توپولوژی شبکه های کامپیوتری

خلاصه:
نوع آرايش يا همبندي اجزاي شبكه توپولوژي شبكه بر مديريت، قابليت توسعه و كارايي شبكه تأثير مستقيمي دارد، براي طرح بهترين شبكه از جهت پاسخگويي به نيازمنديها، درك انواع آرايش شبكه داراي اهميت فراواني است. در اين مقاله به انواع مختلف همبندي اجزاي شبكه و مزايا و معايب هر يك اشاره شده است.

 

۱-مقدمه:
بيشتر LAN ها (LAN شبكه اي با سرعت بالا است كه به منظور برقراري ارتباط و مبادلة داده ها بين كامپيوترها در يك محدودة جغرافيايي كوچك مثل يك اداره طراحي شده است.) با استفاده از كابل هاي مسي ساخته مي شوند كه براي نقويت سيگنالهايشان از جريان استاندارد الكتريكي استفاده مي كنند. در ابتدا بيشتر LAN ها از كامپوترهايي كه با كابل كواكس به هم وصل شده بودند ، تشكيل مي شدند ولي بعدها از كابل زوج به هم تابيده كه در سيستم هاي تلفني به كار مي رفت استفاده شد. چاره ديگر استفاده از كابل فيبر نوري بود كه جاي استفاده از سيگنال هاي الكتريكي از پالس‌هاي نوري براي كد كردن داده هاي باينري استفاده مي كرد. درانواع جديد ساختار شبكه كلاً از كابل استفاده نمي شود و سيگنال ها با استفاده از آنچه كه رسانه

نامحدود ناميده مي شود مثل امواج راديويي و مادون قرمز ارسال مي گردند.

۲-توپولوژي
توپولوژي به معني شكل هاي مختلف همبندي اجزاي شبكه مي باشد و اينكه node هاي مختلف در شبكه به چه طريقي با يكديگر ارتباط دارند. به طور كلي دو نوع توپولوژي در رابطه با شبكه مطرح مي شود.

۱-توپولوژي فيزيكي (physical Topology): كه به تركيب فيزيكي اجزاء شبكه و تركيب قرار دادن اجزاء مختلف روي شبكه و چگونگي ارتباط اين اجزا با يكديگر مربوط مي شود.به عبارتي به چگونگي قرار گرفتن work stationها روي شبكه و ارتباط فيزيكي آنها با يكديگر توسط كابلهاي انتقال اطلاعات ساختار فيزيكي شبكه-توپولوژي فيزيكي گفته مي شود .

۳-توپولوژي منطقي (logical topology): كه به رفتار سيگنال روي شبكه و چگونگي انتقال داده بين workstation ها در شبكه به قسمت ديگر آن بدون توجه به تركيب فيزيكي اجزا مي باشد اين نوع توپولوژي در قسمت پروتكلها قابل بحث است.

۱-۲توپولوژي فيزيكي:
انواع مختلف توپولوژي فيزيكي- به كار رفته در شبكه عبارتند از:
۱-خطي (linear bus)
2-ستاره اي (star)

۳-حلقوي (ring)
4-درختي (Tree)
5-توري (Fully connected or Mesh)

۶-تركيبي (Hybrid)

۱-۱-۳-توپولوژي خطي
در اين نوع توپولوژي كه ساده ترين توپولوژي مورد استفاده شبكه ه در اتصال كامپيوترها مي باشد همه كامپيوترها در يك شبكه خطي به صورت رديفي به يك كابل اصلي به نام Bus متصل مي شوند. اين كابل در اين آرايش بستر اصلي (back bone) يا قطعه (segment) اطلاق مي شود. در اين آرايش، هر كامپيوتر آدرس يا نشاني كامپيوتر مقصد را به پيام خود افزوده و اين اطلاعات را به صورت سيگنال الكتريكي روي كابل ارسال مي كند. اين سيگنال توسط كايل به تمام كامپيوترهاي شبكه ارسال مي شود، كامپيوترهايي كه نشاني آن ها، با نشاني ضميمه شده به پيام انطباق داشته باشد پيام را دريافت مي كنند.

