واژه توپولوژی در دنیای کامپیوتر به نحوه اتصال اجزای مختلف شبکه به یکدیگر اشاره دارد اما به طور کلی، این کلمه از ریشه یونانی‌اش گرفته و به معنای مطالعه مکان و جغرافیا استفاده می‌شود. در زمینه IT، توپولوژی به محل و نحوه قرارگیری اجزای شبکه اشاره دارد. این توپولوژی‌ها در 6 دسته‌بندی اصلی (توپولوژی فیزیکی) قرار می‌گیرند و هرکدام ساختاری خاص دارند که مزایا و معایب متفاوتی را به‌همراه دارند. قصد داریم در این مقاله به بررسی عمیق‌تر انواع توپولوژی شبکه پرداخته و اطلاعات کاملی را در زمینه ساختار شبکه‌های کامپیوتری با شما به اشتراک بگذاریم؛ پس با ادیب کامپیوتر همراه باشید.
تعریف توپولوژی شبکه
معنای توپولوژی در دنیای شبکه کامپیوتری از ترکیب دو کلمه یونانی topo و logy گرفته شده است که به ترتیب به معنای “مکان” و “مطالعه” می‌باشند. توپولوژی شبکه در این مورد به مطالعه مکان و نحوه ارتباطات بین دستگاه‌ها و اجزای مختلف در یک شبکه اشاره دارد.
انواع توپولوژی در شبکه
در دنیای کامپیوتر و شبکه‌های کامپیوتری، انواع توپولوژی به دو دسته توپولوژی فیزیکی و منطقی تقسیم می‌شوند. توپولوژی فیزیکی به نحوه اتصال فیزیکی دستگاه‌ها و سیم‌ها در یک شبکه می‌پردازد، در حالی که توپولوژی منطقی به نحوه ارتباطات داده‌ای بین دستگاه‌ها توجه دارد. در ادامه شما را با انواع توپولوژی شبکه بیشتر آشنا خواهیم کرد.
توپولوژی منطقی شبکه
این مدل از انواع توپولوژی در شبکه به معنای نحوه انتقال داده‌ها و ارتباطات منطقی بین دستگاه‌ها در یک شبکه است. این نوع توپولوژی بر اساس پروتکل‌ها و روش‌های ارتباطی است که تعیین می‌کنند چگونه داده‌ها از یک نقطه به نقطه دیگر در شبکه منتقل می‌شوند. بنابراین، توپولوژی منطقی شبکه به وضوح مسیرها و مسیریابی داده‌ها را نشان می‌دهد. برای روشن‌تر شدن این مفهوم، یک تصویر میدان ۴ طرفه با استفاده از خروجی و ورودی‌های مختلف را در نظر بگیرید. از هر سمتی که وارد میدان می‌شوید، خروجی و ورودی خاص خود را دارید و برای حرکت به جلو یا به سمت‌های مختلف، باید از خروجی‌های مربوطه استفاده کنید.
در توپولوژی منطقی شبکه نیز، با توجه به پروتکل‌ها و قوانین مربوطه، مسیرها و ارتباطات بین دستگاه‌ها ترسیم می‌شود. هر دستگاه به وضوح از کدام مسیر داده‌ها را دریافت می‌کند و به کدام مسیر ارسال می‌کند. این توپولوژی با استفاده از مفاهیم منطقی ارتباطات، تنظیمات پروتکل‌ها و مسیریابی داده‌ها را تعیین می‌کند.
توپولوژی فیزیکی شبکه
توپولوژی فیزیکی از جمله انواع توپولوژی در شبکه است که چیدمان و اتصال اجزای مختلف نتورک را نشان می‌دهد. در توپولوژی خطی (Bus Topology)، یک مسیر خطی وجود دارد که تمامی اجزا به آن متصل می‌شوند. این مسیر به نام گره‌ها شناخته می‌شود و ارتباطات در یک جهت انجام می‌شود. هر گره می‌تواند اطلاعات را ارسال کرده و تا زمانی که به گیرنده‌ای مشخص نرسیده باشد، تمام گره‌ها اطلاعات را مشاهده کنند. جالب است بدانید توپولوژی شبکه فیزیکی نیز شش زیرمجموعه اصلی دارد که هرکدام ساختاری خاص از اتصالات را نمایش می‌دهند.
