طبولوجية شبكة

نطقب:Network Science طبولوجية الشبكات Network topology هي طريقة الاتصال والربط بين عدة عناصر (وصلات، عقد،الخ .. ) في شبكة حاسوبية.

يمكن لطبولوجية الشبكات حتى تكون فيزيائيةأومنطقية. الطبولوجية الفيزيائية تعني تصميم الشبكة بالشكل الفيزيائي بما يحويه هذا المفهوم من دراسة لأماكن توضع عناصر الشبكة، الكبلات .. الخ .

الطبولوجية المنطقية:

عكس الطبولوجيا الفيزيائية فهي الكيفية التي تتصرف فيها الإشارة بين عقد الشبكة، أوهي الكيفية التي تنتقل فيها البيانات من جهاز لآخر في الشبكة بغض النظر عن طريقة الوصل الفيزيائية. ليس بالضرورة حتى تتماثل الطبولوجيا المنطقية مع الطبولوجيا الفيزيائية، مثلاً: twisted pair Ethernet هي طبولوجيا خطية منطقية بمظهر طبولوجيا فيزيائية. IBM's Token Ring هي طبولوجبا منطقية حلقية بمظهر طبولوجيا فيزيائية نجمية.

ملاحظة: طبولوجيا الإشارة تختلف عن الطبولوجيا المنطقية حيث تعبر الطبولوجيا المنطقية تعبر عن شكل المسار التي تأخذها البيانات بين عقد الشبكة، بينما تعبر عن المسار الحقيقي للإشارات (ضوئي، الكتروني) عندما تعبر بين العقد.

الأنواع الرئيسة لطوبولجيا الشبكات

مخطط طبولوجية الشبكة المتنوعة المتنوعة.

عند دراسة الأنواع الرئيسية لطبولوجيا الشبكات نميز أربعة أنواع رئيسية هي:

خطي (BUS)
نجمي (Star)
حلقي (Ring)
شجري (Tree)

الطبولوجيا الفيزيائية

مخطط عقد الشبكة والتوصيلات الفيزيائية بينها، مثلاً: تشكيلة الأسلاك ومسقط العقد والوصلات بينهم ونظام الكبلات.

أصناف الطبولوجيا الفيزيائية:

عقدة لعقدة (PointToPoint):

هي أبسط طبولوجيا للشبكات وهي وصلة دائمة بين نهايتي عقدتين.

طبولوجية عقدة لعقدة الموجهة (Switched point-to-point topologies) هي الشكل الأساسي للإرسال الهاتفي التقليدي.

وكون هذه الطوبولوجيا موجهة (Switched) يعني أنها تستخدم تكنولوجيا تحويل الدارة أوالحزم الموجهة.

دارة عقد لعقدة ممكن حتى تنصب بشكل ديناميكي وأن تزال عند عدم الحاجة إليها.

الخطية (Bus):

في الشبكات المحلية (LAN) التي تستخدم هذه الطبولوجيا تكون جميع الأجهزة متصلة عبر كابل واحد بنوع ما من الوصلات. وهناك بترة تسمى النهاية الطرفية يجب حتى توضع في نهاية جميع كبل في الشبكة الخطية لمنع الإشارة من الارتداد في الكابل.

عندما تصدر الإشارة من إحدى الحواسيب فإنها تمضى في كلا الاتجاهين إلى باقي الأجهزة المتصلة على الكابل التسلسلي حتى تجد العنوان الفيزيائي أوالمنطقي للمستقبل المقصود، أما إذا لم يتوافق عنوان أي من أجهزة الشبكة مع عنوان المستقبل المطلوب فإنه يتم تجاهل البيانات المرسلة.

بما حتى الشبكة تتألف من كبل وحيد فإن كلفتها منخفضة مقارنة بباقي الشبكات لكن باللقاء فإن كلفة إدارتها مرتفعة نسبياً، بالإضافة إلى أنه عند تعطل أوانقطاع الكابل فإن هذا يؤدي إلى تعطل تام الشبكة. ومن أشكال هذه البنية:

التسلسلية الخطية (Linear Bus):

هونوع طبولوجيا الشبكات التي توصل فيها جميع عقد الشبكة إلى وسط إرسال مشهجر الذي يملك فقط طرفين(تسمى غالباً بالعمود الفقري أوالجذع) جميع البيانات التي تتبادلها عناصر الشبكة تمر عبره وممكن حتى يتم استقبالها من جميع العقد ظاهرياً بوقت واحد(متجاهلة تأخيرات التوليد).

التسلسلية الموزعة (Distributed Bus):

هونوع طبولوجيا الشبكات التي توصل فيها جميع عقد الشبكة إلى وسط إرسال مشهجر الذي يملك طرفين أوأكثر من طرف الذي ينشأ عن طريق إضافة فروع إلى الجزء الرئيسي وآلية العمل في هذه الشبكة مماثلة تماماً لآلية العمل في الشبكة التسلسلية الخطية(Linear Bus)حيث جميع العقد تتشارك بوسط الإرسال المشهجر.

