توپولوژی شبکه یکی از مهمترین مفاهیم در شبکه های کامپیوتری است که در این مقاله به بررسی آن می‌پردازیم. توپولوژی شبکه، ساختاری از روش ها و الگوریتم‌ها است که تعیین می‌کند که چگونه دستگاه‌های مختلف در یک شبکه کامپیوتری به هم متصل شوند. پس با ما همراه باشید تا انواع توپولوژی شبکه، مزایا و معایب هر یک از انواع توپولوژی و کاربردهای آن‌ها را بررسی کنیم.

1. توپولوژی نقطه به نقطه (P2P):

توپولوژی نقطه به نقطه (Point-to-Point) نوعی از شبکه است که در آن دو دستگاه مستقیماً و بدون وابستگی به دیگر دستگاه‌ها، با هم ارتباط دارند. در این نوع توپولوژی، هر دستگاه با یک کابل به دستگاه دیگری متصل است و داده‌ها به صورت مستقیم از طریق این کابل‌ها بین دستگاه‌ها منتقل می‌شوند. در این توپولوژی، هیچ کابل مشترکی بین دستگاه‌ها وجود ندارد و از طریق کابل مستقیم، داده‌ها به دستگاه دیگر منتقل می‌شوند. توپولوژی نقطه به نقطه  از روش “Collisions Detection” استفاده نمی‌کند زیرا هیچ دستگاه دیگری در کابل ارتباطی متصل نیست. به عنوان مثال، توپولوژی Point-to-Point در شبکه های وایرلس که هر دستگاه با یک رادیو به دستگاه دیگر متصل است، مورد استفاده قرار می‌گیرد. همچنین، این توپولوژی در شبکه های WAN و LAN نیز کاربرد دارد.

به طور کلی، توپولوژی Point-to-Point مناسب برای شبکه‌هایی است که تعداد دستگاه‌های آن‌ها کم است، اما نیاز به ارتباط مستقیم و پایدار بین دستگاه‌ها دارند. همچنین، در این توپولوژی امکان وجود گره‌های اضافی وجود ندارد و هر دستگاه باید به صورت مستقیم با دستگاه دیگری ارتباط برقرار کند. در توپولوژی نقطه به نقطه، داده‌ها مستقیماً بین دو دستگاه منتقل می‌شوند و هیچ تکرارکننده‌ای مانند هاب در مسیر وجود ندارد. به همین دلیل، هزینه این توپولوژی کمتر از دیگر توپولوژی‌ها است زیرا تعداد وسایل تکرار کننده کاهش می‌یابد.

با وجود این مزایا، توپولوژی Point-to-Point دارای محدودیت‌هایی است. یکی از این محدودیت‌ها، امکان توسعه محدود این توپولوژی است، زیرا برای افزایش تعداد دستگاه‌ها، باید کابل‌های بیشتری نصب کرد که این کار هزینه‌بر است. همچنین، این توپولوژی دارای مشکلات امنیتی است زیرا در صورت نفوذ به یکی از دستگاه‌ها، سایر دستگاه‌ها نیز در معرض خطر قرار می‌گیرند.

توپولوژی Point-to-Point به عنوان گزینه‌ای ساده در شبکه‌های کوچک کاربرد دارد، اما در شبکه های بزرگ و پیشرفته، توپولوژی‌هایی مانند ستاره، حلقه و درختی رایج‌تر هستند.

2. توپولوژی خطی (Bus):

توپولوژی Bus یکی از انواع شبکه های کامپیوتری است که در آن تمامی دستگاه‌ها به یک کابل اصلی (Bus) متصل می‌شوند. در این توپولوژی، اطلاعات از طریق همین کابل به صورت یک جریان پیوسته از یک دستگاه به دیگر دستگاه‌ها انتقال می‌یابد. هر دستگاه باید قادر باشد تا در هنگام نیاز به انتقال اطلاعات، به کابل اصلی متصل شده و اطلاعات خود را ارسال کند. این توپولوژی به دلیل سادگی و کم هزینه بودن، در شبکه های کوچک و متوسط بسیار مورد استفاده قرار می‌گیرد.

اما این توپولوژی دارای محدودیت‌هایی نیز است. برای مثال، اگر کابل اصلی در توپولوژی Bus دچار خرابی یا قطع شود، کل شبکه از کار می‌افتد و عیب‌یابی نیز دشوارتر خواهد شد. همچنین تداخل‌های الکترومغناطیسی نیز باعث اختلال در انتقال اطلاعات می‌شود.

