هناك العديد من الطرق المختلفة لبناء شبكة الكمبيوتر . أصبحت طوبولوجيا الشبكة المعشقة ببطء المعيار الذهبي الجديد للشبكات المنزلية ، ولكن ماذا يعني أن يكون لديك "هيكل شبكي"؟
سنشرح أهم الأشياء التي تحتاج إلى معرفتها حول طوبولوجيا الشبكة ، ولماذا تعتبر تقنية الشبكة المعشقة فريدة من نوعها ، ولماذا أصبحت شائعة جدًا.
تشير الطوبولوجيا إلى كيفية ترتيب الأشياء فيما يتعلق ببعضها البعض. على سبيل المثال ، لا تُستخدم الخريطة الطوبولوجية لمنطقة ما كثيرًا للتنقل المفصل ، ولكنها تُظهر ترتيب "الصورة الكبيرة" لنقاط الاهتمام.
في سياق علوم الكمبيوتر والشبكات ، يشير الهيكل إلى كيفية ارتباط عناصر الشبكة ببعضها البعض. يصف العقد على الشبكة التي يمكنها الاتصال مباشرة قبل المرور عبر عقدة أخرى.
هناك خمسة أنواع عامة من طوبولوجيا الشبكة ، لكل منها مزاياها وعيوبها.
تحتوي شبكات طوبولوجيا الناقل الخطي على جميع العقد المتصلة بكبل واحد. يُعرف هذا الكبل باتصال "العمود الفقري" ، مع وجود "طرف إنهاء" في كل طرف من طرفي هذا الكبل الرئيسي. تتدفق البيانات فقط في اتجاه واحد في كل مرة ، وهو ما يُعرف بالنظام "أحادي الاتجاه".
هذا إعداد بسيط للشبكة ولا يتطلب الكثير من الكابلات. ومع ذلك ، فإن الضعف في هيكل الناقل هو أن الشبكة بأكملها تتوقف عن العمل إذا حدث خطأ ما في كابل العمود الفقري. من الصعب أيضًا تحديد أي جهاز على الشبكة قد يتسبب في حدوث مشكلات ، مما يجعل استكشاف الأخطاء وإصلاحها يستغرق وقتًا طويلاً.
لا تحتوي شبكات Ring Topology على كبل واحد به محولات في كل طرف. بدلاً من ذلك ، يتم ترتيب جميع العقد في دائرة ، حيث تحتوي كل عقدة دائمًا على عقدة أخرى على كلا الجانبين. على عكس شبكات طوبولوجيا الناقل الخطي ، تعمل شبكات الهيكل الحلقية في وضع الازدواج الكامل بحيث يمكن إرسال البيانات واستلامها في وقت واحد. مثل طوبولوجيا الناقل ، فإن أي خطأ في الكبل يؤدي إلى تعطل الشبكة بالكامل.
شبكات Star Topology هي أكثر أنواع الشبكات المنزلية شيوعًا اليوم. هنا ، جميع العقد في الشبكة لها اتصال مباشر بجهاز مركزي. يمكن أن يكون هذا مفتاح شبكة أو لوحة وصل أو جهاز توجيه. تتدفق كل حركة مرور الشبكة عبر هذا الجهاز الأساسي.
أحد عيوب هذا الهيكل هو احتمال ازدحام الشبكة ، وبالطبع الجهاز المحوري كنقطة فشل واحدة. كما يتطلب أيضًا كابلات أكثر بكثير من طبولوجيا الشبكة المذكورة أعلاه في شبكة سلكية.
ومع ذلك ، في معظم الشبكات المنزلية ، لا تعد هذه مشكلة نظرًا لأن معظم الأجهزة متصلة بالموجه اللاسلكي باستخدام Wi-Fi ، مع وجود Ethernet محجوزًا لعدد قليل من الأجهزة.
تأخذ طوبولوجيا الشجرة (المعروفة أيضًا باسم الطوبولوجيا النجمية الموسعة ، والمعروفة أيضًا باسم الطوبولوجيا الهرمية) فكرة شبكة طوبولوجيا النجوم وتوسعها إلى بنية تشبه الشجرة. على سبيل المثال ، جهاز التوجيه المنزلي الخاص بك هو مركز الهيكل النجمي الخاص بك ، ولكنه عقدة على نجم أكبر مع جهاز توجيه محلي ، وهو عقدة على نجم أكبر.
