دانلود مقاله توپولوژی

نوع آرایش یا همبندی اجزای شبکه توپولوژی شبکه بر مدیریت، قابلیت توسعه و کارایی شبکه تأثیر مستقیمی دارد، برای طرح بهترین شبکه از جهت پاسخگویی به نیازمندیها، درک انواع آرایش شبکه دارای اهمیت فراوانی است.

در این مقاله به انواع مختلف همبندی اجزای شبکه و مزایا و معایب هر یک اشاره شده است
بیشتر LAN ها (LAN شبکه ای با سرعت بالا است که به منظور برقراری ارتباط و مبادله داده ها بین کامپیوترها در یک محدوده جغرافیایی کوچک مثل یک اداره طراحی شده است.) با استفاده از کابل های مسی ساخته می شوند که برای نقویت سیگنالهایشان از جریان استاندارد الکتریکی استفاده می کنند.

در ابتدا بیشتر LAN ها از کامپوترهایی که با کابل کواکس به هم وصل شده بودند ، تشکیل می شدند ولی بعدها از کابل زوج به هم تابیده که در سیستم های تلفنی به کار می رفت استفاده شد.

چاره دیگر استفاده از کابل فیبر نوری بود که جای استفاده از سیگنال های الکتریکی از پالس‌های نوری برای کد کردن داده های باینری استفاده می کرد.

درانواع جدید ساختار شبکه کلاً از کابل استفاده نمی شود و سیگنال ها با استفاده از آنچه که رسانه
نامحدود نامیده می شود مثل امواج رادیویی و مادون قرمز ارسال می گردند.

2-توپولوژی
توپولوژی به معنی شکل های مختلف همبندی اجزای شبکه می باشد و اینکه node های مختلف در شبکه به چه طریقی با یکدیگر ارتباط دارند.

به طور کلی دو نوع توپولوژی در رابطه با شبکه مطرح می شود.
1-توپولوژی فیزیکی (physical Topology): که به ترکیب فیزیکی اجزاء شبکه و ترکیب قرار دادن اجزاء مختلف روی شبکه و چگونگی ارتباط این اجزا با یکدیگر مربوط می شود.به عبارتی به چگونگی قرار گرفتن work stationها روی شبکه و ارتباط فیزیکی آنها با یکدیگر توسط کابلهای انتقال اطلاعات ساختار فیزیکی شبکه-توپولوژی فیزیکی گفته می شود .

3-توپولوژی منطقی (logical topology): که به رفتار سیگنال روی شبکه و چگونگی انتقال داده بین workstation ها در شبکه به قسمت دیگر آن بدون توجه به ترکیب فیزیکی اجزا می باشد این نوع توپولوژی در قسمت پروتکلها قابل بحث است.

1-2توپولوژی فیزیکی:
انواع مختلف توپولوژی فیزیکی- به کار رفته در شبکه عبارتند از:
1-خطی (linear bus)
2-ستاره ای (star)
3-حلقوی (ring)
4-درختی (Tree)
5-توری (Fully connected or Mesh)
6-ترکیبی (Hybrid)

1-1-3-توپولوژی خطی
در این نوع توپولوژی که ساده ترین توپولوژی مورد استفاده شبکه ه در اتصال کامپیوترها می باشد همه کامپیوترها در یک شبکه خطی به صورت ردیفی به یک کابل اصلی به نام Bus متصل می شوند.

این کابل در این آرایش بستر اصلی (back bone) یا قطعه (segment) اطلاق می شود.

در این آرایش، هر کامپیوتر آدرس یا نشانی کامپیوتر مقصد را به پیام خود افزوده و این اطلاعات را به صورت سیگنال الکتریکی روی کابل ارسال می کند.

این سیگنال توسط کایل به تمام کامپیوترهای شبکه ارسال می شود، کامپیوترهایی که نشانی آن ها، با نشانی ضمیمه شده به پیام انطباق داشته باشد پیام را دریافت می کنند.
در این نوع توپولوژی که ساده ترین توپولوژی مورد استفاده شبکه ه در اتصال کامپیوترها می باشد همه کامپیوترها در یک شبکه خطی به صورت ردیفی به یک کابل اصلی به نام Bus متصل می شوند.

