توپولوژی فیزیکی شبکه

توپولوژی فیزیکی شبکه

توپولوژی فیزیکی همانند نقشه توپوگرافی نقشه زمین را نشان می دهد، توپولوژی فیزیکی شبکه نیز یک نوع نقشه است. ویژگی‌های خاص یک شبکه را مشخص می‌کند، مانند محل قرارگیری تمام سیستم عاملها و سایر دستگاه‌ها و ترتیب دقیق تمام رسانه‌های فیزیکی مانند کابل‌ها، سوئیچ شبکه، توپولوژی‌های منطقی که قبلاً پوشش دادیم دقیقاً نحوه حرکت داده‌ها در شبکه را مشخص می‌کنند. در حال حاضر، حتی اگر این دو توپولوژی فیزیکی معمولاً بسیار شبیه به هم هستند، یک شبکه خاص در واقع می تواند توپولوژی های فیزیکی و منطقی بسیار متفاوتی داشته باشد. اساساً چیزی که می خواهید به خاطر بسپارید این است که توپولوژی فیزیکی یک شبکه می دهد.

شما وضعیت زمین و توپولوژی منطقی نشان می دهد که چگونه یک سیگنال دیجیتال یا داده در آن طرح حرکت می کند.
در اینجا لیستی از توپولوژی هایی است که این روزها به احتمال زیاد با آنها مواجه خواهید شد:
■ اتوبوس
■ ستاره
■ حلقه
■ مش
■ نقطه به نقطه
■ نقطه به چند نقطه
■ هیبرید
توپولوژی فیزیکی اتوبوس
این نوع توپولوژی ابتدایی ترین نوع از این دسته است، و واقعاً به نوعی شبیه یک اتوبوس است، اما بیشتر شبیه توپولوژی است که در یک خرابه بوده است! به هر حال، توپولوژی فیزیکی گذرگاه از دو انتهای متمایز و انتهایی تشکیل شده است که هر یک از رایانه های آن به یک کابل ناگسستنی متصل می شوند که تمام طول آن را طی می کند. در گذشته، ما کامپیوترها را به کابل اصلی با ضربه های سیم وصل می کردیم، اما این کار چندان خوب کار نمی کرد، بنابراین شروع به استفاده از کابل های دراپ به جای آنها کردیم. اگر با اترنت 10Base2 سر و کار داشتیم، به جای استفاده از کابل‌های دراپ، در هر جایی که می‌خواستیم دستگاهی را به آن وصل کنیم، علامت T را وارد کابل اصلی می‌کردیم.
شکل 1.9 نشان می دهد که توپولوژی فیزیکی یک شبکه اتوبوس معمولی چگونه به نظر می رسد.
شکل 1.9 توپولوژی فیزیکی یک شبکه اتوبوس معمولی

حتی اگر همه رایانه‌های موجود در این نوع شبکه، تمام داده‌ها را که از طریق کابل جریان می‌یابد، مشاهده می‌کنند، تنها یک رایانه که داده‌ها به طور خاص به آن آدرس داده می‌شوند، در واقع داده‌ها را دریافت می‌کند. برخی از مزایای استفاده از توپولوژی فیزیکی اتوبوس این است که نصب آن آسان است و همینطور است
توپولوژی فیزیکی شبکه
خیلی گران نیست، تا حدی به این دلیل که به کابل زیادی مانند سایر انواع توپولوژی فیزیکی نیاز ندارد. اما معایبی نیز دارد: به عنوان مثال، عیب‌یابی، تغییر یا جابجایی آن سخت است، و واقعاً تحمل خطا را ارائه نمی‌کند زیرا همه چیز به آن کابل متصل است. این بدان معناست که هر گونه خطا در کابل اساساً کل شبکه را از کار می‌اندازد!

به هر حال، تحمل خطا توانایی یک کامپیوتر یا یک سیستم شبکه برای پاسخگویی خودکار به یک شرایط است، که اغلب آن را حل می کند، که تاثیر آن بر سیستم را کاهش می دهد. اگر اقدامات تحمل خطا در یک شبکه به درستی اجرا شده باشد، بسیار بعید است که هیچ یک از کاربران آن شبکه بدانند که مشکلی وجود داشته است.
  توپولوژی ستاره
  رایانه های توپولوژی فیزیکی ستاره ای با کابل های جداگانه یا اتصالات بی سیم خود به یک نقطه مرکزی متصل می شوند. شما اغلب آن نقطه مرکزی را پیدا خواهید کرد که در آن دستگاهی مانند هاب، سوئیچ یا نقطه دسترسی وجود دارد.
  توپولوژی ستاره مزایای زیادی را نسبت به توپولوژی باس ارائه می دهد، و حتی اگر آشکارا به رسانه فیزیکی بیشتری نیاز دارد، آن را به طور گسترده ای مورد استفاده قرار می دهد. یکی از بهترین ویژگی های آن این است که چون هر قطعه کامپیوتر یا شبکه به صورت جداگانه به دستگاه مرکزی متصل می شود، در صورت از کار افتادن کابل، فقط قطعه ماشین یا شبکه مربوط به نقطه خرابی را پایین می آورد. این باعث می‌شود شبکه نسبت به خطا بسیار بیشتر و همچنین عیب‌یابی آن بسیار آسان‌تر شود. یکی دیگر از چیزهای عالی در مورد توپولوژی ستاره این است که بسیار مقیاس پذیرتر است - اگر می خواهید به آن اضافه کنید تنها کاری که باید انجام دهید این است که یک کابل جدید را اجرا کنید و به دستگاه در هسته ستاره متصل شوید. در شکل 1.10، یک نمونه عالی از توپولوژی ستاره معمولی را خواهید دید.
  شکل 1.10 توپولوژی ستاره معمولی با هاب