ترتبط شبكات طوبولوجيا النجوم المختلفة أيضًا بكابل العمود الفقري ، لذا فإن "جذع" طوبولوجيا الشجرة عبارة عن شبكة ناقل خطي ، و "الفروع" عبارة عن شبكات طوبولوجيا نجمية.
ضع في اعتبارك تصميمات الشبكة العامة هذه أثناء تفريغ الهيكل الشبكي.
توفر شبكة الهيكل الشبكي اتصالاً مباشرًا بين أي عقدتين. على عكس طوبولوجيا الحافلات أو الحلقة ، لا يتعين على حركة مرور الشبكة المرور عبر كل عقدة على الشبكة للوصول إلى وجهتها. ولا يجب أن تمر حركة مرور الشبكة عبر محور مركزي كما هو الحال مع طوبولوجيا النجوم. يمكن لأي عقدتين الاتصال بشكل خاص ، دون أي فرصة لأي شخص آخر على الشبكة للتنصت.
هذا صحيح بالنسبة للشبكات المعشقة الكاملة ، ولكن هناك نوعان من طوبولوجيا الشبكة المعشقة ، لذلك دعونا نفك ضغط الأول باختصار.
هناك نوعان من طوبولوجيا الشبكة. في شبكات Full Mesh ، تحتوي كل عقدة على الشبكة على اتصال من نقطة إلى نقطة مع كل عقدة أخرى. هذا يعني أنه بغض النظر عن مكان وجود عقدتين على الشبكة ، فهناك اتصال سلكي أو لاسلكي مباشر بينهما. يتطلب هذا أكثر الأسلاك تعقيدًا مع عدد التوصيلات بسرعة مع كل عقدة مضافة.
تمتلك شبكة Partial Mesh نفس الفلسفة الأساسية في تصميمها حيث تتصل العقد الموجودة على الشبكة مباشرةً بالعقد الأخرى ، ولكن لا يتم توصيل كل عقدة بكل عقدة أخرى. كل عقدة متصلة بعقدة أخرى على الأقل ، وغالبًا ما تكون أكثر من عقدة واحدة ، لكن الشبكة الجزئية ليست معقدة تقريبًا.
الميزة الرئيسية للشبكة المعشقة الكاملة هي الاتصالات الزائدة عن الحاجة. حتى في حالة فشل الاتصال المباشر بين أي عدد من العقد ، فيمكنهم دائمًا المرور من خلال التوجيه عبر عقدة شبكة أخرى ، حتى لو لم يكن بهذه السرعة. والأفضل من ذلك ، أنه من السهل تحديد مكان الخطأ حسب التصميم ، لذا فإن إصلاح الأشياء سهل نسبيًا.
وبهذا المعنى ، فإن الشبكات المعشقة الكاملة تشبه الإنترنت ككل ، حيث يتوفر دائمًا مسار واحد قابل للتطبيق على الأقل لنقل البيانات ، حتى لو تعطلت قطاعات الشبكة الكبيرة. توفر الشبكات المعشقة الجزئية عددًا أقل من التكرار ، على الرغم من أن مصممي الشبكات يمكنهم التركيز على منح العقد الأكثر أهمية معظم التوصيلات ، وتحقيق التوازن بين التكرار والتكلفة والتعقيد.
إلى جانب كونها زائدة عن الحاجة ، تتمتع الشبكات المعشقة بميزة كبيرة فيما يتعلق بأداء الشبكة حيث يمكن للعقد جميعًا إرسال واستقبال البيانات في وقت واحد ، واختيار المسارات الأكثر كفاءة عبر الشبكة. وهذا يعني أداءً موثوقًا للشبكات بزمن انتقال منخفض ومثالي لإعدادات إنترنت الأشياء (إنترنت الأشياء) في المنازل الذكية.
تتمتع الشبكات المعشقة بخصوصية استثنائية نظرًا لأن البيانات تنتقل بين أجهزة الشبكة في أنظمة الشبكة الكاملة.
