توپولوژی های شبکه (Network Topologies)

ویدیو مربوط به این مقاله: (کلیک کن)

فکر کن چند تا کامپیوتر داری و می‌خوای اونا رو با کابل به هم وصل کنی. توپولوژی (Topology) در واقع همون نقشه یا شکلِ چیدمان این اتصالاته. یعنی به ما میگه کامپیوترها و دستگاه‌ها به چه شکلی و با چه مدلی به هم وصل شدن.
مثل اینه که بخوای چند تا نقطه رو روی کاغذ به هم وصل کنی. می‌تونی همه رو توی یه خط به هم وصل کنی، یا یه دایره باهاشون درست کنی، یا از یه نقطه مرکزی به همشون خط بکشی. هر کدوم از این مدل‌ها یه Topology حساب میشه.
توپولوژی می‌تونه دو مدل باشه:
فیزیکی: یعنی کابل‌ها و دستگاه‌ها چطور به هم وصل شدن.
منطقی: یعنی از دید نرم‌افزاری و نحوه‌ی انتقال دیتا چه اتفاقی می‌افته (حتی اگه از نظر فیزیکی فرق داشته باشه).

انواع توپولوژی ها:
توپولوژی Bus (خطی)
توپولوژی Star (ستاره‌ای)
توپولوژی Ring (حلقه‌ای)
توپولوژی Mesh (توری)
توپولوژی Tree (درختی)
توپولوژی Hybrid (ترکیبی)
توپولوژی Point-to-Point (نقطه به نقطه)

توپولوژی خطی (Bus Topology): این یکی از قدیمی‌ترین و ساده‌ترین مدل‌هاست.
تو این مدل، همه‌ی دستگاه‌ها به یه کابل اصلی (مثل یه خط مستقیم) وصل میشن. مثل اینکه یه طناب دراز رو زمین پهن کنی و چندتا کامپیوتر رو با کابل به این طناب وصل کنی.
چطوری کار میکنه؟
وقتی یه دستگاه می‌خواد داده‌ای بفرسته، اون داده رو روی کابل میفرسته.
همه‌ی دستگاه‌ها اون داده رو می‌بینن، ولی فقط دستگاهی که مقصدشه، قبولش میکنه. بقیه نادیده می‌گیرن.
برای اینکه سیگنال‌ها وقتی به انتهای کابل میرسن، برنگردن و اختلال ایجاد نکنن، در دو سر کابل دو تا قطعه کوچیک به اسم Terminator (پایان‌دهنده) نصب میشه. (این توپولوژی منسوخ شده)

توپولوژی Star (ستاره‌ای): تو این مدل، همه‌ی دستگاه‌ها به یه دستگاه مرکزی وصل میشن. اون دستگاه مرکزی می‌تونه یه سوئیچ یا هاب باشه. کامپیوترها هیچ ارتباط مستقیمی با هم ندارن و تمام ارتباطاتشون باید از طریق این مرکز انجام بشه. چطور کار میکنه؟
وقتی کامپیوتر A می‌خواد به کامپیوتر B داده بفرسته، پیامش رو به دستگاه مرکزی میفرسته. اینجا دو حالت پیش میاد:
اگه دستگاه مرکزی هاب (Hub) باشه: هاب پیام رو می‌گیره و اون رو برای تمام کامپیوترهای دیگه هم میفرسته (Broadcast می‌کنه). فقط کامپیوتر B که مقصد اصلیه پیام رو قبول می‌کنه. این روش شبیه توپولوژی Bus عمل می‌کنه و ترافیک شبکه رو بالا می‌بره.
اگر دستگاه مرکزی سوئیچ (Switch) باشه: سوئیچ میدونه که هر کامپیوتر به کدوم پورتش وصله. پس وقتی پیام رو از کامپیوتر A می‌گیره، اون رو مستقیم و فقط برای کامپیوتر B میفرسته. این کار باعث میشه ترافیک بیخودی در شبکه ایجاد نشه، امنیت بالاتر بره و سرعت هم خیلی بهتر باشه.
مزایا:
اگه یه کابل یا یه سیستم خراب بشه، بقیه کار میکنن.
عیب‌یابی آسونه.
اضافه کردن دستگاه جدیده خیلی سادست.
معایب:
اگه دستگاه مرکزی خراب بشه، کل شبکه می‌خوابه.
کِی استفاده میشه؟
الان بیشتر شبکه‌ خونه‌ها و اداره‌ها با این مدل کار میکنن. چون ساده و قابل اعتماده و میشه راحت روش مدیریت کرد.

توپولوژی Ring (حلقه‌ای): تو این مدل همه‌ی دستگاه‌ها بصورت دایره‌ای یا حلقه به هم وصلن. یعنی هر دستگاه فقط به دو دستگاه دیگه وصل شده. یکی در سمت راستش، یکی در سمت چپش. اطلاعات توی این حلقه دست‌به‌دست می‌چرخه. چطور کار میکنه؟
اطلاعات تو یک جهت حرکت میکنن (یا ساعتگرد یا پادساعتگرد).
مثلا اگه PC1 بخواد برای PC3 پیامی بفرسته، اول میره به PC2، بعد به PC3.
هر دستگاه پیام رو می‌گیره، نگاه میکنه ببینه واسه خودش هست یا نه. اگه نه، میفرسته برای بعدی.
بعضی نسخه‌های Ring دوطرفه هستن (بهشون می‌گن Dual Ring) که اطلاعات می‌تونن در دو جهت حرکت کنن.
(این توپولوژی منسوخ شده)