اگرچه توپولوژی فیزیکی ستاره نامیده می شود، اما بسیار شبیه به چرخ دوچرخه با پره هایی است که به توپی در وسط چرخ وصل شده و به سمت بیرون کشیده می شود تا به رینگ متصل شود. و درست مانند چرخ دوچرخه، این دستگاه هاب در مرکز یک شبکه توپولوژی ستاره ای است که می تواند در صورت بروز مشکل، بیشترین اندوه را به شما بدهد. اگر آن هاب مرکزی از کار بیفتد، کل شبکه پایین می آید، بنابراین خیلی خوب است که هاب ها اغلب خراب نمی شوند!

درست مانند تقریباً همه چیز، توپولوژی ستاره دارای مزایا و معایب خود است. اما خبر خوب بسیار بیشتر از بد است، به همین دلیل است که مردم اغلب توپولوژی ستاره را انتخاب می کنند. و در اینجا لیستی از مزایایی است که با استفاده از آن به دست می آورید:
■ ایستگاه های جدید را می توان به راحتی و به سرعت اضافه یا جابجا کرد.
■ خرابی یک کابل کل شبکه را خراب نمی کند.
■ عیب یابی نسبتاً آسان است.
و در اینجا معایب استفاده از توپولوژی ستاره وجود دارد:
■ هزینه نصب کلی می تواند به دلیل تعداد کابل های بیشتر بیشتر باشد، حتی اگر قیمت ها رقابتی تر شوند.
■ دارای یک نقطه خرابی است - هاب یا دستگاه مرکزی دیگر.
دو پیاده سازی پیچیده تر از توپولوژی فیزیکی ستاره وجود دارد. اولین پیوند نقطه به نقطه نامیده می شود، که در آن شما نه تنها دستگاه را در مرکز اسپیکر دارید که به عنوان هاب عمل می کند، بلکه دستگاه را در انتهای دیگر نیز دارید که شبکه را گسترش می دهد. این هنوز یک توپولوژی ستاره دار است، اما همانطور که مطمئن هستم می توانید تصور کنید، مقیاس پذیری بسیار بیشتری به شما می دهد!
یکی دیگر از نسخه های پیشرفته، نسخه بی سیم است، اما برای درک این تنوع، باید درک کاملی از تمام قابلیت ها و ویژگی های هر دستگاهی که توپولوژی فیزیکی ستاره بی سیم را دارد، داشته باشید. با این حال، نگران نباشید - من بعداً در فصل 12، "شبکه بی سیم"، به نقاط دسترسی بی سیم خواهم پرداخت. در حال حاضر، به اندازه کافی خوب است که بدانید نقاط دسترسی تقریباً فقط هاب ها یا سوئیچ های بی سیم هستند که مانند همتایان سیمی خود رفتار می کنند. اساسا، آنها یک اتصال نقطه به نقطه به نقاط پایانی و سایر نقاط دسترسی بی سیم ایجاد می کنند.

توپولوژی فیزیکی حلقه
در این نوع توپولوژی فیزیکی، هر رایانه مستقیماً به رایانه های دیگر در همان شبکه متصل است. با نگاهی به شکل 1.11، می توانید ببینید که داده های شبکه از رایانه ای به رایانه دیگر به منبع باز می گردد، با کابل اصلی شبکه که یک حلقه را تشکیل می دهد. مشکل اینجاست که توپولوژی حلقه شباهت های زیادی با توپولوژی bus دارد زیرا اگر بخواهید به شبکه اضافه کنید چاره ای جز شکستن حلقه کابل ندارید که احتمالا کل شبکه را از بین می برد!
این یکی از دلایل بزرگی است که توپولوژی حلقه خیلی محبوب نیست - شما مانند من در دهه 1980 و اوایل دهه 1990 زیاد با آن مواجه نخواهید شد. همچنین گران است زیرا برای اتصال هر رایانه به چندین کابل نیاز دارید، پیکربندی مجدد آن واقعاً دشوار است و همانطور که احتمالاً حدس زده اید، تحمل خطا ندارد.
اما حتی با همه آنچه گفته شد، اگر شما در یک ISP کار می کنید، ممکن است هنوز یک توپولوژی حلقه فیزیکی برای فناوری به نام SONET یا سایر فناوری های WAN استفاده کنید. با این حال، دیگر هیچ شبکه محلی را در حلقه های فیزیکی پیدا نخواهید کرد.
توپولوژی های شبکه فیزیکی
شکل 1.11 یک توپولوژی حلقه معمولی