النجمية (Star):

في الشبكات المحلية (LAN) التي تستخدم هذه الطبولوجيا تكون جميع الآلات موصولة إلى محور مركزي (hub). وعلى العكس من الطبولوجيا الخطية يمكن هنا لكل آلة حتى تتصل مع المحور المركزي كعقدة لعقدة (Point to Point). جميع الإشارات تمر عبر المحور المركزي الذي يعمل كمقوي أومكرر للإشارة مما يسمح للإشارة بالوصول إلى مسافة أبعد. في هذه البنية هناك لكل جهاز حاسوب وصلة مباشرة إلى المحور المركزي (hub).

تعتبر الطبولوجيا النجمية من أسهل الطبولوجيات المستخدمة في التصميم والتطبيق ومن أكثرها شيوعاً.

من مزايا هذه الطبولوجيا سهولة إضافة عقدة جديدة إلي الشبكة، ومن مساوئها حتى تعطل المحور المركزي يؤدي إلى تعطل جميع الشبكة. ومن أشكال هذه البنية:

النجمية الموسعة (Extended star):

هوشكل من طبولوجيا الشبكاتقد يكون فيه مكرر أوأكثر بين المحور المركزي والعقد أوالطرفيات الأخرى حيث يستخدم المكرر لزيادة مسافة الإرسال بين المحور المركزي والعقدة.

النجمية الموزعة (Distributed star):

هوشكل طبولوجيا الشبكات الذي يعتمد على شبكات متصلة فيما بينها بطبولوجيا نجمية ومتصلة مع بعضها بطبولوجيا خطية.

الحلقية (Ring):

في الشبكات التي تستخدم هذه الطبولوجياقد يكون جميع جهاز حاسوب موصول إلى حلقة مغلقة، ولكل آلة عنوان فريد لأغراض تعريفية. تمر الإشارة عبر جميع الحواسيب الموصولة في نفس الاتجاه، وتستخدم هذه الشبكة أسلوب تمرير العلامة (Token) لتنظيم سماحية الإرسال في الشبكة، حيث فقط العقدة التي تملك العلامة (Token) هي التي يمكنها البث في الشبكة وتعمل باقي الحواسيب كمقويات أومكررات للإشارة. من أشهر الأمثلة على الشبكات التي تستخدم هذه الطوبولوجية شبكات التوكن رنج (Token ring).

من مساوئ هذه الشبكة حتى تعطل عقدة واحدة في الشبكة يؤدي إلى تعطل جميع الشبكة.

الشجرية (Tree):

في هذه الشبكاتقد يكون هناك جذر مركزي (المستوى الأول) ويكون متصل بعقدة أوأكثر بمستوى أدنى منه (المستوى الثاني) وتكون الوصلات بينهم عقدة لعقدة وكذلك هذه النقاط التي اتصلت بالجذر يفترض أن تتصل من جهة أخرى بنقطة أوأكثر من مستوى أدنى بوصلة عقدة لعقدة (Point To Point). لكل عقدة من العقد هناك عدد محدد وثابت من العقد التي تتصل بها من المستوى الأدنى، هذا العدد يسمى معامل التفريع (Branching factor).

-ملاحظات:

الشبكات ذات الطبولوجيا الشجرية يجب حتى تكون بثلاث مستويات على الأقل، إذ لوكانت مكونة من جذر ومستوى واحد لاعتبرت طبولوجيا نجمية. كما حتى الشبكة ذات الطبولوجيا الشجرية التي معامل التفريع فيها يساوي 1 تؤول إلى شبكة ذات طبولوجيا خطية(Linear).

الهجينة (Hybrid):

تنتج عندما يتم استخدام أكثر من هيكلية واحدة في الشبكة( مثل الربط بين هيكلية النجمة وهيكلية الحلقة في شبكة واحدة).

الطبولوجيا المنطقية

عكس الطبولوجيا الفيزيائية فالطبولوجيا المنطقية هي الكيفية التي تتصرف فيها الإشارة بين عقد الشبكة، أوهي الكيفية التي تنتقل فيها البيانات من جهاز لآخر في الشبكة بغض النظر عن طريقة الوصل الفيزيائية.

ليس بالضرورة حتى تتماثل الطبولوجيا المنطقية مع الطبولوجيا الفيزيائية، مثلاً:

- في شبكات إيثرنت التي تستخدم الأسلاك المجدولة twisted pair Ethernet فهي تتبع طبولوجيا خطية منطقية بمظهر طبولوجيا خطية فيزيائية.

- في شبكات التوكن رنج IBM's Token Ring فهي تتبع طبولوجبا منطقية حلقية بمظهر طبولوجيا فيزيائية نجمية.

ملاحظة: طبولوجيا الإشارة تختلف عن الطبولوجيا المنطقية حيث تعبر الطبولوجيا المنطقية تعبر عن شكل المسار التي تأخذها البيانات بين عقد الشبكة، بينما تعبر عن المسار الحقيقي للإشارات (ضوئي، الكتروني) عندما تعبر بين العقد.