أخيرًا ، تتمتع الشبكات المعشقة بقابلية تطوير ممتازة دون التأثير سلبًا على أداء الشبكة أو عرض النطاق الترددي. يمكن أن تنمو الشبكة المعشقة عضوياً بمرور الوقت عن طريق إضافة عقد جديدة وربطها بأقرب عقد (شبكة جزئية) أو جميع الملاحظات الأخرى (شبكة كاملة).
العيبان الرئيسيان لطوبولوجيا الشبكة هما التكلفة والتعقيد. تساعد إعدادات الشبكة الجزئية في موازنة هذه المشكلات ، لكن الشبكة السلكية الكاملة تشبه شبكة اتصالات العنكبوت.
تتمتع الشبكات المعشقة باستهلاك طاقة أعلى من أنواع الشبكات الأخرى. ذلك لأن جميع العقد يجب أن تكون نشطة وقيد التشغيل لتوفير مسارات توجيه للبيانات. هناك أيضًا عبء صيانة كبير نظرًا لأنه يجب إصلاح أو استبدال العقد الفردية التي تطور المشكلات لأي سبب من الأسباب للحفاظ على أداء الشبكة.
شبكات المناطق المحلية (LAN) المستخدمة في المنزل كانت تقليديًا شبكات طوبولوجيا نجمية. تتصل جميع الأجهزة بجهاز توجيه مركزي سواء عن طريق Wi-Fi أو Ethernet. تتزايد الحاجة إلى الاتصال بالإنترنت في المنزل بأكمله مع ظهور الأجهزة الذكية والأجهزة المنزلية.
يمكن أن يتسبب الجهاز المركزي في حدوث اختناقات في الأداء ويحد من وصول كل من الاتصالات السلكية والإشارات اللاسلكية دون استخدام مكررات أو موسعات . تأتي أجهزة إعادة الإرسال والموسعات بتكوينات معقدة وأداء شبكة أسوأ ، لذا فهي ليست الحل المثالي للشبكات المنزلية بالكامل.
تعد أجهزة توجيه الشبكة المعشقة في المنزل مثالاً على الشبكات المعشقة الجزئية أو ربما نوعًا من الطوبولوجيا المختلطة. ليست كل العقد متصلة بكل عقدة. بدلاً من ذلك ، تتصل العقدة الأساسية بشبكة WAN (شبكة المنطقة الواسعة) ، وهي طريقة أخرى للإشارة إلى الإنترنت الأكبر خارج الشبكة المنزلية.
هذه العقدة الأساسية متصلة مباشرة بأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية ، ولكنها تقوم أيضًا بإعداد اتصالات لاسلكية مخصصة لوحدات الشبكة المتداخلة الأخرى. يتصل كل جهاز توجيه شبكي بوحدة الشبكة التالية بأفضل سرعة وموثوقية اتصال. يمكن أن يكون هذا الاتصال عبر شبكة Wi-Fi أو من خلال "ربط" إيثرنت ، حيث يربط كبل عالي السرعة بعض وحدات الموجه الشبكي.
عندما تتحرك الأجهزة في جميع أنحاء المنزل ، يتم تسليمها بسلاسة بين وحدات الشبكة حيث تقوم كل وحدة بنقل المسار إلى الإنترنت. لا يتم استخدام عقد العميل مثل الهواتف الذكية كجزء من الشبكة. لا يتم توجيه أي حركة مرور عبر جهاز عميل مباشرة إلى جهاز آخر. تمر كل حركة المرور إلى أقرب عقدة جهاز توجيه شبكي. إذا كنت ترغب في توسيع الشبكة لتحسين الأداء أو التغطية ، فأضف المزيد من وحدات الشبكة.
كما ترى ، فإن الشبكات اللاسلكية "المعشقة" للاستخدام المنزلي لا تتطابق تمامًا مع قالب الشبكة المعشقة الفعلية. بدلاً من ذلك ، يبدو الأمر أشبه بامتلاك العديد من شبكات الهيكل النجمي المرتبطة ببعضها البعض بواسطة مجموعة من الاتصالات الفرعية المعشقة المخصصة.
ومع ذلك ، هذا هو حل الشبكة المنزلية الأكثر تقدمًا وسلاسة . واحد يمكن أن نوصي به لأي شخص ، بافتراض أن ميزانيتك ستمتد إلى هذه التكنولوجيا الجديدة.