این سیگنال توسط کایل به تمام کامپیوترهای شبکه ارسال می شود، کامپیوترهایی که نشانی آن ها، با نشانی ضمیمه شده به پیام انطباق داشته باشد پیام را دریافت می کنند.

سیگنالهایی که توسط کامپیوترها روی شبکه فرستاده می شوند در هر دو جهت برای همه کامپیوترهای دیگر ارسال می شوند بدین لحاظ برای جلوگیری ار انعکاس سیگنالها در انتهای کابل ها، از یک پایان دهنده یا terminator استفاده می شود که فراموش کردن این قطعه کوچک گاهی موجب از کار افتادن کل شبکه می شود.

1-1-1-2-مزایای توپولوژی خطی: توسعه آسان شبکه و اتصال کامپیوتر دیگر به شبکه کم هزینه بودن آن نسبت به انواع دیگر توپولوژی در صورت از کار افتادن هر یک از کامپیوترها آسیبی به کارکرد کلی شبکه وارد نخواهد شد.

2-1-1-2معایب توپولوژی خطی: از کار افتادن کل شبکه در صورت قطع شدن کابل اصلی که به عنوان پل ارتباطی بین کامپیوترهای شبکه به کار می رود.

لزوم استفاده از terminator در دوانتهای کابل back bone در هر لحظه فقط یک کامپیوتر می تواند ارسال پیام کند بنابراین در مواقعی که دو کامپیوتر همزمان با هم شروع به ارسال می کنند باعث ایجاد اختلاف می شود، مکانیزم حل این اختلاف می تواند متمرکز (centralized) یا توزیع شده (distributed) باشد .

یکی از مکانیزم های حل اختلاف در شبکه های باس Ethernet نام دارد که کامپیوترهای یک شبکه اترنت در هر زمانی می توانند اقدام به ارسال کنند، ولی اگر تصادفی بین آنها پیش آمد، هریک از آنها مدتی (که به صورت تصادفی تعیین می شود) صبرکرده و دوباره سعی خواهد کرد.

در صورت بروز اشکال در هر جای کابل شبکه دو تکه می شود و سیستم های دو تکه را از ارتباط با هم باز می دارد.

در صورت از کار افتادن کل شبکه امکان تشخیص اشکال آسان نیست .

تعداد کامپیوترهای واقع در شبکه تأثیر معکوس و شدیدی بر کارایی شبکه دارد بیشتر شبکه های با کابل کواکس، از جمله LAN های اترنت اولیه وشبکه های local talk از همبندی باس استفاده می کنند.

در این آرایش تمام کامپیوترهای شبکه به یک قطعه مرکزی (کنترل کننده مرکزی) به نام هاب (Hub) متصل می شوند که اطلاعات قبل از رسیدن به مقصد خود از هاب عبور می کنند به عبارتی هرگاه کامپیوتری بخواهد با کامپیوتر دیگری تبادل اطلاعات کند، کامپیوتر منبع ابتدا باید اطلاعات را به هاب ارسال نماید، سپس از طریق هاب ها آن اطلاعات به کامپیوتر مقصد منتقل می شود.

هاب سیگنال ها را تقویت هم می کند تا بتواند بدون آنکه تضعیف شوند مسافتهای طولانی را بپیمایند.

هاب تمام فعالیتهای شبکه را کنترل و مدیریت می کند.

1-2-1-2-مزایای توپولوژی ستاره ای سادگی نصب شبکه خرابی کابل تنها روی کامپیوتری که به آن وصل است اثر می گذارد، نه روی همه شبکه سادگی توسعه شبکه ردیابی اشکال وبرداشتن یک کامپیوتر از شبکه آسان است.

2-2-1-2-معایب توپولوژی ستاره ای حجم زیادی از کابل کشی مورد نیاز است بر اثر از کار افتادن هاب، کل شبکه از کار خواهد افتاد.

پر هزینه تر بودن آن نسبت به توپولوژی خطی به خاطر استفاده از هاب 3-1-2-توپولوژی حلقوی این توپولوژی توسط شرکت IBM اختراع شد و به IBM token ring مشهور است همبندی حلقه از نظر عملکرد معادل همبندی باسی است که دو سر آن به هم وصل شده باشد و یک حلقه را تشکیل می دهد تا حرکت سیگنال ها از کامپوتری به کامپیوتر دیگر به صورت چرخشی تا ابد ادامه یابد.

