در شبکه های کامپیوتری راه های مختلفی وجود دارد که از طریق آن اجزای مختلف به یکدیگر متصل می شوند. توپولوژی شبکه راهی است که ساختار و نحوه اتصال این اجزا به یکدیگر را تعریف می کند.

توپولوژی شبکه در حقیقت مانند نقشه کلی یک شبکه می ماند که شامل گره ها و خطوط اتصال بین فرستنده و گیرنده است. توپولوژی های مختلف شبکه عبارتند از:

• توپولوژی یوینت تو پوینت یا نقطه به نقطه (Point to Point)
• توپولوژی مش (Mesh)
• توپولوژی استار یا ستاره (Star)
• توپولوژی باس یا خطی (Bus)
• توپولوژی رینگ یا حلقه (Ring)
• توپولوژی درختی (tree)
• توپولوژی ترکیبی (Hybrid)

توپولوژی پوینت تو پوینت بر روی عملکرد فرستنده و گیرنده کار می کند. این توپولوژی ساده ترین ارتباط بین دو نود شبکه است که در آن یکی فرستنده و دیگری گیرنده است. ارتباط نقطه به نقطه پهنای باند بالایی را فراهم می کند.

در توپولوژی مش، هر دستگاه از طریق یک لاین ارتباطی به دستگاه های دیگر متصل می شود. در توپولوژی مش پروتکل های زیادی استفاده می شوند که می توان به AHCP و DHCP اشاره کرد.

در توپولوژی مش هر دستگاه توسط که مسیر ارتباطی اختصاصی به دستگاه های دیگر متصل می شود. هر مسیر به عنوان یک لینک ارتباطی شناخته می شود.

فرض کنید، تعداد N دستگاه در یک توپولوژی مش به یکدیگر متصل شده اند، تعداد کل پورت های مورد نیاز هر دستگاه برای اتصال به دستگاه های دیگر N-1 است. از همین رو در شکل بالا ۵ دستگاه وجود دارد که هر کدام از آن ها ۴ پورت نیاز دارند. همچنین تعداد کل پورت های مورد نیاز از فرمول N*(N-1) بدست می آید که در شکل بالا برابر اگر ۴ را در ۵ ضرب کنیم عدد ۲۰ بدست می آید. در نتیجه تعداد پورت های مورد نیاز در تصویر بالا ۲۰ عدد است.

• ارتباط نود ها بسیار سریع است.
• توپولوژی مش قوی است.
• عیب یابی به راحتی انجام می شود و از آنجایی که برای ارسال اطلاعات از هر جا به هر جای دیگر چند راه ارتباطی وجود دارد، اطلاعات همیشه در دسترس هستند.
• حفظ امنیت و حریم خصوصی

• نصب و پیکربندی سخت است.
• هزینه کابل کشی بالا است و حجم سیم کشی عظیم، بنابراین برای تعداد دستگاه کم مناسب است.
• هزینه نگهداری بالا

یک مثال رایج از توپولوژی مش، ستون فقرات اینترنت است، جایی که ارائه دهندگان خدمات اینترنتی مختلف از طریق کانال های اختصاصی به یکدیگر متصل می شوند. از این توپولوژی در سیستم های ارتباطی نظامی و سیستم های ناوبری هواپیما نیز استفاده می شود.

در توپولوژی ستاره، همه دستگاه ها از طریق یک کابل به یک هاب متصل می شوند. این هاب یک گره مرکزی است و تمام گره های دیگر در نهایت به گره مرکزی متصل می شوند.

عکس بالا توپولوژی استار است که چهار تا سیستم دارد که به یک نقطه اتصال که همان هاب است متصل شده اند.

• اگر N دستگاه در توپولوژی ستاره به یکدیگر متصل شوند، تعداد کابل های مورد نیاز برای اتصال آنها N است. بنابراین، راه اندازی آن آسان است.
• هر دستگاه فقط به ۱ پورت نیاز دارد که برای اتصال به هاب استفاده می شود، بنابراین تعداد کل پورت های مورد نیاز N است.
• مقاوم است: اگر یکی از لینک ها قطع شود. فقط دستگاهی که به انتهای آن متصل شده است قطع می شود و دستگاه های دیگر به کار خو ادامه می دهند.
• عیب یابی آن ساده است

• اگر گره اصلی که همان هاب مرکزی است از کار بیفتد، کل شبکه از کار می افتد.
• هزینه کلی آن بالاست
• عملکرد کلی آن وابسته به هاب اصلی است.

