم و مزایا و معایب هر یک از این topologyها را برای شما عزیزان شرح می‌دهیم.
برسی انواع توپولوژی ها
Ring
توپولوژی ring همان طور که از نام آن پیداست بصورت اتصال سیستم‌های کامپیوتری بصورت حلقه‌ای ایجاد می‌شود. در توپولوژی Ring همانطور که در شکل زیر مشاهده می‌کنید، برای آنکه یک پکت (packet) از مبدا A به مقصد E برسد باید از چندین کامپیوتر عبور کند.
برای مثال در صورتی که کامپیوتر A قصد ارسال پکت را به مقصد E داشته باشد این پکت (packet) از کامپیوتر‌های B، C وD نیز عبور خواهد کرد. در واقع اتفاقی که در اینجا رخ می‌دهد این است که این کامپیوترها با توجه با اینکه متوجه می‌شوند پکت ارسالی مربوط به آن‌ها نیست آن را Drop می‌کنند.
در توپولوژی Ring پکت‌ها بصورت مداوم به چرخش و دست به دست شدن بین کامپیوترها ادامه نمی‌دهند، بلکه پس از رسیدن به یک نقطه از Ring چه به مقصد مورد نظر رسیده باشند و چه نرسیده باشند Drop می‌شوند.
از مزایای توپولوژی Ring میتوان به موارد زیر اشاره نمود:
- طول کابل کشی‌های این توپولوژی به نسبت سایر توپولوژی‌ها کمتر است.
- هزینه استفاده از این توپولوژی کمتر است و جزو توپولوژی‌های ارزان قیمت است.
البته که این توپولوژی معایب بسیار زیادی دارد. برای مثال اگر یکی از این کامپیوترها به هر دلیلی از شبکه خارج شود، دسترسی به سایر کامپیوترها ناممکن می‌شود. از نظر امنیتی یز شبکه‌هایی که از این توپولوژی استفاده می‌کردند سطح امنیت بسیار کمی داشتند.
از معایب دیگر این توپولوژی میتوان به عیب‌یابی اینگونه شبکه‌ها اشاره نمود. فرض کنید کابل بین دو کامپیوتر به هر دلیلی امکان انتقال data را نداشته باشد. در شبکه شما باید خیلی تلاش کنید تا متوجه خرابی کابل مورد نظر شوید. همچنین ارتقای این شبکه‌ها نیز کار دشواری برای شما خواهد بود.
اضافه کردن چند کامپیوتر به این شبکه‌ها می‌تواند زمان زیادی را از شما بگیرد. ممکن است شما برای اضافه نمودن چند کامپیوتر به شبکه خود نیاز داشته باشید مدتی شبکه قبلی خود را قطع نمایید تا اتصالات جدید را به کامپیوتر‌هایی که قصد اضافه کردن آن‌ها را به شبکه خود دارید، وصل کنید.
Mesh
در شبکه‌هایی که از توپولوژی mesh استفاده می‌کنند تک تک اجزای شبکه بصورت جداگانه با یکدیگر در ارتباط هستند. شما می‌توانید یک نمونه از این شبکه را در تصویر زیر مشاهده نمایید.
در شبکه‌هایی که از توپولوژی mesh بهره می‌گیرند، با قطع شدن یک کامپیوتر شبکه کامپیوتری قطع نمی‌شود. یعنی اتفاقی که در شبکه‌های ring با قطع شدن یک کامپیوتر رخ می‌داد در این شبکه‌ها رخ نمی‌دهد.
همچنین درصورتی که یک کابل نتواند فرایند انتقال data را به سمت مقصد انجام دهد تنها ارتباط دو کامپیوتر قطع می‌شود. عیب‌یابی این شبکه‌ها نیز بسیار ساده‌تر از شبکه‌هایی است که از توپولوژی Ring استفاده می‌کنند.
در مورد معایب این شبکه‌ها چیزی که در نگاه اول خیلی مشخص است میزان کابل کشی بین کامپیوتر هاست. فرض کنید شما بخواهید در همین تصویر بالا یک کامپیوتر دیگر اضافه نمایید؛ برای این کار شما باید به تعداد کامپیوتر‌های موجود در شبکه خود کابل تهیه کنید.