توپولوژی Bus در شبکه های کامپیوتری دارای مزایایی است که می‌توان آن‌ها را به شرح زیر بیان کرد:

• هزینه کم: نصب و راه‌اندازی توپولوژی باس به دلیل نیاز به کابل‌ها و تجهیزات کمتر، هزینه کمتری دارد.
• سادگی و راحتی: این توپولوژی به پیکربندی پیچیده‌ای نیاز ندارد و نصب آن بسیار ساده است.
• عملکرد قابل قبول: توپولوژی باس در شبکه های کوچک و متوسط به خوبی کار می‌کند و سرعت انتقال داده‌ها مناسب است.
• ارتباطات تعاملی: تمامی دستگاه‌ها به یک کابل اصلی متصل هستند، که امکان ارتباطات تعاملی و دسترسی آسان به داده‌ها را فراهم می‌کند.
• ساختار گسترده: این توپولوژی می‌تواند در شبکه های وسیع استفاده شود و کابل‌ها به‌راحتی قابل تمدید هستند.
• تغییرات ساده: افزودن یا حذف دستگاه از شبکه در این توپولوژی به سادگی امکان‌پذیر است.

معایب توپولوژی باس شامل موارد زیر می‌شود:

• نقطه شکست واحد: با وجود تنها یک کابل ارتباطی، خرابی آن تمام شبکه را قطع می‌کند.
• محدودیت طول کابل: طول کابل می‌تواند محدودیت‌هایی برای شبکه ایجاد کند و عیب‌یابی در صورت طولانی شدن کابل دشوار می‌شود.
• کاهش سرعت در اتصال‌های متعدد: استفاده از یک تجهیز تقسیم کننده (hub) برای اتصال کامپیوترها ممکن است در صورت زیاد بودن تعداد آنها، سرعت ارتباطی شبکه را کاهش دهد.
• مشکلات همگام‌سازی: با افزایش تعداد کامپیوترها در شبکه، همگام‌سازی و بهبود کارایی آنها دشوار خواهد شد.
• ضعف امنیتی: در توپولوژی باس، با قرارگیری تمام دستگاه‌ها در یک شبکه، امنیت پایین می‌آید و دسترسی یک حمله‌کننده به شبکه می‌تواند به همه دستگاه‌ها آسیب برساند.

3. توپولوژی شبکه حلقه ای (Ring):

توپولوژی رینگ (Ring) نوعی از توپولوژی های شبکه های کامپیوتری است که در آن دستگاه‌ها به صورت یک حلقه به یکدیگر متصل شده‌اند. در این توپولوژی، داده‌ها به صورت دایره‌ای در حلقه جریان دارند و هر دستگاه باید داده‌ها را دریافت کند و آن‌ها را به دستگاه بعدی در حلقه ارسال کند. به همین دلیل، این توپولوژی گاهی به عنوان توپولوژی حلقه‌ای نیز شناخته می‌شود.
در توپولوژی رینگ، هر دستگاه دارای دو درگاه است، یک درگاه ورودی و یک درگاه خروجی. داده‌ها به صورت دائره‌ای از یک دستگاه به دستگاه بعدی در حلقه انتقال می‌یابند. هر دستگاه باید داده‌های دریافتی را بررسی کند و اگر داده‌ها مربوط به خودش باشد، آن‌ها را دریافت و سپس به دستگاه بعدی در حلقه ارسال کند.

از مزایای توپولوژی رینگ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• کاهش تداخل: توپولوژی حلقه‌ای نسبت به توپولوژی باس تداخل کمتری دارد.
• آسانی تعمیر و نگهداری: نگهداری و تعمیرات در این توپولوژی بسیار ساده است.
• عملکرد بهتر در تعداد بالا: برای پشتیبانی از دستگاه‌های زیاد، توپولوژی حلقه‌ای عملکرد بهتری نسبت به توپولوژی باس دارد.
• بهینه‌سازی منابع: در توپولوژی حلقه‌ای، هر گره تنها به دو گره متصل می‌شود، که کارایی و بهینه‌سازی استفاده از منابع را بهبود می‌بخشد.
• انتقال سریع: انتقال اطلاعات در یک جهت مشخص باعث کاهش تداخل و افزایش سرعت در توپولوژی حلقه‌ای می‌شود.

از معایب توپولوژی رینگ می‌توان به موارد زیر اشاره کرد:

• تأثیر خرابی یک دستگاه: خرابی هر دستگاه می‌تواند کل شبکه را تحت تأثیر قرار دهد.
• کاهش کارایی در شلوغی: در صورت شلوغی شبکه، کارایی آن کاهش می‌یابد.
• سرعت پایین‌تر: هر بسته داده باید توسط تمام ایستگاه‌ها در مسیر بررسی و تصحیح شود که باعث کاهش سرعت انتقال اطلاعات می‌شود.
• احتمال خطای بالا: هر گره مسئول برقراری اتصالات و انتقال اطلاعات است. خرابی یک گره می‌تواند تمام شبکه را تحت تأثیر قرار دهد و احتمال خطا را افزایش دهد.
• سختی در مدیریت گره‌ها: افزودن یا حذف گره‌ها در توپولوژی حلقه‌ای دشوار است و نیاز به دستکاری کابل‌ها و بازسازی اتصالات دارد.
• وابستگی به توپولوژی: تغییر توپولوژی در این ساختار دشوار است و در صورت افزایش تعداد کاربران، نمی‌توان به راحتی شبکه را بهبود بخشید.

4. توپولوژی ستاره ای (Star):

در توپولوژی ستاره‌ای، یک دستگاه مرکزی به نام سوییچ (switch) و از آن به تعدادی دستگاه پایانه (terminal) یا کامپیوتر، به صورت مستقیم یا از طریق هاب (hub) یا تقویت کننده سیگنال (repeater)، وصل می‌شوند. در این توپولوژی، تمام ارتباطات بین دستگاه‌ها و سوییچ انجام می‌شود و هر دستگاه برای ارسال اطلاعات خود باید از طریق سوییچ برای مقصد خود مسیریابی شود.
مزیت این توپولوژی در آن است که هر دستگاه به طور مستقیم با سوییچ وصل می‌شود و از پهنای باند بالایی برخوردار است. همچنین، در صورت خرابی یک دستگاه، تنها آن دستگاه مشکل دارد و سایر دستگاه‌ها به صورت مستقیم به سوییچ متصل هستند و کار خود را انجام می‌دهند.
از معایب این توپولوژی می‌توان به آن اشاره کرد که در صورت خرابی سوییچ، کل شبکه از کار می‌افتد و همچنین هزینه سوییچ و هاب نسبت به دیگر توپولوژی‌ها بالا است.

مزایای توپولوژی ستاره ای شامل:

• افزایش کارایی: توپولوژی ستاره‌ای امکان انتقال داده‌ها با بهترین بازدهی را فراهم می‌کند و عملکرد شبکه را بهبود می‌بخشد.
• سهولت در نصب و تعمیر: در این توپولوژی، شناسایی و رفع مشکلات هر بخش از شبکه به سادگی امکان‌پذیر است.
• امنیت: با اتصال مستقل هر دستگاه به سوئیچ، امنیت شبکه در توپولوژی ستاره‌ای افزایش می‌یابد.
• گستردگی شبکه: افزودن دستگاه‌های جدید به شبکه در توپولوژی ستاره‌ای به راحتی امکان‌پذیر است.

معایب توپولوژی ستاره ای:

• وابستگی به سوئیچ: در توپولوژی ستاره‌ای، خرابی سوئیچ می‌تواند کل شبکه را دچار مشکل کند، زیرا تمام دستگاه‌ها به آن متصل هستند.
• هزینه: این توپولوژی نسبت به دیگر انواع، هزینه بیشتری دارد؛ چرا که به سوئیچ‌های بیشتری نیاز دارد.
• محدودیت در فاصله: فاصله مجاز بین دستگاه‌ها و سوئیچ محدود است، به دلیل وابستگی مستقیم دستگاه‌ها به سوئیچ.

5. توپولوژی مش (Mesh):

توپولوژی مش (Mesh) یکی از توپولوژی های شبکه های کامپیوتری است که در آن، هر دستگاه به چندین دستگاه دیگر متصل می‌شود. به عبارت دیگر، هر دستگاه در این توپولوژی با تمامی دستگاه‌های دیگر متصل می‌شود و هیچ دو دستگاهی به صورت مستقیم به هم متصل نیستند. این توپولوژی می‌تواند به دو صورت مش بسته و مش باز باشد.
در توپولوژی مش بسته، تمامی دستگاه‌ها به صورت مستقیم با دستگاه‌های همسایه خود متصل هستند و بسته بودن توپولوژی به معنی این است که پیام‌ها به صورت چرخه‌ای و در دو جهت در این توپولوژی حرکت می‌کنند.
در توپولوژی مش باز، به علت عدم وجود ارتباط مستقیم بین تمامی دستگاه‌ها، امکان بروز تداخل در شبکه به دلیل اینکه دو دستگاه می‌توانند به طور همزمان با یک دستگاه دیگر ارتباط برقرار کنند، به وجود می‌آید.
توپولوژی مش در محیط‌هایی که ترافیک بالایی وجود دارد کارایی بالاتری نسبت به توپولوژی‌های دیگر دارد زیرا تعداد مسیرهای مختلف بین دستگاه‌ها زیاد است و به این ترتیب امکان توزیع بار بین مسیرهای مختلف فراهم می‌شود. به علاوه، تعمیر و نگهداری در این توپولوژی نسبت به توپولوژی‌های دیگر آسان‌تر است. از معایب این توپولوژی می‌توان به مصرف بیشتر کابل‌ها و نیاز به تعداد زیادی پورت برای سوئیچ‌ها و روترها اشاره کرد.

6. توپولوژی درختی (Tree):

توپولوژی درختی یا Tree Topology، یک نوع توپولوژی شبکه است که به صورت سلسله مراتبی و در قالب یک درخت پیمایش می‌شود. در این توپولوژی، ریشه (root) یک نقطه‌ی ابتدایی محسوب می‌شود و معمولاً در بالاترین سطح سوییچ شبکه قرار دارد. سپس از طریق ارتباطاتی که بین دستگاه‌ها و سوییچ‌ها برقرار می‌شود، درخت شبکه شکل می‌گیرد که در آن هر سوییچ با چندین سوییچ یا دستگاه دیگر متصل است.
در توپولوژی درختی، سوییچ‌ها به صورت سلسله مراتبی به یکدیگر متصل می‌شوند و هر یک از آن‌ها می‌توانند چندین دستگاه را به خود متصل کنند. به عنوان مثال، یک سوییچ در سطح بالاتر می‌تواند چندین سوییچ در سطوح پایین‌تر را به خود متصل کند و هر یک از این سوییچ‌ها نیز می‌توانند چندین دستگاه را به خود متصل کنند.

مزایای توپولوژی درختی:

• Tree Topology برای شبکه های کامپیوتری بزرگ و پیچیده مناسب است که به سطوح بالاتری از ارتباط نیاز دارند. زیرا این توپولوژی به صورت سلسله‌مراتبی ساختاردهی شده است.
• این توپولوژی همچون توپولوژی ستاره ای، قابلیت اتصال دوستانه (Plug-and-Play) را دارد. به این معنا که اضافه کردن وسایل جدید به شبکه به راحتی امکان پذیر است.
• همچنین توپولوژی درختی امکان انتقال داده‌ها با سرعت بالا و قابلیت بازیابی خطا (Error recovery) را فراهم می کند. چرا که در آن به طور معمول از پروتکل های پیشرفته و قابل اطمینان برای ارتباطات استفاده می شود.
• در مقایسه با توپولوژی‌های مرکزی مانند توپولوژی ستاره‌ای، این توپولوژی امکان گسترش شبکه را افزایش می‌دهد، زیرا تغییرات در ساختار به سادگی قابل انجام است.

معایب توپولوژی درختی:

• در این توپولوژی به دلیل ساختار پیچیده و محدودیت‌های مسیریابی، احتمال بروز خطا و مشکلات شبکه بیشتر است.
• نصب و پیکربندی توپولوژی درختی پیچیده است و نیاز به توجه دقیق برای تعیین و نظارت بر محل و تعداد کابل‌ها دارد.
• نسبت به توپولوژی‌های ساده‌تر مانند توپولوژی باس یا حلقه‌ای، به سخت‌افزار پیشرفته‌تری نیاز دارد.

7. توپولوژی ترکیبی (Hybrid):

توپولوژی ترکیبی به مجموعه‌ای از توپولوژی های مختلف اشاره دارد که به صورت هم‌زمان و ترکیبی با یکدیگر به کار می‌روند. به عبارت دیگر، در این توپولوژی شبکه شامل چندین زیرشبکه است که هر یک می‌توانند از توپولوژی خاص خود بهره‌برداری کنند.
یکی از مثال های رایج توپولوژی ترکیبی، ترکیب توپولوژی ستاره ای و توپولوژی حلقه ای است. در این ترکیب، کلیه کامپیوتر ها به یک سوئیچ متصل هستند که در حالت توپولوژی ستاره ای قرار دارد و همچنین همه سوئیچ ها به یکدیگر متصل هستند تا یک حلقه تشکیل دهند که در حالت توپولوژی حلقه ای قرار دارد.
از مزایای توپولوژی ترکیبی می توان به این نکته اشاره کرد که به وسیله ترکیب توپولوژی های مختلف، می توان نیازهای مختلف شبکه را برآورده کرد. همچنین، این توپولوژی می تواند از اطلاعات و تجربیات به دست آمده در حین استفاده از توپولوژی های مختلف استفاده کند.
از معایب توپولوژی ترکیبی می توان به پیچیدگی بیشتر در نصب و راه اندازی و همچنین پیچیدگی در مدیریت شبکه اشاره کرد. همچنین، در صورتی که یکی از زیرشبکه ها دچار مشکل شود، ممکن است تمام شبکه تحت تاثیر قرار گیرد.