به این ترتیب در این آرایش نیازی به استفاده از قطعه پایان دهنده یا Terminator نخواهد بود(اما حلقه تنها یک ساختار منطقی است .

نه یک ساختار فیزیکی .

کابل بندی شبکه فیزیکی در حقیقت با استفاده از همبندی ستاره است و هاب خاصی که واحد دستیابی چند ایستگاهی multi station access unit (MAU) نامیده می شود ، با گرفتن هر سیگنال ورودی و ارسال آن فقط از طریق درگاه بعدی(به جای همه درگاه های دیگر مثل هاب ستاره) حلقه منطقی را پیاده سازی می کند.

به عبارتی کامپیوتر مبدأ اطلاعات را کامپیوتر بعدی در حلقه ارسال می کند و آن کامپیوتر پس از بررسی آدرس اطلاعات واصله، اگر آدرس واصله، با آدرس کامپیوتر دریافت کننده مطابقت داشت آن اطلاعات را برای خود کپی کرده .

سپس اطلاعات را به کامپیوتر بعدی در حلقه ارسال می کند و این روند ادامه می یابد تا اطلاعات به کامپیوتر مبدا برسد و کامپیوتر مبدأ اطلاعات را از روی حلقه حذف می کندبه دلیل اینکه تمان کامپیوترها سیگنال را دریافت کرده و پس از تقویت آن را به کامپیوتر بعدی ارسال می کند به این توپولوژی،توپولوژی فعال یا Active هم گفته می شود.

1-3-1-2-مزایای توپولوژی حلقوی: نصب شبکه با این توپولوژی ساده است توسعه شبکه با این توپولوژی به راحتی انجام می شود در این توپولوژی از کابل فیبر نوری می توان استفاده کرد هر بیت اطلاعات به صورت مستقل و بدون نیاز به منتظر بودن برای سایر بیت‌های بسته ای که به آن تعلق دارد، در شبکه منتشر می شود.

2-3-1-2معایب توپولوژی حلقوی در صورت از کار افتادن هر یک از کامپیوترها،کل شبکه از کار خواهد افتاد.

به سخت افزار پیچیده نیاز ندارد(کارت شبکه آن گران قیمت است) برای اضافه کردن یک ایستگاه به شبکه باید کل شبکه را متوقفکرد.

4-1-2توپولوژی درختی این توپولوژی خصوصیات توپولوژی خطی و ستاره ای را ترکیب می کند در این همبندی تعدادی شبکه ستاره با استفاده از یک قطعه باس جداگانه که هاب های آنها را به هم وصل می کند به هم اتصال می یابند.

به عبارتی از یک یا چند هاب فعال (active Hub) یا تکرار کننده (repeater) برای اتصال ایستگاه ها به یکدیگر استفاده می کند در این ساختار هر کامپیوتر می تواند با تمام کامپیوترهای دیگر شبکه ارتباط برقرار کند، زیرا هر هاب ترافیک ورودی خودرا علاوه بر سایر درگاه های ستاره به درگاه باس نیز می فرستد.

هاب مهمترین عنصر شبکه مبتنی بر توپولوژی درختی است.زیرا کلیه ایستگاه ها را به یکدیگر متصل می کندو وظیفه هاب دریافت اطلاعات از یک دستگاه و تکرار و تقویت آن اطلاعات و ارسال آنها به ایستگاه دیگر می باشد.

1-4-1-2-مزایای توپولوژی درختی: به وسیله تعداد زیادی نرم افزارها وسخت افزارها مختلف پشتیبانی می شود.

سیم کشی از نقطه به نقطه دیگر برای قطعات مجزا آسان است وقتی یک هاب از کار بیفتد، تنها ایستگاه های متصل به آن هاب از کار خواهند افتاد .

2-4-1-2معایب توپولوژی درختی طول هر segment به خاطر محدودیت کابل استفاده شده محدود است.

پیکر بندی و سیم کشی آن نسبت به انواع دیگرتوپولوژی مشکل است.

5-1-2-توپولوژی توری در این توپولوژی هر کامپیوتری مستقیماً به کلیه کامپیوترهای شبکه متصل می شود.

1-5-1-2-مزایای توپولوژی توری: هر کامپیوتر با سایر کامپیوترها ارتباطی مجزا دارد بنابراین این توپولوژی دارای بالاترین درجه اطمینان می باشد.

اگر کابل ارتباطی قطع شود، شبکه همچنان فعال باقی می ماند.

2-5-1-2معایب توپولوژی توری از تعداد زیادی خطوط ارتباطی استفاده می کند.

از نظر اقتصادی مقرون به صرفه نیست مخصوصاًزمانی که تعداد ایستگاه ها افزایش یابند تعداد کابل های مورد نیاز با رابطه N(N-1)/2 محاسبه می شود که در آن N تعداد ایستگاه های شبکه است.

6-1-2 توپولوژی ترکیبی این توپولوژی ترکیبی است از چند شبکه با توپولوژی های متفاوت که توسط یک کابل اصلی به نام backbone به یکدیگر متصل شده اند هر شبکه توسط یک پل ارتباطی به نام Bridge به کابل backbone متصل می شود .

خود توپولوژی هیبرید دو نوع است: نوع اول توپولوژی خطی ستاره ای است همان توپولوژی Tree می باشد.

نوع دوم توپولوژی ستاره ای - حلقه ای نام دارد که در این توپولوژی هاب های چند شبکه از نوع حلقه ای در یک الگوی ستاره ای به یک هاب مرکزی متصل می شوند این همبندی رایجترین روش توسعه شبکه ستاره به فراتر از ظرفیت هاب اصلی آن می باشد اگر همه درگاه های هاب اشغال شده باشند ولی هنوز کامپیوترهایی مانده باشند که به شبکه وصل نشده باشند، می توان هاب اصلی را با استفاده از کابلی که به درگاه خاصی که به همین منظور طراحی شده است،به هاب دیگری وصل کرد.

به این ترتیب باری که به هر هاب می رسد علاوه بر کامپیوترهای وصل شده به ان،به هاب دیگر نیز ارسال می گردد.

3-انواع هاب انواع هاب ها عبارتند از : 1-هاب کنترل پذیر (manageble) این نوع هاب ها هوشمند و انعطاف پذیر است.

بدین معنی که هریک از درگاه های (ports) آن توسط مدیر شبکه از طریق نرم افزار می توانند فعال یا غیر فعال شوند.

2-هاب مستقل (stand-alone): این نوع هاب برای یک گروه از کامپیوترهایی که به طور مجزا از کل شبکه کار می کنند، به کار می رود.

3-هاب پیمانه ای (modular):این نوع هاب با یک کارت یا شاسی همراه است که توسط این کارت می توان تعداد درگاههای آن را افزایش داد.

4-هاب پشته ای (stackable): این نوع هاب شبیه هاب مستقل می باشد با این تفاوت که تعدادی از انها را می توان مثل یک پشته به یکدیگر متصل کرد تا تعداد پورت های کل هاب آن افزایش یابند.

5-هاب switching که آدرس مقصد هر packet را خوانده و آن را به port مناسب می فرستند.

4-نتیجه گیری نکات مهم در انتخاب یک توپولوژی عبارتند از: هزینه:توپولوژی نوع خطی کمترین هزینه را نسبت به سایر توپولوژیها دارد چرا که احتیاج به هاب ندارد.

طول کابل مورد نیاز:توپولوژی خطی کمترین مقدار کابل را نیاز دارد.

توسعه:در توپولوژی ستاره ای توسعه شبکه با افزودن یک هاب دیگر بسیار آسان است نوع کابل:رایج ترین کابل مورد استفاده کابل زوج بدون محافظ است که اغلب در توپولوژی ستاره ای به کار برده می شود.

5-منابع : 1-کتاب شبکه های کامپیوتری مؤلف : اندرواس تنن بام Tanenbaum , Andrews مترجمان : دکتر حسین پدرام ، مهندس علیرضا زارع پور ، مهندس احسان ملکیان 2-کتاب فن آوری شبکه : مؤلف : Ata Elahi ، مترجمان : علی اصغر الهی ، مهندس حمید هاشمی 3- 4-مجله شبکه شماره بیست و ششم