سنشرح أهم الأشياء التي تحتاج إلى معرفتها حول طوبولوجيا الشبكة ، ولماذا تعتبر تقنية الشبكة المعشقة فريدة من نوعها ، ولماذا أصبحت شائعة جدًا.
ماذا تعني "الطوبولوجيا"؟
تشير الطوبولوجيا إلى كيفية ترتيب الأشياء فيما يتعلق ببعضها البعض. على سبيل المثال ، لا تُستخدم الخريطة الطوبولوجية لمنطقة ما كثيرًا للتنقل المفصل ، ولكنها تُظهر ترتيب "الصورة الكبيرة" لنقاط الاهتمام.
في سياق علوم الكمبيوتر والشبكات ، يشير الهيكل إلى كيفية ارتباط عناصر الشبكة ببعضها البعض. يصف العقد على الشبكة التي يمكنها الاتصال مباشرة قبل المرور عبر عقدة أخرى.
أنواع أخرى من طوبولوجيا الشبكة
هناك خمسة أنواع عامة من طوبولوجيا الشبكة ، لكل منها مزاياها وعيوبها.
تحتوي شبكات طوبولوجيا الناقل الخطي على جميع العقد المتصلة بكبل واحد. يُعرف هذا الكبل باتصال "العمود الفقري" ، مع وجود "طرف إنهاء" في كل طرف من طرفي هذا الكبل الرئيسي. تتدفق البيانات فقط في اتجاه واحد في كل مرة ، وهو ما يُعرف بالنظام "أحادي الاتجاه".
هذا إعداد بسيط للشبكة ولا يتطلب الكثير من الكابلات. ومع ذلك ، فإن الضعف في هيكل الناقل هو أن الشبكة بأكملها تتوقف عن العمل إذا حدث خطأ ما في كابل العمود الفقري. من الصعب أيضًا تحديد أي جهاز على الشبكة قد يتسبب في حدوث مشكلات ، مما يجعل استكشاف الأخطاء وإصلاحها يستغرق وقتًا طويلاً.
لا تحتوي شبكات Ring Topology على كبل واحد به محولات في كل طرف. بدلاً من ذلك ، يتم ترتيب جميع العقد في دائرة ، حيث تحتوي كل عقدة دائمًا على عقدة أخرى على كلا الجانبين. على عكس شبكات طوبولوجيا الناقل الخطي ، تعمل شبكات الهيكل الحلقية في وضع الازدواج الكامل بحيث يمكن إرسال البيانات واستلامها في وقت واحد. مثل طوبولوجيا الناقل ، فإن أي خطأ في الكبل يؤدي إلى تعطل الشبكة بالكامل.
شبكات Star Topology هي أكثر أنواع الشبكات المنزلية شيوعًا اليوم. هنا ، جميع العقد في الشبكة لها اتصال مباشر بجهاز مركزي. يمكن أن يكون هذا مفتاح شبكة أو لوحة وصل أو جهاز توجيه. تتدفق كل حركة مرور الشبكة عبر هذا الجهاز الأساسي.
أحد عيوب هذا الهيكل هو احتمال ازدحام الشبكة ، وبالطبع الجهاز المحوري كنقطة فشل واحدة. كما يتطلب أيضًا كابلات أكثر بكثير من طبولوجيا الشبكة المذكورة أعلاه في شبكة سلكية.
ومع ذلك ، في معظم الشبكات المنزلية ، لا تعد هذه مشكلة نظرًا لأن معظم الأجهزة متصلة بالموجه اللاسلكي باستخدام Wi-Fi ، مع وجود Ethernet محجوزًا لعدد قليل من الأجهزة.
تأخذ طوبولوجيا الشجرة (المعروفة أيضًا باسم الطوبولوجيا النجمية الموسعة ، والمعروفة أيضًا باسم الطوبولوجيا الهرمية) فكرة شبكة طوبولوجيا النجوم وتوسعها إلى بنية تشبه الشجرة. على سبيل المثال ، جهاز التوجيه المنزلي الخاص بك هو مركز الهيكل النجمي الخاص بك ، ولكنه عقدة على نجم أكبر مع جهاز توجيه محلي ، وهو عقدة على نجم أكبر.