توپولوژی خطی
این نوع توپولوژی به سادگی قابل پیاده‌سازی است و کابل کمی برای برقراری ارتباط لازم دارد. همچنین، اگر یک گره از کار بیفتد، بقیه شبکه تحت تأثیر قرار نمی‌گیرد. این مدل به خصوص برای کسب‌وکارهای کوچک مناسب است.هرچند که توپولوژی خطی مزایای مختلفی دارد اما نقاط ضعفی نیز دارد. با افزایش تعداد گره‌ها، کارایی شبکه کاهش می یابد و اگر کانال اصلی (ستون فقرات شبکه) خراب شود، کل شبکه قطع می‌شود. همچنین، محدودیت در طول کانال اصلی و خطرات امنیتی برای اجزای شبکه وجود دارد.
توپولوژی حلقوی
در این مدل از انواع توپولوژی شبکه¬های کامپیوتری، اجزا و گره‌های شبکه به یکدیگر به شکل یک حلقه‌ای متصل می‌شوند، به طوری که هر گره دقیقاً به دو گره دیگر متصل است. این حلقه به صورت یک‌طرفه و چرخشی است، به این معنا که هر پیام یا داده مسیر خاصی در حلقه را دنبال می‌کند.
ویژگی اساسی این توپولوژی، نوع deterministic آن است که که هر گره در یک بازه زمانی ثابت دسترسی به توکن (نشان‌دهنده حق ارسال) دارد. در فرآیند انتقال پیام، اگر توکن آزاد باشد، یک گره می‌تواند آن را بگیرد و با اتصال آدرس مقصد و داده به آن، توکن را رها کند تا به مقصد برسد. وقتی توکن به مقصد می‌رسد، گیرنده داده‌ها را دریافت و توکن را حذف می‌کند تا برای ارسال بعدی توکن آزاد شود.
توپولوژی حلقوی با مزایایی همچون سادگی در نصب، مصرف کم کابل، کاهش ریسک برخورد درخواست‌ها و عیب‌یابی آسان همراه است. اما معایبی نظیر حذف یک گره تاثیر بزرگی بر شبکه خواهد داشت و سرعت انتقال داده نیز به دلیل طی کردن هر پیام از مسیر حلقه ممکن است کاهش یابد. همچنین، تغییرات در پیکربندی شبکه نیاز به شکستن حلقه دارد که ممکن است پیچیدگی داشته باشد.
توپولوژی ستاره‌ای
این مدل از انواع توپولوژی در شبکه یک نوع توپولوژی فیزیکی است که هر گره به یک هاب یا سوئیچ متصل می‌شود. این هاب یا سوئیچ عاملی است که ارتباط بین گره‌ها را فراهم می‌کند. ارتباطات در این توپولوژی از طریق میان‌افزار (هاب یا سوئیچ) انجام می‌شود، که از اتصال نقطه‌به‌نقطه برای برقراری ارتباط با گره‌ها استفاده می‌کند.
در این توپولوژی، هر گره به‌عنوان مشتری شناخته شده و هاب به‌عنوان سرور عمل می‌کند. این ساختار باعث دسترسی به یک کنترل متمرکز در شبکه، هزینه پایین در اجرا و پیاده‌سازی، عیب‌یابی ساده، تحمل خطا بالا، مقیاس‌پذیری و امکان افزودن آسان گره به شبکه می‌شود. اما، توپولوژی ستاره‌ای نیز دارای معایبی مانند از کارافتادن میان‌افزار که باعث از دست رفتن دسترسی به کل شبکه می‌شود. همچنین، محدودیت در تعداد پورت‌های ورودی و خروجی میان‌افزار باعث محدودیت در تعداد گره‌ها می‌شود.
توپولوژی مش
این مدل از انواع توپولوژی شبکه کامپیوتری به ارتباط مستقیم بین گره‌ها می‌پردازد، و دو نوع اصلی دارد: مش کامل و مش جزئی. در مش کامل، هر گره به تمامی گره‌های دیگر متصل است، که تعداد پیوندها برابر با n(n-1)/2 با استفاده از پیوند duplex می‌شود. این توپولوژی دارای مزایایی از جمله ارتباط مستقیم ساده، عدم مشکل ازدحام یا ترافیک داده، تحمل خطا بالا، سرعت اتصال و ارتباط بالا، حفظ حریم خصوصی، و امکان استفاده از گره‌های دیگر در صورت از کارافتادن یک گره است.