توپولوژی فیزیکی مش
در این نوع توپولوژی فیزیکی، متوجه خواهید شد که یک مسیر از هر ماشین به هر ماشین دیگر در شبکه وجود دارد. این تعداد زیادی اتصال است - در واقع، توپولوژی مش برنده جایزه برای "بیشترین اتصالات فیزیکی در هر دستگاه" می شود! این روزها اغلب در شبکه های LAN استفاده نمی شود، اما نسخه اصلاح شده ای از آن را خواهید یافت که به عنوان مش هیبریدی شناخته می شود که به صورت محدود در شبکه های WAN از جمله اینترنت استفاده می شود.
اغلب، شبکه‌های توپولوژی مش ترکیبی، اتصالات کمی بین مکان‌های خاص برای ایجاد افزونگی (پشتیبان) دارند. و انواع دیگری از توپولوژی ها نیز گاهی در ترکیب یافت می شوند، که دلیل دیگری است که به آن ترکیبی می گویند. فقط به یاد داشته باشید که اگر اتصالی بین همه دستگاه‌های موجود در شبکه وجود نداشته باشد، یک توپولوژی مش کامل نیست. و درک کنید که نسبتاً پیچیده است. شکل 1.12 تصویری عالی از این که تنها چهار اتصال چقدر می توانند کارها را پیچیده کنند به شما ارائه می دهد!
شکل 1.12 یک توپولوژی مش معمولی

شما به وضوح می بینید که با افزایش سیم کشی و اتصالات، همه چیز پیچیده تر و پیچیده تر می شود. برای هر n مکان یا میزبان، شما با n(n–1)/2 ختم می‌شوید

اتصالات این بدان معنی است که در شبکه ای که فقط از چهار رایانه تشکیل شده است، شما 4 (4–1)/2 یا 6 اتصال دارید. و اگر آن شبکه کوچک به جمعیتی بالغ بر 10 کامپیوتر افزایش یابد، شما 45 اتصال عظیم خواهید داشت که می توانید با آنها کنار بیایید! این مقدار زیادی سربار است، بنابراین فقط شبکه های کوچک می توانند واقعاً از این توپولوژی استفاده کنند و آن را به خوبی مدیریت کنند. از طرف دیگر، شما سطح بسیار خوبی از تحمل خطا را دریافت می کنید، اما مش هنوز در شبکه های محلی شرکتی دیگر استفاده نمی شود زیرا مدیریت آنها بسیار پیچیده بود.
   
  توپولوژی فیزیکی مش کامل کمترین احتمال دارد که برخورد داشته باشد، که زمانی اتفاق می افتد که داده های دو میزبانی که سعی در برقراری ارتباط همزمان دارند "تصادف" داشته باشند و گم شوند.
  به همین دلیل است که معمولاً نسخه هیبریدی را در شبکه های WAN امروزی پیدا می کنید. در واقع، توپولوژی مش در حال حاضر بسیار نادر است، اما هنوز به دلیل تحمل خطای قوی که ارائه می دهد، استفاده می شود. از آنجایی که اتصالات زیادی دارید، اگر یکی از آنها چشمک بزند، رایانه ها و سایر دستگاه های شبکه می توانند به سادگی به یکی از بسیاری از اتصالات اضافی که در حال اجرا هستند، سوئیچ کنند. و به وضوح، تمام آن کابل کشی در توپولوژی مش، آن را به یک پیاده سازی بسیار گران تبدیل می کند. بعلاوه، می توانید مدیریت شبکه خود را با استفاده از آنچه که به عنوان راه حل توپولوژی مش جزئی شناخته می شود، بسیار کمتر دیوانه کننده تر از شبکه مش کنید، پس چرا به این سمت نروید؟ ممکن است کمی تحمل خطا را از دست بدهید، اما اگر مسیر مش جزئی را طی کنید، همچنان می‌توانید از همان فناوری بین تمام دستگاه‌های شبکه استفاده کنید. فقط به یاد داشته باشید که با مش جزئی، همه دستگاه ها به هم متصل نمی شوند، بنابراین بسیار مهم است که دستگاهی را انتخاب کنید که بسیار عاقلانه باشد.

توپولوژی فیزیکی شبکه Point-to-Point (نقطه به نقطه)
  همانطور که از نام آن پیداست، در توپولوژی فیزیکی نقطه به نقطه، شما یک ارتباط مستقیم بین دو روتر یا سوئیچ دارید که یک مسیر ارتباطی را در اختیار شما قرار می دهد. روترها در توپولوژی نقطه به نقطه را می توان توسط یک کابل سریال به هم متصل کرد و آن را به یک شبکه فیزیکی تبدیل کرد، یا اگر از هم فاصله زیادی داشته باشند و فقط از طریق مداری در یک شبکه Frame Relay یا MPLS متصل شوند، یک شبکه منطقی است. بجای F شکل 1 .13 سه نمونه از یک اتصال نقطه به نقطه T1 یا WAN معمولی را نشان می دهد.
  چیزی که در اینجا می بینید یک صاعقه و چند چیز گرد با یک دسته فلش است که از آنها بیرون می زند، درست است؟ خوب، دو فلش گرد که تابش می کنند نشان دهنده دو مسیریاب شبکه ما هستند و آن صاعقه نشان دهنده یک پیوند WAN است. این نمادها استاندارد صنعت هستند، و من از آنها در سراسر این کتاب استفاده خواهم کرد، بنابراین ایده خوبی است که به آنها عادت کنید!
  بسیار خوب—بنابراین قسمت دوم نمودار دو رایانه را نشان می دهد که با یک کابل متصل شده اند—یک پیوند نقطه به نقطه. به هر حال، این باید چیزی را به شما یادآوری کند که ما به تازگی مرور کردیم. شبکه های همتا به همتا را به خاطر دارید؟ خوب! امیدوارم به یاد داشته باشید که یک اشکال بزرگ به اشتراک گذاری شبکه همتا به همتا این است که خیلی مقیاس پذیر نیست. با در نظر گرفتن این موضوع، احتمالاً تعجب نخواهید کرد که حتی اگر هر دو دستگاه یک اتصال نقطه به نقطه بی سیم داشته باشند، این شبکه هنوز خیلی مقیاس پذیر نخواهد بود.
توپولوژی های شبکه فیزیکی

شکل 1.13 سه اتصال نقطه به نقطه

شما معمولاً شبکه های نقطه به نقطه را در بسیاری از شبکه های WAN امروزی می یابید، و همانطور که در قسمت سوم شکل 1.13 می بینید، یک پیوند از یک کامپیوتر به یک هاب یا سوئیچ نیز یک اتصال نقطه به نقطه معتبر است. یک نسخه رایج از این راه‌اندازی شامل یک پیوند بی‌سیم مستقیم بین دو پل بی‌سیم است که برای اتصال رایانه‌ها در دو ساختمان مختلف به یکدیگر استفاده می‌شود.

توپولوژی فیزیکی شبکه نقطه به چند نقطه
باز هم همانطور که از نام آن پیداست، توپولوژی فیزیکی نقطه به چند نقطه شامل مجموعه ای از اتصالات بین یک رابط در یک مسیریاب و چندین مسیریاب مقصد - یک نقطه اتصال به چندین نقطه اتصال است. هر یک از روترها و هر یک از اینترفیس های آنها که در اتصال نقطه به چند نقطه دخیل هستند بخشی از یک شبکه هستند.
شکل 1.14 یک WAN را نشان می دهد و یک شبکه نقطه به چند نقطه را نشان می دهد. شما به وضوح می توانید یک روتر شرکتی را ببینید که به چندین شاخه متصل می شود.
شکل 1.14 شبکه نقطه به چند نقطه، مثال 1

شکل 1.15 نمونه بارز دیگری از شبکه نقطه به چند نقطه را نشان می دهد: یک کالج یا پردیس شرکتی.
شکل 1.15 یک شبکه نقطه به چند نقطه، مثال 2

توپولوژی فیزیکی شبکه Hybrid (ترکیبی)
من می دانم که من فقط در مورد توپولوژی فیزیکی ترکیبی در بخش توپولوژی مش صحبت کردم، اما تصویر ذهنی آن را در قالب یک شکل به شما ارائه نکردم. همچنین می‌خواهم اشاره کنم که توپولوژی ترکیبی دقیقاً به این معنی است - ترکیبی از دو یا چند نوع توپولوژی شبکه فیزیکی یا منطقی که با هم در یک شبکه کار می‌کنند.
شکل 1.16 یک توپولوژی شبکه ترکیبی ساده را نشان می دهد. این یک سوئیچ یا هاب LAN در پیکربندی توپولوژی ستاره ای را نشان می دهد که از طریق توپولوژی گذرگاه به میزبان خود متصل می شود.
شکل 1.16 یک شبکه ترکیبی ساده

طراحی و سئوسازی: گروه نرم افزاری السا