سيگنالهايي كه توسط كامپيوترها روي شبكه فرستاده مي شوند در هر دو جهت براي همه كامپيوترهاي ديگر ارسال مي شوند بدين لحاظ براي جلوگيري ار انعكاس سيگنالها در انتهاي كابل ها، از يك پايان دهنده يا terminator استفاده مي شود كه فراموش كردن اين قطعه كوچك گاهي موجب از كار افتادن كل شبكه مي شود.

 

۱-۱-۱-۲-مزاياي توپولوژي خطي:
• توسعه آسان شبكه و اتصال كامپيوتر ديگر به شبكه
• كم هزينه بودن آن نسبت به انواع ديگر توپولوژي
• در صورت از كار افتادن هر يك از كامپيوترها آسيبي به كاركرد كلي شبكه وارد نخواهد شد.

۲-۱-۱-۲معايب توپولوژي خطي:
• از كار افتادن كل شبكه در صورت قطع شدن كابل اصلي كه به عنوان پل ارتباطي بين كامپيوترهاي شبكه به كار مي رود.
• لزوم استفاده از terminator در دوانتهاي كابل back bone

• در هر لحظه فقط يك كامپيوتر مي تواند ارسال پيام كند بنابراين در مواقعي كه دو كامپيوتر همزمان با هم شروع به ارسال مي كنند باعث ايجاد اختلاف مي شود، مكانيزم حل اين اختلاف مي تواند متمركز (centralized) يا توزيع شده (distributed) باشد . يكي از مكانيزم هاي حل اختلاف در شبكه هاي باس Ethernet نام دارد كه كامپيوترهاي يك شبكه اترنت در هر زماني مي توانند اقدام به ارسال كنند، ولي اگر تصادفي بين آنها پيش آمد، هريك از آنها مدتي (كه به صورت تصادفي تعيين مي شود) صبركرده و دوباره سعي خواهد كرد.

• در صورت بروز اشكال در هر جاي كابل شبكه دو تكه مي شود و سيستم هاي دو تكه را از ارتباط با هم باز مي دارد.
• در صورت از كار افتادن كل شبكه امكان تشخيص اشكال آسان نيست .

• تعداد كامپيوترهاي واقع در شبكه تأثير معكوس و شديدي بر كارايي شبكه دارد
بيشتر شبكه هاي با كابل كواكس، از جمله LAN هاي اترنت اوليه وشبكه هاي
local talk از همبندي باس استفاده مي كنند.

در اين آرايش تمام كامپيوترهاي شبكه به يك قطعه مركزي (كنترل كننده مركزي) به
نام هاب (Hub) متصل مي شوند كه اطلاعات قبل از رسيدن به مقصد خود از هاب عبور مي كنند به عبارتي هرگاه كامپيوتري بخواهد با كامپيوتر ديگري تبادل اطلاعات كند، كامپيوتر منبع ابتدا بايد اطلاعات را به هاب ارسال نمايد، سپس از طريق هاب ها آن اطلاعات به كامپيوتر مقصد منتقل مي شود. هاب سيگنال ها را تقويت هم مي كند تا بتواند بدون آنكه تضعيف شوند مسافتهاي طولاني را بپيمايند.

هاب تمام فعاليتهاي شبكه را كنترل و مديريت مي كند.

۱-۲-۱-۲-مزاياي توپولوژي ستاره اي
• سادگي نصب شبكه
• خرابي كابل تنها روي كامپيوتري كه به آن وصل است اثر مي گذارد، نه روي همه شبكه

• سادگي توسعه شبكه
• رديابي اشكال وبرداشتن يك كامپيوتر از شبكه آسان است.

۲-۲-۱-۲-معايب توپولوژي ستاره اي
• حجم زيادي از كابل كشي مورد نياز است
• بر اثر از كار افتادن هاب، كل شبكه از كار خواهد افتاد.
• پر هزينه تر بودن آن نسبت به توپولوژي خطي به خاطر استفاده از هاب

۳-۱-۲-توپولوژي حلقوي
اين توپولوژي توسط شركت IBM اختراع شد و به IBM token ring مشهور است همبندي حلقه از نظر عملكرد معادل همبندي باسي است كه دو سر آن به هم وصل شده باشد و يك حلقه را تشكيل مي دهد تا حركت سيگنال ها از كامپوتري به كامپيوتر ديگر به صورت چرخشي تا ابد ادامه يابد. به اين ترتيب در اين آرايش نيازي به استفاده از قطعه پايان دهنده يا Terminator نخواهد بود(اما حلقه تنها يك ساختار منطقي است . نه يك ساختار فيزيكي . كابل بندي شبكه فيزيكي در حقيقت با استفاده از همبندي ستاره است و هاب خاصي كه واحد دستيابي چند ايستگاهي multi station access unit (MAU) ناميده مي شود ، با گرفتن هر

سيگنال ورودي و ارسال آن فقط از طريق درگاه بعدي(به جاي همه درگاه هاي ديگر مثل هاب ستاره) حلقه منطقي را پياده سازي مي كند. به عبارتي كامپيوتر مبدأ اطلاعات را كامپيوتر بعدي در حلقه ارسال مي كند و آن كامپيوتر پس از بررسي آدرس اطلاعات واصله، اگر آدرس واصله، با آدرس كامپيوتر دريافت كننده مطابقت داشت آن اطلاعات را براي خود كپي كرده . سپس اطلاعات را به كامپيوتر بعدي در حلقه ارسال مي كند و اين روند ادامه مي يابد تا اطلاعات به كامپيوتر مبدا برسد و كامپيوتر مبدأ اطلاعات را از روي حلقه حذف مي كندبه دليل اينكه تمان كامپيوترها سيگنال را دريافت كرده و پس از تقويت آن را به كامپيوتر بعدي ارسال مي كند به اين توپولوژي،توپولوژي فعال يا Active هم گفته مي شود.

 

۱-۳-۱-۲-مزاياي توپولوژي حلقوي:
• نصب شبكه با اين توپولوژي ساده است
• توسعه شبكه با اين توپولوژي به راحتي انجام مي شود

• در اين توپولوژي از كابل فيبر نوري مي توان استفاده كرد
• هر بيت اطلاعات به صورت مستقل و بدون نياز به منتظر بودن براي ساير بيت‌هاي بسته اي كه به آن تعلق دارد، در شبكه منتشر مي شود.

۲-۳-۱-۲معايب توپولوژي حلقوي
• در صورت از كار افتادن هر يك از كامپيوترها،كل شبكه از كار خواهد افتاد.
• به سخت افزار پيچيده نياز ندارد(كارت شبكه آن گران قيمت است)
• براي اضافه كردن يك ايستگاه به شبكه بايد كل شبكه را متوقفكرد.

۴-۱-۲توپولوژي درختي
اين توپولوژي خصوصيات توپولوژي خطي و ستاره اي را تركيب مي كند در اين همبندي تعدادي شبكه ستاره با استفاده از يك قطعه باس جداگانه كه هاب هاي آنها را به هم وصل مي كند به هم اتصال مي يابند.

به عبارتي از يك يا چند هاب فعال (active Hub) يا تكرار كننده (repeater) براي اتصال ايستگاه ها به يكديگر استفاده مي كند در اين ساختار هر كامپيوتر مي تواند با تمام كامپيوترهاي ديگر شبكه ارتباط برقرار كند، زيرا هر هاب ترافيك ورودي خودرا علاوه بر ساير درگاه هاي ستاره به درگاه باس نيز مي فرستد. هاب مهمترين عنصر شبكه مبتني بر توپولوژي درختي است.زيرا كليه ايستگاه ها را به يكديگر متصل مي كندو وظيفه هاب دريافت اطلاعات از يك دستگاه و تكرار و تقويت آن اطلاعات و ارسال آنها به ايستگاه ديگر مي باشد.