09-07-2020, 10:47 PM
توپولوژی شبکه (Network Topology) به چیدمان سیستم‌های کامپیوتری یا دستگاه‌های شبکه در زمان اتصال به همدیگر گفته می‌شود. توپولوژی‌ها جنبه فیزیکی و همچنین جنبه منطقی شبکه را تعریف می‌کنند. توپولوژی‌های فیزیکی و منطقی ممکن است در یک شبکه یکسان یا متفاوت باشند.
نقطه به نقطه (Point-to-Point)
شبکه‌های نقطه به نقطه دقیقاً شامل دو میزبان مانند دو رایانه، سوئیچ یا روتر و یا سرور هستند که به صورت سر به سر با استفاده از یک تکه کابل به همدیگر وصل شده‌اند. در اغلب موارد سر دریافت کننده یک میزبان به سر ارسال کننده میزبان دیگر وصل می‌شود و یا بر عکس.
![[تصویر: p2p_topology.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/12/p2p_topology.jpg)
اگر میزبان‌ها به صورت منطقی با توپولوژی نقطه به نقطه به هم وصل شده باشند، در این صورت ممکن است دستگاه‌های میانی چندگانه‌ای نیز بین آن‌ها وجود داشته باشد. اما میزبان‌های انتهایی از وجود این شبکه زیرساختی بی‌اطلاع هستند و همدیگر را طوری می‌بینند که گویی به صورت مستقیم به هم متصل هستند.
توپولوژی باس (Bus)
در توپولوژی باس همه دستگاه‌ها روی خط ارتباطی یا کابل مشترکی هستند. توپولوژی باس در زمانی که چندین میزبان بخواهند همزمان داده‌هایی را ارسال کنند با مشکل مواجه می‌شود. از این رو در توپولوژی باس یا از فناوری CSMA/CD استفاده می‌شود و یا یک باس به عنوان باس Master یا Slave شناسایی می‌شود. این یکی از ساده‌ترین روش‌های شبکه‌بندی است که در آن از کار افتادن یک دستگاه بر روی دستگاه‌های دیگر تأثیری ندارد؛ اما از کار افتادن خط ارتباطی مشترک می‌تواند باعث شود که کارکرد همه دستگاه‌ها متوقف شود.
![[تصویر: bus_topology.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/12/bus_topology.jpg)
هر دو انتهای کانال مشترک دارای خاتمه دهنده خط (line terminator) هستند. داده‌ها تنها در یک سمت ارسال می‌شوند و به محض این که به نقطه انتهایی برسند، خاتمه دهنده داده‌ها را از روی خط حذف می‌کند.
توپولوژی ستاره‌ای (Star Topology)
همه میزبان‌ها در توپولوژی ستاره‌ای به یک دستگاه مرکزی وصل می‌شوند که به نام دستگاه هاب نامیده می‌شود و از اتصال نقطه به نقطه استفاده می‌کند. این بدان معنی است که یک اتصال نقطه به نقطه بین میزبان‌ها و هاب برقرار است. دستگاه هاب می‌تواند به شکل‌های زیر باشد:
[list]
[*]لایه 1 – دستگاهی مانند هاب یا تکرارکننده (repeater)
[*]لایه 2 – دستگاهی مانند سوئیچ یا پل (bridge)
[*]لایه 3 – دستگاهی مانند روتر یا گیت‌وی (gateway)
[/list]![[تصویر: star_topology.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/12/star_topology.jpg)
در این جا نیز مانند توپولوژی باس، هاب به عنوان یک نقطه منفرد شکست (single point of failure) عمل می‌کند. اگر هاب از کار بیفتد، اتصال همه میزبان‌ها به میزبان‌های دیگر قطع می‌شود. هر ارتباطی بین میزبان‌ها تنها از طریق هاب صورت می‌پذیرد. توپولوژی ستاره‌ای هزینه‌ای به اندازه اتصال به یک میزبان دیگر دارد و تنها یک کابل برای پیکربندی مورد نیاز است که باعث می‌شود پیاده‌سازی آن آسان باشد.
توپولوژی رینگ (Ring Topology)
در توپولوژی رینگ یا حلقه، هر میزبان دقیقاً به دو دستگاه دیگر وصل می‌شود و یک ساختار شبکه مدور را ایجاد می‌کند. وقتی یک میزبان تلاش بکند ارتباط برقرار سازد یا پیامی را به یک میزبان دیگر که مجاور آن نیست ارسال کند، داده‌ها از طریق میزبان‌های میانی مبادله می‌شوند. برای اتصال به یک میزبان دیگر در ساختار موجود، مدیر شبکه تنها به یک کابل اضافی نیاز دارد.
![[تصویر: ring_topology.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/12/ring_topology.jpg)
از کار افتادن هر یک از میزبان‌ها موجب می‌شود که کل حلقه از کار بیفتد. از این رو هر اتصال در توپولوژی رینگ می‌تواند یک نقطه منفرد شکست باشد. متدهایی وجود دارند که می‌توان برای پشتیبانی بیشتر از رینگ مورد استفاده قرار داد.
توپولوژی توری (Mesh Topology)
در این نوع از توپولوژی، یک میزبان به یک یا چند میزبان دیگر وصل می‌شود. این توپولوژی میزبان‌هایی در اتصال نقطه به نقطه بین همه میزبان‌ها برقرار می‌کند و یا ممکن است میزبان‌هایی داشته باشد که اتصال نقطه به نقطه با چند میزبان معدود داشته باشند.
![[تصویر: mesh_topology.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/12/mesh_topology.jpg)
میزبان‌ها در توپولوژی توری به عنوان رله‌ای برای میزبان‌های دیگر که لینک‌های نقطه به نقطه مستقیم ندارند نیز عمل می‌کنند. فناوری توری بر دو نوع است:
[list]
[*]توری کامل (Full Mesh): همه میزبان‌ها یک اتصال نقطه به نقطه با میزبان‌های دیگر در این نوع از شبکه دارند. از این رو هر میزبان جدید به تعداد n(n-1)/2 اتصال نیاز دارد. بدین ترتیب پایدارترین شبکه در میان همه توپولوژی‌های شبکه‌ای ایجاد می‌شود.
[*]توری جزئی (Partially Mesh): همه میزبان‌ها اتصال نقطه به نقطه به میزبان‌های دیگر ندارند. میزبان‌ها به روشی دلخواه به همدیگر اتصال می‌یابند. این توپولوژی در مواردی که صرفاً در برخی از میزبان‌ها به پایداری بیشتری نیاز داریم اجرا می‌شود.
[/list]توپولوژی درخت (Tree Topology)
این توپولوژی که به نام توپولوژی سلسله مراتبی نیز شناخته می‌شود رایج‌ترین شکل از توپولوژی شبکه است که در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرد. این توپولوژی همانند توپولوژی ستاره‌ای بسط یافته است و مشخصات خود را از توپولوژی باس به ارث می‌برد.
این توپولوژی شبکه را به جند سطح/لایه تقسیم می‌کند. به طور عمده در LAN-ها یک شبکه به سه نوع دستگاه شبکه انشعاب می‌یابد. پایین‌ترین لایه دسترسی، جایی است که رایانه‌ها قرار دارند. لایه میانی به نام لایه توزیع شناخته می‌شود که به عنوان میانجی بین لایه بالاتر و لایه پایین‌تر عمل می‌کند. بالاترین لایه به نام لایه مرکزی شناخته می‌شود و نقطه مرکزی شبکه یعنی ریشه درخت است که همه انشعاب‌ها از آن صورت می‌گیرد.
![[تصویر: tree_topology.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/12/tree_topology.jpg)
همه میزبان‌های مجاور دارای اتصال نقطه به نقطه بین خود هستند. همانند توپولوژی باس، اگر ریشه از کار بیفتد در این صورت کل شبکه دچار مشکل می‌شود. با این حال این یک نقطه شکست منفرد نیست. هر اتصال به عنوان یک نقطه شکست عمل می‌کند و با از کار افتادن یک دستگاه، بخش‌هایی از شبکه از دسترسی خارج می‌شود.
Daisy Chain
این توپولوژی همه میزبان‌ها را به روشی خطی به هم متصل می‌سازد. به روشی مشابه توپولوژی رینگ، همه میزبان‌ها به جز میزبان‌های انتهایی صرفاً به دو میزبان متصل می‌شوند. این بدان معنی است که اگر میزبان انتهایی به میزبان ابتدایی وصل شود، در آن صورت یک توپولوژی رینگ خواهیم داشت.
![[تصویر: daisy_chain_topology.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/12/daisy_chain_topology.jpg)
هر لینک در توپولوژی Daisy Chain یک نقطه منفرد شکست محسوب می‌شود. هر قطعی لینک در توپولوژی Daisy Chain باعث می‌شود که شبکه به قطعه‌های مختلف افراز شود. هر میزبان میانی به عنوان رله‌ای برای میزبان‌های میانی خود عمل می‌کند.
توپولوژی ترکیبی (Hybrid Topology)
ساختار شبکه‌ای که طراحی آن شامل بیش از یک توپولوژی باشد به عنوان شبکه ترکیبی خوانده می‌شود. توپولوژی ترکیبی مزایا و معایب همه توپولوژی‌های تشکیل‌دهنده‌اش را به ارث می‌برد.