توپولوژی Mesh (توری): تو این مدل هر دستگاه به یک یا چند دستگاه دیگه مستقیما وصله. یعنی ارتباط مستقیم بین دستگاه‌ها وجود داره. دو نوع Mesh داریم:
1- Full Mesh: این حالت نهایت مقاوم بودنه. هر کامپیوتر به تک‌تک کامپیوترهای دیگه مستقیم وصله. یه شبکه تار عنکبوتی کامل و پیچیده درست میشه.
2- Parial Mesh: این حالت یه کم اقتصادی‌ تره. فقط کامپیوترها و نودهای مهم و حیاتی به چندتا دستگاه دیگه وصل میشن، ولی لازم نیست حتما به همه وصل باشن.
چطوری کار میکنه؟
وقتی کامپیوتر A می‌خواد به کامپیوتر Z دیتا بفرسته، ده‌ها مسیر مختلف ممکنه وجود داشته باشه. شبکه می‌تونه بهترین مسیر (مثلا کوتاه‌ترین یا خلوت‌ترین) رو برای ارسال دیتا انتخاب کنه. جذاب‌ترین ویژگیش اینه که اگه یه کابل یا حتی یه کامپیوتر در یک مسیر خراب بشه، هیچ اتفاقی نمی‌افته! داده به صورت خودکار از یه مسیر دیگه فرستاده میشه.
مزایا:
اگه یه کابل یا دستگاه خراب بشه، شبکه از کار نمیفته.
سرعت بالاتر، چون مسیر مستقیم برای ارتباط داریم.
معایب:
هزینه کابل‌کشی خیلی زیاده (مخصوصا تو Full Mesh).
طراحی و پیکربندی سخت‌تره.
نیاز به تعداد زیادی پورت توی دستگاه‌ها هست.
کی استفاده میشه؟
بیشتر تو جاهایی که نیاز به ارتباط دائمی و قابل‌اعتماد دارن مثل:
مراکز داده (Data Center)
زیرساخت‌های نظامی
سیستم‌های مالی حساس

توپولوژی Tree (درختی): توپولوژی Tree یه ترکیب از توپولوژی‌های Star و Bus هست. به زبان ساده، مثل یه درخته که تنه‌ش یه کابل اصلیه (مثل توپولوژی Bus) و شاخه‌هاش همون ارتباط‌های ستاره‌ای هستن (بیشتر از این لازم نیست روی این توپولوژی زمان بزاریم)

توپولوژی Hybrid (ترکیبی): این توپولوژی ترکیب دو یا چند مدل توپولوژی مختلف تو یه شبکست. یعنی تو شبکه ممکنه یه قسمت ستاره‌ای باشه، یه قسمت حلقه‌ای، یه قسمت توری و... هدف اینه که از مزایای چند مدل مختلف به‌صورت همزمان استفاده کنیم. چطور کار میکنه؟
هر بخش از شبکه به‌شکل خاصی چیده شده و ممکنه وظیفه متفاوتی داشته باشه. مثلا تو یه شرکت:
بخش مدیریت از توپولوژی Mesh استفاده میکنه (برای اطمینان بالا)
بخش منابع انسانی با توپولوژی Star کار میکنه
و بخش مالی با توپولوژی Ring طراحی شده چون تو یه مسیر خاص دیتا رد و بدل میشه
همه اینا درنهایت به یه ساختار کلی متصل میشن و یه شبکه واحد رو میسازن.
کجا استفاده میشه؟
تقریبا تمام شبکه‌های بزرگ در دنیای واقعی (مثل دانشگاه‌ها، بیمارستان‌ها و شرکت‌های بزرگ) از نوع ترکیبی هستن، چون نیازهای بخش‌های مختلفشون با هم فرق داره و یک مدل ساده جوابگوی کارشون نیست.

توپولوژی Point-to-Point (نقطه به نقطه): تو این مدل فقط دو دستگاه بصورت مستقیم به هم وصل میشن. یعنی هیچ دستگاه واسط، هاب، سوئیچ یا کابل اضافه‌ای بینشون نیست. فقط یه کابل مستقیم بینشون وجود داره.
چطور کار میکنه؟
هر اطلاعاتی که از یکی از دستگاه‌ها ارسال میشه، مستقیم میره به اون یکی دستگاه.
دیگه نیازی نیست دیتا از یه مسیر شلوغ عبور کنه یا از یه واسط رد بشه.
مثلا:
دو کامپیوتر رو با یه کابل LAN مستقیما به هم وصل کنی.
یا دو روتر رو با کابل بهم وصل کنی.
مزایا:
خیلی ساده و بدون دردسر.
سرعت بالا چون ترافیک فقط بین دو دستگاهه.
امنیت بهتر (چون هیچ دستگاه دیگه‌ای تو مسیر نیست که شنود کنه).
معایب:
فقط برای ارتباط بین دو دستگاه به درد میخوره.
اگه بخوای دستگاه سومی اضافه کنی، دیگه این مدل جواب نمیده.
نکته مهم:
توپولوژی Point-to-Point بیشتر به عنوان یه نوع اتصال مطرحه تا یه شبکه بزرگ.
یعنی اینطوری نیست که بیای با Point-to-Point یه شبکه 10-20 تایی درست کنی.
اما چون پایه‌ی خیلی از ارتباط‌ها رو همین مدل میسازه (مثلا تو VPNها، یا بین دو روتر یا مودم) خیلی مهمه که بشناسیمش.