یک مثال رایج از توپولوژی ستاره، یک شبکه محلی داخلی (LAN) در یک دفتر است که در آن همه کامپیوترها به یک هاب مرکزی مثل سوئیچ متصل هستند. از این توپولوژی در شبکه های بی سیم نیز استفاده می شود که تمامی دستگاه ها به یک اکسس پوینت متصل هستند.

توپولوژی باس نوعی شبکه است که در آن هر کامپیوتر یا دستگاه تحت شبکه به یک کابل مشترک متصل است. این توپلولوژی چند نقطه ای و نا مطمئن است چرا اگر هر نقطه از کابل اصلی قطع شود کل شبکه از کار می افتد.

عکس بالا نشان دهنده توپولوژی باس است که کابل مشترک ستون فقرات آن را تشکیل می دهد.

• اگر N دستگاه در یک توپولوژی باس به یکدیگر متصل شوند، تعداد کابل های مورد نیاز برای اتصال آنها ۱ است که به عنوان کابل ستون فقرات شناخته می شود و به تعداد دستگاه ها کابل های Drop مورد نیاز است که دستگاه ها را به کابل اصلی متصل کند.
• کابل های کواکسیال یا شبکه در شبکه های مبتنی بر باس که حداکثر سرعت ۱۰ مگابیت بر ثانیه را پشتیبانی می کنند استفاده می شود.
• هزینه کابل در مقایسه با توپولوژی های دیگر کمتر است، اما برای ساخت شبکه های کوچک استفاده می شود.
• توپولوژی باس یه فناوری شناخته شده است که نصب و عیب یابی آن ساده است.

• توپولوژی باس بسیار ساده است اما نیاز به کابل کشی زیادی دارد
• اگر کابل اصلی خراب شود کل شبکه از کار می افتد.
• اگر ترافیک در شبکه زیاد شود. تصادف در شبکه زیاد می شود که برای رفع آن پروتکل های مختلفی بکار گرفته می شود.
• افزودن هر دستگاه جدید به شبکه باعث کاهش سرعت می شود.
• امنیت بسیار پایینی دارد

مثال رایج از توپولوژی باس یک شبکه اترنت است که در آن همه دستگاه ها به یک کابل کواکسیال یا کابل شبکه متصل می شوند. از این توپولوژی در شبکه های تلویزیون کابلی نیز استفاده می شود.

در توپولوژی رینگ، یک حلقه تشکیل می شود که در آن هر دستگاه به دو دستگاه مجاور خود متصل است. برای تعداد کلاینت های زیاد تقویت کننده هایی در آن مورد نیاز است. چرا که اگر یک شبکه با توپولوژی رینگ داشته باشیم که شامل ۱۰۰ نود است، زمانی که اطلاعات بخواهد از کلاینت اول به کلایت آخر برسد باید ۹۹ کلاینت را رد کند و در نهایت در این مسیر سیگنال ضعیف می شود.

در توپولوژی رینگ اطلاعات در یک جهت حرکت می کنند. می تواند آن را دو طرفه نیز کرد که به آن توپولوژی رینگ دو گانه می گویند.

در عکس بالا توپلوژی رینگ شامل ۴ دستگاه است که با هم تشکیل یک حلقه را داده اند.

متداول ترین روش انتقال اطلاعات در توپولوژی حلقه Token Passing است. به این ترتیب که هر دستگاهی که در شبکه بخواهد اطلاعاتی را ارسال کند باید Token نزد همان دستگاه باشد. به این ترتیب در هر لحظه در توپولوژی حلقه فقط یک دستگاه می تواند اطلاعات ارسال کند.

• انتقال اطلاعات با سرعت بالا انجام می شود.
• احتمال تصادف اطلاعات در این توپولوژی حداقل است
• نصب و گسترش توپولوژی رینگ ارزان است
• هزینه کمتری نسبت به توپولوژی استار دارد.

• خرابی یک دستگاه در شبکه می تواند منجر به از کار افتادن کل شبکه شود
• عیب یابی در شبکه رینگ سخت است
• اضافه کردن یا حذف کردن دستگاه در آن میتواند کل شبکه را مختلف کند
• امنیت کمتر

توپولوژی درختی در حقیقت توپولوژی استار تغییر یافته است. این توپولوژی یک حالت سلسله مراتبی و هرمی دارد. در این توپولوژی پروتکل هایی مانند DHCP و SAC استفاده می شود.

در عکس بالا هاب های ثانویه مختلف به هاب مرکزی متصل می شوند که تقویت کننده نیز است. اطلاعات از بالا به پایین یعنی از هاب اصلی به هاب ثانویه و سپس به دستگاه ها میرسد. یا از پایین به بالا یعنی از دستگاه ها به هاب های ثانویه و سپس به هاب مرکزی جریان می یابد. این یک اتصال چند نقطه ای و یک توپولوژی غیر مستحکم است. زیرا اگر ستون فقرات از کار بیفتد، کل شبکه نیز از کار میفتد. به عبارتی دیگر وابستگی در این شبکه یه اجزای دیگر زیاد است.

• این توپولوژی این امکان را می دهد که دستگاه های بیشتری در نهایت به هاب مرکزی متصل شوند، در نهایت مسافتی را که سیگنال برای رسیدن به دستگاه ها طی می کند کاهش می یابد.
• توپولوژی درختی این اجازه را می دهد تا شبکه از دستگاه های مختلف جدا شود و الویت بندی انجام شود.
• می توانیم دستگاه های جدیدی را به شبکه اضافه کنیم
• تشخیص و تصحیح خطا در این توپولوژی ساده است.

• اگر هاب مرکزی خراب شود کل سیستم از کار می افتد
• هزینه آن به دلیل کابل کشی بالاست
• اگر دستگاه های جدیدی اضافه شوند، پیکربندی مجدد دشوار است.

یک مثال رایج از توپولوژی درختی، سلسله مراتب در یک سازمان بزرگ است. در بالای درخت، مدیر عامل شرکت قرار دارد که به بخش ها یا بخش های مختلف (گره های کودک) شرکت متصل است. هر بخش سلسله مراتب خاص خود را دارد و مدیران بر تیم های مختلف (گره های نوه) نظارت می کنند. اعضای تیم (گره های برگ) در انتهای سلسله مراتب قرار دارند و به مدیران و بخش های مربوطه خود متصل هستند.

این توپولوژی ترکیبی از توپولوژی های دیگری است که در بالا مطالعه کردیم. توپولوژی ترکیبی زمانی استفاده می شود که گره ها آزاد باشند تا هر شکلی به خود بگیرند. به این معنا که این گره ها هر کدام میتوانند توپولوژی دیگری نظیر استار یا رینگ باشند و یا هر گره می تواند توپولوژی مختلفی نسبت به گره های دیگر داشته باشد.

• این توپولوژی بسیار انعطاف پذیر است.
• اندازه شبکه را می توان به راحتی با افزودن دستگاه های جدید افزایش داد.

• طراحی معماری شبکه هیبریدی چالش برانگیز است.
• هاب های مورد استفاده در این توپولوژی بسیار گران هستند.
• هزینه زیرساخت بسیار بالا است زیرا یک شبکه هیبریدی به کابل کشی و دستگاه های شبکه زیادی نیاز دارد.

یک مثال رایج از توپولوژی ترکیبی، شبکه پردیس دانشگاهی است. شبکه ممکن است دارای ستون فقرات توپولوژی ستاره باشد که هر ساختمان از طریق یک سوئیچ یا روتر به ستون فقرات متصل می شود. در داخل هر ساختمان، ممکن است توپولوژی باس یا رینگ وجود داشته باشد که اتاق ها و دفاتر مختلف را به هم متصل می کند. نقاط دسترسی بی سیم همچنین یک توپولوژی مش برای دستگاه های بی سیم ایجاد می کنند. این توپولوژی ترکیبی امکان ارتباط کارآمد بین ساختمان های مختلف را فراهم می کند و در عین حال انعطاف پذیری و افزونگی را در هر ساختمان فراهم می کند.