![[تصویر: hybrid_topology.jpg]](https://blog.faradars.org/wp-content/uploads/2018/12/hybrid_topology.jpg)
تصویر فوق نشان‌دهنده یک توپولوژی ترکیبی دلخواه است. توپولوژی‌هایی که ترکیب شده‌اند می‌توانند شامل خصوصیت‌های توپولوژی‌های ستاره‌ای، رینگ، باس و Daisy-chain باشند. اغلب WAN-ها به وسیله توپولوژی رینگ دوگانه به همدیگر وصل می‌شوند و شبکه‌های متصل به آن‌ها نیز غالباً توپولوژی‌های ستاره‌ای هستند. اینترنت نمونه‌ای از بزرگ‌ترین توپولوژی ترکیبی است.
نقطه به نقطه (Point-to-Point)
شبکه‌های نقطه به نقطه دقیقاً شامل دو میزبان مانند دو رایانه، سوئیچ یا روتر و یا سرور هستند که به صورت سر به سر با استفاده از یک تکه کابل به همدیگر وصل شده‌اند. در اغلب موارد سر دریافت کننده یک میزبان به سر ارسال کننده میزبان دیگر وصل می‌شود و یا بر عکس.
اگر میزبان‌ها به صورت منطقی با توپولوژی نقطه به نقطه به هم وصل شده باشند، در این صورت ممکن است دستگاه‌های میانی چندگانه‌ای نیز بین آن‌ها وجود داشته باشد. اما میزبان‌های انتهایی از وجود این شبکه زیرساختی بی‌اطلاع هستند و همدیگر را طوری می‌بینند که گویی به صورت مستقیم به هم متصل هستند.
توپولوژی باس (Bus)
در توپولوژی باس همه دستگاه‌ها روی خط ارتباطی یا کابل مشترکی هستند. توپولوژی باس در زمانی که چندین میزبان بخواهند همزمان داده‌هایی را ارسال کنند با مشکل مواجه می‌شود. از این رو در توپولوژی باس یا از فناوری CSMA/CD استفاده می‌شود و یا یک باس به عنوان باس Master یا Slave شناسایی می‌شود. این یکی از ساده‌ترین روش‌های شبکه‌بندی است که در آن از کار افتادن یک دستگاه بر روی دستگاه‌های دیگر تأثیری ندارد؛ اما از کار افتادن خط ارتباطی مشترک می‌تواند باعث شود که کارکرد همه دستگاه‌ها متوقف شود.
هر دو انتهای کانال مشترک دارای خاتمه دهنده خط (line terminator) هستند. داده‌ها تنها در یک سمت ارسال می‌شوند و به محض این که به نقطه انتهایی برسند، خاتمه دهنده داده‌ها را از روی خط حذف می‌کند.
توپولوژی ستاره‌ای (Star Topology)
همه میزبان‌ها در توپولوژی ستاره‌ای به یک دستگاه مرکزی وصل می‌شوند که به نام دستگاه هاب نامیده می‌شود و از اتصال نقطه به نقطه استفاده می‌کند. این بدان معنی است که یک اتصال نقطه به نقطه بین میزبان‌ها و هاب برقرار است. دستگاه هاب می‌تواند به شکل‌های زیر باشد:
[list]
[*]لایه 1 – دستگاهی مانند هاب یا تکرارکننده (repeater)
[*]لایه 2 – دستگاهی مانند سوئیچ یا پل (bridge)
[*]لایه 3 – دستگاهی مانند روتر یا گیت‌وی (gateway)
[/list]
در این جا نیز مانند توپولوژی باس، هاب به عنوان یک نقطه منفرد شکست (single point of failure) عمل می‌کند. اگر هاب از کار بیفتد، اتصال همه میزبان‌ها به میزبان‌های دیگر قطع می‌شود. هر ارتباطی بین میزبان‌ها تنها از طریق هاب صورت می‌پذیرد. توپولوژی ستاره‌ای هزینه‌ای به اندازه اتصال به یک میزبان دیگر دارد و تنها یک کابل برای پیکربندی مورد نیاز است که باعث می‌شود پیاده‌سازی آن آسان باشد.
توپولوژی رینگ (Ring Topology)
در توپولوژی رینگ یا حلقه، هر میزبان دقیقاً به دو دستگاه دیگر وصل می‌شود و یک ساختار شبکه مدور را ایجاد می‌کند. وقتی یک میزبان تلاش بکند ارتباط برقرار سازد یا پیامی را به یک میزبان دیگر که مجاور آن نیست ارسال کند، داده‌ها از طریق میزبان‌های میانی مبادله می‌شوند. برای اتصال به یک میزبان دیگر در ساختار موجود، مدیر شبکه تنها به یک کابل اضافی نیاز دارد.
از کار افتادن هر یک از میزبان‌ها موجب می‌شود که کل حلقه از کار بیفتد. از این رو هر اتصال در توپولوژی رینگ می‌تواند یک نقطه منفرد شکست باشد. متدهایی وجود دارند که می‌توان برای پشتیبانی بیشتر از رینگ مورد استفاده قرار داد.
توپولوژی توری (Mesh Topology)
در این نوع از توپولوژی، یک میزبان به یک یا چند میزبان دیگر وصل می‌شود. این توپولوژی میزبان‌هایی در اتصال نقطه به نقطه بین همه میزبان‌ها برقرار می‌کند و یا ممکن است میزبان‌هایی داشته باشد که اتصال نقطه به نقطه با چند میزبان معدود داشته باشند.
میزبان‌ها در توپولوژی توری به عنوان رله‌ای برای میزبان‌های دیگر که لینک‌های نقطه به نقطه مستقیم ندارند نیز عمل می‌کنند. فناوری توری بر دو نوع است:
[list]
[*]توری کامل (Full Mesh): همه میزبان‌ها یک اتصال نقطه به نقطه با میزبان‌های دیگر در این نوع از شبکه دارند. از این رو هر میزبان جدید به تعداد n(n-1)/2 اتصال نیاز دارد. بدین ترتیب پایدارترین شبکه در میان همه توپولوژی‌های شبکه‌ای ایجاد می‌شود.
[*]توری جزئی (Partially Mesh): همه میزبان‌ها اتصال نقطه به نقطه به میزبان‌های دیگر ندارند. میزبان‌ها به روشی دلخواه به همدیگر اتصال می‌یابند. این توپولوژی در مواردی که صرفاً در برخی از میزبان‌ها به پایداری بیشتری نیاز داریم اجرا می‌شود.
[/list]توپولوژی درخت (Tree Topology)
این توپولوژی که به نام توپولوژی سلسله مراتبی نیز شناخته می‌شود رایج‌ترین شکل از توپولوژی شبکه است که در حال حاضر مورد استفاده قرار می‌گیرد. این توپولوژی همانند توپولوژی ستاره‌ای بسط یافته است و مشخصات خود را از توپولوژی باس به ارث می‌برد.
این توپولوژی شبکه را به جند سطح/لایه تقسیم می‌کند. به طور عمده در LAN-ها یک شبکه به سه نوع دستگاه شبکه انشعاب می‌یابد. پایین‌ترین لایه دسترسی، جایی است که رایانه‌ها قرار دارند. لایه میانی به نام لایه توزیع شناخته می‌شود که به عنوان میانجی بین لایه بالاتر و لایه پایین‌تر عمل می‌کند. بالاترین لایه به نام لایه مرکزی شناخته می‌شود و نقطه مرکزی شبکه یعنی ریشه درخت است که همه انشعاب‌ها از آن صورت می‌گیرد.
همه میزبان‌های مجاور دارای اتصال نقطه به نقطه بین خود هستند. همانند توپولوژی باس، اگر ریشه از کار بیفتد در این صورت کل شبکه دچار مشکل می‌شود. با این حال این یک نقطه شکست منفرد نیست. هر اتصال به عنوان یک نقطه شکست عمل می‌کند و با از کار افتادن یک دستگاه، بخش‌هایی از شبکه از دسترسی خارج می‌شود.
Daisy Chain
این توپولوژی همه میزبان‌ها را به روشی خطی به هم متصل می‌سازد. به روشی مشابه توپولوژی رینگ، همه میزبان‌ها به جز میزبان‌های انتهایی صرفاً به دو میزبان متصل می‌شوند. این بدان معنی است که اگر میزبان انتهایی به میزبان ابتدایی وصل شود، در آن صورت یک توپولوژی رینگ خواهیم داشت.
هر لینک در توپولوژی Daisy Chain یک نقطه منفرد شکست محسوب می‌شود. هر قطعی لینک در توپولوژی Daisy Chain باعث می‌شود که شبکه به قطعه‌های مختلف افراز شود. هر میزبان میانی به عنوان رله‌ای برای میزبان‌های میانی خود عمل می‌کند.
توپولوژی ترکیبی (Hybrid Topology)
ساختار شبکه‌ای که طراحی آن شامل بیش از یک توپولوژی باشد به عنوان شبکه ترکیبی خوانده می‌شود. توپولوژی ترکیبی مزایا و معایب همه توپولوژی‌های تشکیل‌دهنده‌اش را به ارث می‌برد.
تصویر فوق نشان‌دهنده یک توپولوژی ترکیبی دلخواه است. توپولوژی‌هایی که ترکیب شده‌اند می‌توانند شامل خصوصیت‌های توپولوژی‌های ستاره‌ای، رینگ، باس و Daisy-chain باشند. اغلب WAN-ها به وسیله توپولوژی رینگ دوگانه به همدیگر وصل می‌شوند و شبکه‌های متصل به آن‌ها نیز غالباً توپولوژی‌های ستاره‌ای هستند. اینترنت نمونه‌ای از بزرگ‌ترین توپولوژی ترکیبی است.