ترتبط شبكات طوبولوجيا النجوم المختلفة أيضًا بكابل العمود الفقري ، لذا فإن "جذع" طوبولوجيا الشجرة عبارة عن شبكة ناقل خطي ، و "الفروع" عبارة عن شبكات طوبولوجيا نجمية.
ضع في اعتبارك تصميمات الشبكة العامة هذه أثناء تفريغ الهيكل الشبكي.
شبكة طوبولوجيا
توفر شبكة الهيكل الشبكي اتصالاً مباشرًا بين أي عقدتين. على عكس طوبولوجيا الحافلات أو الحلقة ، لا يتعين على حركة مرور الشبكة المرور عبر كل عقدة على الشبكة للوصول إلى وجهتها. ولا يجب أن تمر حركة مرور الشبكة عبر محور مركزي كما هو الحال مع طوبولوجيا النجوم. يمكن لأي عقدتين الاتصال بشكل خاص ، دون أي فرصة لأي شخص آخر على الشبكة للتنصت.
هذا صحيح بالنسبة للشبكات المعشقة الكاملة ، ولكن هناك نوعان من طوبولوجيا الشبكة المعشقة ، لذلك دعونا نفك ضغط الأول باختصار.
طوبولوجيا الشبكة الكاملة مقابل طوبولوجيا الشبكة الجزئية
هناك نوعان من طوبولوجيا الشبكة. في شبكات Full Mesh ، تحتوي كل عقدة على الشبكة على اتصال من نقطة إلى نقطة مع كل عقدة أخرى. هذا يعني أنه بغض النظر عن مكان وجود عقدتين على الشبكة ، فهناك اتصال سلكي أو لاسلكي مباشر بينهما. يتطلب هذا أكثر الأسلاك تعقيدًا مع عدد التوصيلات بسرعة مع كل عقدة مضافة.
تمتلك شبكة Partial Mesh نفس الفلسفة الأساسية في تصميمها حيث تتصل العقد الموجودة على الشبكة مباشرةً بالعقد الأخرى ، ولكن لا يتم توصيل كل عقدة بكل عقدة أخرى. كل عقدة متصلة بعقدة أخرى على الأقل ، وغالبًا ما تكون أكثر من عقدة واحدة ، لكن الشبكة الجزئية ليست معقدة تقريبًا.
مزايا شبكة طوبولوجيا
الميزة الرئيسية للشبكة المعشقة الكاملة هي الاتصالات الزائدة عن الحاجة. حتى في حالة فشل الاتصال المباشر بين أي عدد من العقد ، فيمكنهم دائمًا المرور من خلال التوجيه عبر عقدة شبكة أخرى ، حتى لو لم يكن بهذه السرعة. والأفضل من ذلك ، أنه من السهل تحديد مكان الخطأ حسب التصميم ، لذا فإن إصلاح الأشياء سهل نسبيًا.
وبهذا المعنى ، فإن الشبكات المعشقة الكاملة تشبه الإنترنت ككل ، حيث يتوفر دائمًا مسار واحد قابل للتطبيق على الأقل لنقل البيانات ، حتى لو تعطلت قطاعات الشبكة الكبيرة. توفر الشبكات المعشقة الجزئية عددًا أقل من التكرار ، على الرغم من أن مصممي الشبكات يمكنهم التركيز على منح العقد الأكثر أهمية معظم التوصيلات ، وتحقيق التوازن بين التكرار والتكلفة والتعقيد.
إلى جانب كونها زائدة عن الحاجة ، تتمتع الشبكات المعشقة بميزة كبيرة فيما يتعلق بأداء الشبكة حيث يمكن للعقد جميعًا إرسال واستقبال البيانات في وقت واحد ، واختيار المسارات الأكثر كفاءة عبر الشبكة. وهذا يعني أداءً موثوقًا للشبكات بزمن انتقال منخفض ومثالي لإعدادات إنترنت الأشياء (إنترنت الأشياء) في المنازل الذكية.
تتمتع الشبكات المعشقة بخصوصية استثنائية نظرًا لأن البيانات تنتقل بين أجهزة الشبكة في أنظمة الشبكة الكاملة.
أخيرًا ، تتمتع الشبكات المعشقة بقابلية تطوير ممتازة دون التأثير سلبًا على أداء الشبكة أو عرض النطاق الترددي. يمكن أن تنمو الشبكة المعشقة عضوياً بمرور الوقت عن طريق إضافة عقد جديدة وربطها بأقرب عقد (شبكة جزئية) أو جميع الملاحظات الأخرى (شبكة كاملة).