با این حال، توپولوژی مش نیز با چالش‌هایی همراه است. مصرف کابل بسیار بالا و نیاز به تخصیص بودجه سنگین برای اجرای متد از معایب این ساختار هستند. همچنین، نصب پیچیده و نیاز به فضای بزرگ برای اجرا نیز در این توپولوژی دیده می شود.
توپولوژی درختی
در بحث انواع توپولوژی شبکه و نوع درختی، هر گره را به‌صورت مستقیم یا غیرمستقیم به کانال اصلی متصل می‌کند و از ترکیب توپولوژی‌های ستاره‌ای و خطی بهره می‌برد. این ساختار می‌تواند شامل چند هاب یا میان‌افزار باشد که به یک هاب اصلی (سوئیچ) متصل هستند. یکی از مهم‌ترین ویژگی‌های آن، بخش‌بندی مختلف شبکه است که به مدیریت بهتر آن کمک می‌کند. توپولوژی درختی با پوشش شبکه در بازه بزرگ و وسیع، عیب‌یابی آسان با سلسله‌مراتب، حداقل ریسک ازدست‌دادن داده، امکان اتصال مستقیم یا غیرمستقیم تعداد زیادی گره، و از کارافتادن یک شبکه بدون تأثیر بر دیگران مزایایی برجسته ای دارد.
با این حال، این توپولوژی نیز با چالش‌هایی همراه است. نیاز به منابع و زیر‌ساخت‌های بسیار برای اجرا که هزینه‌بر خواهد بود، پیاده‌سازی پیچیده و سخت، نیاز به تهیه کابل برای اتصالات هاب، مدیریت دشوار در شبکه‌های بزرگ، و در صورت ازکارافتادن باس اصلی، از دسترس خارج شدن شبکه از معایب آن محسوب می‌شوند.
توپولوژی ترکیبی یا هایبرید
این نوع آخرین مدل در توپولوژی‌های فیزیکی شبکه است که شامل ترکیب دو یا چند مدل از حالت‌های دیگر توپولوژی فیزیکی نتورک می‌شود. این توپولوژی به دلیل انعطاف‌پذیری بالا و مدیریت حجم زیاد گره‌ها، بیشترین کاربرد را در مقایسه با سایر همنوعان خود دارد.
در توپولوژی هیبریدی، با استفاده از توپولوژی‌های مختلف در قسمت‌های مختلف شبکه، که ویژگی‌های موردنظر را دارند، بهبودهای قابل توجهی در کارایی و بهره‌وری شبکه حاصل می‌شود.
مزایای این توپولوژی شامل مدیریت حجم زیاد گره‌ها، انعطاف‌پذیری بالا برای اصلاح و توسعه شبکه، و قابلیت اطمینان بالا در صورت ازکارافتادن یک گره است. از سوی دیگر، طراحی پیچیده، نیاز به بودجه زیاد برای اجرا و پیاده‌سازی، و نیاز به واحد دسترسی چند ایستگاهی از معایب این توپولوژی هستند.
سخن آخر
به طور خلاصه، انواع توپولوژی شبکه هرکدام ویژگی‌ها و مزایا، معایب خود را دارند. توپولوژی ستاره با دسترسی به کنترل متمرکز و سهولت در ارتقاء از گزینه‌های ایده‌آل برخوردار است. توپولوژی مش با ارتباطات مستقیم میان گره‌ها و مقاومت در برابر ازدحام ترافیک، یک گزینه پرکاربرد است.
توپولوژی درختی با ترکیب خصوصیات ستاره‌ای و خطی، امکان مدیریت بهتر شبکه را فراهم می‌کند. توپولوژی ترکیبی یا هایبرید با انعطاف‌پذیری بیشتر و قابلیت اطمینان مطلوب، به عنوان یک راه حل ترکیبی مورد توجه قرار می‌گیرد.
هرکدام از این انتخاب‌ها با توجه به نیازهای خاص شبکه و مقیاس پروژه، مزایا و معایبی دارند که در انتخاب مناسب برای هر موقعیت لازم است مدنظر قرار گیرد.