یعنی اگر من قصد داشته باشم کامپیوتر هفتم را به شبکه خود اضافه نمایم باید شش کابل برای اتصال این کامپیوتر به دیگر کامپیوتر‌های شبکه خود تهیه نمایم. در واقع فرمول محاسبه تعداد کابل‌هایی که در شبکه به هر کامپیوتر متصل است برابر «n-1» است که n در اینجا تعداد کامپیوتر‌های شبکه شماست.
زمانی که میزان کابل کشی‌های یک توپولوژی زیاد باشد، در اصل هزینه پیاده‌سازی آن توپولوژی نیز زیاد خواهد بود. بنابر این استفاده از توپولوژی mesh مخصوصا در شبکه‌های بزرگ بسیار هزینه بر است.
از طرفی گسترش شبکه‌هایی که از این توپولوژی برای انتقال data استفاده می‌کنند نیز بسیار دشوار است.
Bus
توپولوژی BUS یکی از توپولوژی‌های منسوخ شده است که تقریبا تا جایی که من میدانم دیگر کسی از این توپولوژی استفاده نمی‌کند. در این توپولوژی از کلابل کوآکسیال (Coaxial) برای پیاده‌سازی استفاده می‌شود. امروزه از کابل‌های کوآکسیال برای انتقال تصویر و اتصال دوربین‌های مداربسته استفاده می‌شود.
زمانی که یک کامپیوتر یک پکت (packet) را به مقصد دیگر کامپیوتر ارسال می‌کند این پکت در مسیر کابل جریان پیدا می‌کند و هر کامپیوتر آن را دریافت می‌کند. سپس تنها کامپیوتری این packet را نگهداری می‌کند که متعلق به اوست و سایر کامپیوترها پکت دریافتی را drop می‌کنند.
زمانی که پکت (packet) به انتهای کابل کوآکسیال برسد یک از drop کننده تمامی پکت‌ها را drop می‌کند.
به نسبت توپولوژی mesh، توپولوژی BUS میزان کابل کشی کمتری دارد و این میزان کابل کشی کمتر باعث کاهش هزینه نیز می‌شود. از طرفی گسترش شبکه‌هایی که از توپولوژی BUS استفاده می‌کنند به نسبت شبکه‌هایی که از توپولوژی‌های mesh یا ring استفاده می‌کنند بسیار ساده‌تر است.
ولی در عمل ما باز هم در این توپولوژی مشکل امنیت را خواهیم داشت چون یک data ارسالی توسط یک کامپیوتر را تمامی کامپیوترها دریافت خواهند کرد.
از دیگر معایب شبکه‌هایی که از این توپولوژی استفاده می‌کنند این است این است که ترافیک در طول کابل بسیار زیاد است و در خیلی از مواقع شبکه کند می‌شود. از طرفی در این شبکه‌ها خیلی از مواقع کالیژن (collision) رخ می‌دهد.
کالیژن (collision) به معنای برخورد یا تصادف می‌باشد. زمانی که در یک شبکه کامپیوتری بصورت همزمان دو کامپیوتر شروع به ارسال پکت (packet) کنند و پکت ارسالی آن‌ها از یک مسیر عبور کند ما شاهد بروز collision خواهیم بود.
کالیژن (collision) در شبکه‌ها باعث کاهش شدید performance شبکه خواهد شد. بنابراین در تمامی تکنولوژی‌ها و محصولاتی که در حوزه شبکه ارائه داده می‌شود سعی می‌کنند کالیژن (collision) را از بین ببرند یا امکان بروز آن را به حداقل برسانند.
خود شبکه‌هایی که از توپولوژی BUS استفاده می‌کنند شامل دو نوع می‌باشند:
- Thick net
- Thin net
شبکه‌های Tick net از کابل کواکسیال کلفت‌تری به نسبت شبکه‌های Thin net استفاده می‌کنند. در واقع کابل شبکه Thick net از نوع RG-8 و شبکه‌های Thin net از نوع RG-58 می‌باشد.
در شبکه های Thin net کابل Coaxial نازک تر است و قابلیت انعطاف بیشتری دارد. همچنین کابل های RG-58 دارای امپدانس 50 اهم می‌باشند که این موضوع این کابل‌ها را برای استفاده در شبکه های BUS مناسب می‌سازد.
همچنین از کابل‌های RG-58 در دوربین‌های مداربسته ، انتقال تصاویر و انتقال سیگنال‌های رادیویی نیز استفاده می‌شود. میزان کابل کشی استاندارد در شبکه‌های Thin net حداکثر 185 متر می‌باشد.
کابل‌های Thick net براحتی منعطف نمی‌شوند و در واقع این کابل ها کلفت تر از کابل های شبکه‌های Thin net می‌باشند. میزان کابل کشی استاندارد در شبکه‌های Thick net حداکثر 500 متر می‌باشد.
البته در شبکه های کامپیوتری سعی می‌شود خیلی کمتر از میزان استاندارد تعریف شده کابل کشی انجام شود تا شبکه با مشکلات ارتباطی در آینده روبه‌رو نشود.
Star
امروزه در بسیاری از شبکه‌های کامپیوتری از توپولوژی Star استفاده می‌شود. سرعت انتقال data توسط این توپولوژی بسیار بیشتر از سایر توپولوژی‌ها می‌باشد و پیاده‌سازی آن بسیار ساده‌تر از توپولوژی‌های قبل از خود است.
در این توپولوژی تمامی Workstationها به یک دستگاه مرکزی همانند Hob، Switch، Router یا سرور متصل هستند و این دستگاه مرکزی کار انتقال پکت‌ها (packet) را انجام می‌دهد.
مزایای شبکه‌هایی که از توپولوژی Star ستفاده می‌کنند بسیار زیاد است:
- سرعت انتقال دیتا بسیار بالا است و این سرعت به تجهیزات بکار رفته در شبکه شما بستگی دارد.
- در صورتی که یک Workstation از شبکه قطع شود هیچ مشکلی در انتقال data برای سایر Workstation بوجود نمی‌آید.
- در صورتی که از تجهیزات امنی بعنوان دستگاه مرکزی در این شبکه‌ها استفاده شود، این شبکه‌ها امنیت بالایی خواهند داشت.
- این شبکه‌ها به آسانی قابل گسترش می‌باشند.
- به نسبت سایر توپولوژی‌ها این توپولوژی دارای هزینه پیاده‌سازی کمتری می‌باشد.
- عیب‌یابی شبکه‌هایی که از توپولوژی Star استفاده می‌کنند به مراتب ساده‌تر از سایر توپولوژی هاست.
البته که این توپولوژی شبکه دارای عیب‌هایی نیز هست. در صورتی که دستگاه مرکزی شما دچار نقص شود کل شبکه شما نیز دچاد نقص می‌شوند.
Tree
توپولوژی Tree به توپولوژی گفته می‌شود که متشکل از چندین توپولوژی Star باشد. یعنی همان طور که در تصویر زیر مشاهده می‌کنید از ترکیب چندین توپولوژی Star یک توپولوژی Tree تشکیل می‌شود.
مزایا و معایب شبکه‌هایی که از توپولوژی Tree استفاده می‌کنند دقیقا مشابه توپولوژی Star می‌باشد.
Hybrid
توپولوژی هیبرید به توپولوژی گفته می‌شود که از در آن از توپولوژی mesh، Bus، ring و Star استفاده شده است. در واقع از این توپولوژی کسی استفاده نمی‌کند و بیشتر بصورت یک مفهوم در کلاس‌ها مطرح می‌شود.
تصور کنید که اگر در یک شبکه از توپولوژی ring و mesh استفاده شده باشد و این دو توپولوژی با استفاده از توپولوژی star به یکدیگر متصل شده باشند، در این صورت می‌گوییم توپولوژی بکار رفته در این شبکه hybrid است. یا ممکن است در یک شبکه از سه توپولوژی ring، bus و star کمک گرفته شده باشد، که به ترکیب آن‌ها hybrid می‌گویند.
در کل برای توپولوژی hybrid میتوان سناریو‌های متفاوتی ساخت و روی آن‌ها بحث نمود ولی چیزی که شما در شبکه‌های امروزی با آن سرو کار دارید خیلی مرتبط با این توپولوژی نیست و صرفا برای دانش نتورک پلاس از شما انتظار می‌رود ساختار این توپولوژی‌ها را بدانید.