عيوب شبكة الطوبولوجيا
العيبان الرئيسيان لطوبولوجيا الشبكة هما التكلفة والتعقيد. تساعد إعدادات الشبكة الجزئية في موازنة هذه المشكلات ، لكن الشبكة السلكية الكاملة تشبه شبكة اتصالات العنكبوت.
تتمتع الشبكات المعشقة باستهلاك طاقة أعلى من أنواع الشبكات الأخرى. ذلك لأن جميع العقد يجب أن تكون نشطة وقيد التشغيل لتوفير مسارات توجيه للبيانات. هناك أيضًا عبء صيانة كبير نظرًا لأنه يجب إصلاح أو استبدال العقد الفردية التي تطور المشكلات لأي سبب من الأسباب للحفاظ على أداء الشبكة.
الشبكات المعشقة اللاسلكية في المنزل
شبكات المناطق المحلية (LAN) المستخدمة في المنزل كانت تقليديًا شبكات طوبولوجيا نجمية. تتصل جميع الأجهزة بجهاز توجيه مركزي سواء عن طريق Wi-Fi أو Ethernet. تتزايد الحاجة إلى الاتصال بالإنترنت في المنزل بأكمله مع ظهور الأجهزة الذكية والأجهزة المنزلية.
يمكن أن يتسبب الجهاز المركزي في حدوث اختناقات في الأداء ويحد من وصول كل من الاتصالات السلكية والإشارات اللاسلكية دون استخدام مكررات أو موسعات . تأتي أجهزة إعادة الإرسال والموسعات بتكوينات معقدة وأداء شبكة أسوأ ، لذا فهي ليست الحل المثالي للشبكات المنزلية بالكامل.
تعد أجهزة توجيه الشبكة المعشقة في المنزل مثالاً على الشبكات المعشقة الجزئية أو ربما نوعًا من الطوبولوجيا المختلطة. ليست كل العقد متصلة بكل عقدة. بدلاً من ذلك ، تتصل العقدة الأساسية بشبكة WAN (شبكة المنطقة الواسعة) ، وهي طريقة أخرى للإشارة إلى الإنترنت الأكبر خارج الشبكة المنزلية.
هذه العقدة الأساسية متصلة مباشرة بأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية ، ولكنها تقوم أيضًا بإعداد اتصالات لاسلكية مخصصة لوحدات الشبكة المتداخلة الأخرى. يتصل كل جهاز توجيه شبكي بوحدة الشبكة التالية بأفضل سرعة وموثوقية اتصال. يمكن أن يكون هذا الاتصال عبر شبكة Wi-Fi أو من خلال "ربط" إيثرنت ، حيث يربط كبل عالي السرعة بعض وحدات الموجه الشبكي.
عندما تتحرك الأجهزة في جميع أنحاء المنزل ، يتم تسليمها بسلاسة بين وحدات الشبكة حيث تقوم كل وحدة بنقل المسار إلى الإنترنت. لا يتم استخدام عقد العميل مثل الهواتف الذكية كجزء من الشبكة. لا يتم توجيه أي حركة مرور عبر جهاز عميل مباشرة إلى جهاز آخر. تمر كل حركة المرور إلى أقرب عقدة جهاز توجيه شبكي. إذا كنت ترغب في توسيع الشبكة لتحسين الأداء أو التغطية ، فأضف المزيد من وحدات الشبكة.
كما ترى ، فإن الشبكات اللاسلكية "المعشقة" للاستخدام المنزلي لا تتطابق تمامًا مع قالب الشبكة المعشقة الفعلية. بدلاً من ذلك ، يبدو الأمر أشبه بامتلاك العديد من شبكات الهيكل النجمي المرتبطة ببعضها البعض بواسطة مجموعة من الاتصالات الفرعية المعشقة المخصصة.
ومع ذلك ، هذا هو حل الشبكة المنزلية الأكثر تقدمًا وسلاسة . واحد يمكن أن نوصي به لأي شخص ، بافتراض أن ميزانيتك ستمتد إلى هذه التكنولوجيا الجديدة.
التعديل الأخير بواسطة المشرف:
