زمان تخمینی مطالعه: 13 دقیقه 

توپولوژی شبکه به شیوه اتصال دستگاه‌های درون شبکه و روش ارتباط آن‌ها با یکدیگر اشاره دارد. به‌طور کلی، توپولوژی شبکه هر دو بخش سخت‌افزار و نرم‌افزار را شامل می‌شود و نحوه اتصال دستگاه‌ها به یکدیگر و انتقال ترافیک داده‌ها در شبکه را تعیین می‌کند.

توپولوژی شبکه می‌تواند به صورت مختلفی باشد، از جمله توپولوژی‌های ستاره، حلقه، درختی، توری (مش) و ترکیبی (هیبریدی). در هر یک از این توپولوژی‌ها، دستگاه‌ها به یکدیگر به شکل خاصی متصل می‌شوند و ترافیک بین آن‌ها به شکل خاصی جابه‌جا می‌شود.

استفاده از توپولوژی شبکه مناسب با نیازهای شبکه است. به‌عنوان مثال، توپولوژی ستاره برای شبکه‌های کوچک و متوسط مناسب است، در حالی که توپولوژی مش برای شبکه‌های بزرگ و پیچیده استفاده می‌شود. همچنین، توپولوژی شبکه در تعیین عملکرد شبکه و توزیع بار بین دستگاه‌ها نقش مهمی دارد.

انواع توپولوژی‌هایی در دیتاسنتر استفاده می‌شود؟

توپولوژی در دیتاسنتر عملکرد و کارایی شبکه‌های مستقر در این مراکز را مشخص می‌کند و نقش مهمی در توزیع بار و افزایش قابلیت اطمینان شبکه دارد.

به بیان دقیق‌تر، توپولوژی‌های مورد استفاده در مراکزداده، نحوه اتصال سرورها، دستگاه‌های ذخیره‌سازی و تجهیزات شبکه را تعیین می‌کند. علاوه بر این، می‌تواند تاثیر زیادی بر روی سرعت و عملکرد شبکه داشته باشد. به طور مثال، در Star Topology، اگر سوییچ مرکزی دچار خرابی شود، عملکرد شبکه متوقف خواهد شد، در حالی که در توپولوژی مش، اگر یکی از مسیرهای ارتباطی بین سرورها قطع شود، ترافیک به‌صورت دیگری از مسیرهای دیگر جریان پیدا می‌کند. علاوه بر این، به کارگیری ‌توپولوژی‌های کارآمد در مراکز داده صرفه‌جویی در هزینه‌ها را به‌همراه دارد. بنابراین، انتخاب Topology مناسب در مراکزداده، نقش مهمی در بهبود کارایی شبکه دارد. از توپولوژی‌های پر کاربرد در مراکزداده به موارد زیر باید اشاره کرد:

توپولوژی ستاره ای (Star Topology)

توپولوژی ستاره، یکی از رایج‌ترین توپولوژی‌های شبکه است که در آن تمامی دستگاه‌ها به یک سوییچ (Switch) متصل می‌شوند و ترافیک داده‌ها از طریق سوییچ به دستگاه‌های مورد نظر می‌رسد. به‌عبارت دیگر، همه دستگاه‌ها به‌صورت مستقیم به سوییچ متصل می‌شوند و با هم ارتباط برقرار می‌کنند.

در توپولوژی ستاره، سوییچ به‌عنوان مرکز کنترل شبکه عمل می‌کند و تمامی ترافیک داده‌ها به‌صورت مستقیم از طریق سوییچ انجام می‌شود. به علاوه، در این Topology، مشکلات هر دستگاه تاثیری بر عملکرد دیگر دستگاه‌ها ندارد و حتی اگر این اتفاق بیافتد تاثیر محدودی بر عملکرد دیگر دستگاه‌ها خواهد داشت.

استفاده از Star Topology در شبکه‌های کوچک و متوسط با تعداد دستگاه‌های کم مناسب است و علاوه بر آن، سادگی مدیریت و ارتباط مستقیم با سوییچ باعث شده است که این توپولوژی بسیار محبوب و پراستفاده باشد. اما نکته‌ای که باید به آن توجه داشت، این است که در صورت خرابی سوییچ، عملکرد شبکه متوقف خواهد شد و دستگاه‌ها قادر به برقراری ارتباط با شبکه و یکدیگر نباشند.

پرسشی که مطرح می‌شود این است که آیا توپولوژی فوق در شبکه‌های بزرگ نیز قابل استفاده است؟ به‌طور معمول، توپولوژی ستاره در شبکه‌های کوچک و متوسط، به‌دلیل سادگی مدیریت و ارتباط مستقیم با سوییچ، بسیار محبوب و پراستفاده است. با این حال، برای شبکه‌های بزرگ، استفاده از Star Topology ممکن است با چالش‌هایی مواجه شود.

در شبکه‌های بزرگ، افزایش تعداد دستگاه‌ها ممکن است باعث افزایش بیش از اندازه بار روی سوییچ و کاهش سرعت شبکه می‌شود. همچنین، افزایش تعداد دستگاه‌ها می‌تواند به افزایش هزینه‌های نگهداری و مدیریت منجر شود.

برای شبکه‌های بزرگ، معمولا از توپولوژی‌های دیگری مانند توپولوژی دوخطه (Dual Bus)، توپولوژی شبکه درختی (Tree Network) یا توپولوژی شبکه مش (Mesh Network) استفاده می‌شود. برای کنترل ترافیک شبکه و افزایش امنیت و قابلیت اطمینان شبکه، به‌صورت پیچیده‌تری طراحی شده‌اند.

توپولوژی حلقه (Ring Topology)

در توپولوژی حلقه، دستگاه‌ها به شکل یک حلقه متصل می‌شوند و هر دستگاه به دو دستگاه مجاور خود متصل است. با این حال، در این توپولوژی، تنها دستگاه‌های مجاور می‌توانند با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و برای ارسال داده‌ها برای گره‌های دیگر باید عرض شبکه را به طور کامل طی کنند.

در توپولوژی حلقه، ترافیک اطلاعات به صورت یک جهت در حلقه حرکت می‌کند و هر دستگاه داده را دریافت و پردازش کرده و سپس آن را به دستگاه بعدی ارسال می‌کند. در این توپولوژی، برای جلوگیری از اشغال کامل حلقه توسط یک دستگاه، از پروتکل خاصی که Token Ring نام دارد، استفاده می‌شود.

همان‌گونه که اشاره کردیم برای جلوگیری از بروز مشکل اشغال کامل حلقه در توپولوژی حلقه، از پروتکل Token Ring استفاده می‌شود. در این پروتکل، یک Token به‌صورت یک بیت داده به طول یک چرخه دور حلقه ارسال می‌شود و تنها دستگاهی که Token را دریافت کرده، می‌تواند داده‌های خود را به دستگاه بعدی ارسال کند.

به‌عبارت دیگر، هر دستگاه تنها در صورتی که Token را دریافت کرده باشد، می‌تواند داده‌های خود را در حلقه ارسال کند. در غیر این صورت، دستگاه باید منتظر باشد تا Token به دستگاه بعدی ارسال شود و به این ترتیب، اشغال کامل حلقه توسط یک دستگاه از بین می‌رود و ترافیک داده‌ها به‌صورت متوسط و متعادل بین دستگاه‌ها توزیع می‌شود.

پروتکل Token Ring، قابلیت اطمینان بالایی در شبکه حلقوی فراهم می‌کند و به‌دلیل عدم نیاز به ارسال پیغام‌های همه‌پخشی (broadcast)، پهنای باند را به‌میزان کمتری نسبت به دیگر توپولوژی مصرف می‌کند. با این حال، پیکربندی و مدیریت این توپولوژی نسبت به توپولوژی‌های دیگر پیچیده‌تر است و نیاز به محیط‌های کابل‌کشی و تجهیزات مختلف دارد.

استفاده از توپولوژی حلقه، در شبکه‌های کوچک و متوسط، به دلیل قابلیت اطمینان بالا و عدم نیاز به استفاده از سوییچ‌ها و اکستندرها مناسب است. با این حال، در شبکه‌های بزرگ، این توپولوژی می‌تواند با مشکلاتی مواجه شود، مانند کاهش سرعت شبکه در صورت افزایش تعداد دستگاه‌ها، عدم امکان افزایش تعداد دستگاه‌ها به راحتی و بالا بودن هزینه‌های گسترش آن.

توپولوژی درختی (Tree Topology)

در توپولوژی درختی، دستگاه‌ها به‌صورت سلسله مراتبی به‌هم متصل شده‌اند و شبکه به صورت یک درخت ساختاردهی می‌شود. در این توپولوژی، یک سوییچ اصلی (Root Switch) و چند سوییچ فرعی (Branch Switch) وجود دارد که از طریق کابل‌هایی به یکدیگر متصل شده‌اند. هر سوییچ فرعی، دستگاه‌هایی که به آن متصل هستند را به یکدیگر متصل می‌کند.

توپولوژی درختی، به‌دلیل ساختار سلسله مراتبی و سازماندهی شده‌ی آن، روند مدیریت و نگه‌داری ساده‌تری دارد و از این رو، در شبکه‌های بزرگ و پیچیده به‌کار می‌رود. همچنین، در این توپولوژی، برای کنترل ترافیک شبکه، از سوییچ‌ها و پروتکل‌های مختلفی استفاده می‌شود.

در توپولوژی درختی، اگر یک سوییچ فرعی دچار خطا شود، تنها دستگاه‌های متصل به آن سوییچ تحت تاثیر قرار خواهند گرفت و سایر دستگاه‌ها به‌صورت طبیعی کار خود را ادامه خواهند داد. از این رو، این توپولوژی قابلیت اطمینان بالایی دارد.

با این حال، نکته‌ای که باید در نظر گرفت این است که این توپولوژی نسبت به توپولوژی‌های دیگر، برای ارتباط دستگاه‌ها به سوییچ‌های مختلف، نیاز به کابل‌های با طول بیشتری دارد و همچنین، نیاز به تجهیزات و سوییچ‌های بیشتری دارد که ممکن است هزینه‌ی پیاده‌سازی را افزایش دهد.

توپولوژی شبکه درختی، با ساختار سلسله مراتبی آن قادر است به شکل بهتری به کنترل ترافیک شبکه بپردازد. در این توپولوژی، دستگاه‌ها به صورت سلسله مراتبی به یکدیگر متصل شده‌اند و هر دستگاه به سوییچ فرعی متصل است. از طریق سوییچ اصلی، ترافیک بین سوییچ‌های فرعی کنترل می‌شود و این کار باعث بهبود کنترل ترافیک شبکه می‌شود.

همچنین، با استفاده از پروتکل‌هایی مانند STP سرنام Spanning Tree Protocol، می‌توان نظارت دقیق‌تر بر توپولوژی درختی اعمال کرد و مانع بروز حلقه شد. STP به‌صورت خودکار از درخت در برابر مشکل حلقه‌ محافظت می‌کند و از این رو، ترافیک غیرضروری در شبکه کاهش پیدا می‌کند.

به‌عنوان مثال، پروتکل‌های کنترل ترافیک مانند Rapid Spanning Tree Protocol (RSTP) و Multiple Spanning Tree Protocol (MSTP) نیز برای کنترل ترافیک در توپولوژی درختی مورد استفاده قرار می‌گیرند. این پروتکل‌ها، با سرعت بیشتری نسبت به STP، حلقه‌های تکراری را تشخیص می‌دهند و بهبود کنترل ترافیک را به دنبال دارند.

همچنین، پروتکل‌های مدیریت ترافیک مانند VLAN و QoS نیز برای کنترل ترافیک در توپولوژی درختی مورد استفاده قرار می‌گیرند. با استفاده از VLAN، ترافیک بین دستگاه‌های مختلف در شبکه به صورت مجزا مدیریت می‌شود و با استفاده از QoS، اولویت‌های مختلف ترافیک تعیین می‌شود و ترافیک مهم با اولویت بالاتر برای انتقال در شبکه در اولویت قرار می‌گیرد.

در کل، توپولوژی شبکه درختی به‌دلیل ساختار سلسله مراتبی و امکان استفاده از پروتکل‌های مختلف، به بهبود کنترل ترافیک شبکه کمک می‌کند و برای شبکه‌های بزرگ و پیچیده، پیشنهاد می‌شود. 

توپولوژی مِش (Mesh Topology)

در توپولوژی مش، هر دستگاه به صورت مستقیم به هر دستگاه دیگری در شبکه متصل می‌شود. به‌عبارت دیگر، هر دستگاه با هر دستگاه دیگری در شبکه ارتباط برقرار می‌کند. شبکه‌های مبتنی بر توپولوژی فوق به صورت یک شبکه‌ پویا و پیچیده و ترکیبی از رابطه‌های متقابل بین دستگاه‌ها شناخته می‌شوند.

Mesh Topology، به‌دلیل پویایی و پیچیدگی آن، قابلیت اطمینان بالایی دارد. در صورتی‌که یک دستگاه در شبکه دچار خطا شود، ارتباط بین دستگاه‌های دیگری که با آن متصل هستند، قطع نمی‌شود. از این رو، توپولوژی مش برای شبکه‌هایی که حساس به قطعی هستند مثل شبکه‌های بانکی، پزشکی و حوزه صنعتی مورد استفاده قرار می‌گیرد.

همچنین، Mesh Topology برای انتقال داده‌های بزرگ و ترافیک سنگین مناسب است. با این حال، نکته‌ای که باید در نظر گرفت این است که برای راه‌اندازی و پیکربندی توپولوژی مش، نیاز به تجهیزات بیشتری نسبت به توپولوژی‌های دیگر داریم و همچنین این توپولوژی، مدیریت و نگه‌کاری کاملا پیچیده‌ای دارد.

توپولوژی هیبریدی(Hybrid Topology)

توپولوژی هیبریدی، ترکیبی از توپولوژی‌های مختلف است که از ویژگی‌های مثبت هر یک از آن‌ها استفاده می‌کند. به طور معمول در توپولوژی ترکیبی، توپولوژی‌های ستاره و درختی به کار گرفته می‌شوند. به طور کلی، توپولوژی هیبریدی در شبکه‌های بزرگ و پیچیده که نیاز به گسترش و توسعه دارند، مورد استفاده قرار می‌گیرد.

در Mesh Topology، دستگاه‌ها به صورت ستاره به یک یا چند سوییچ اصلی متصل می‌شوند. این سوییچ‌ها به صورت درختی به یکدیگر متصل هستند و از این‌رو، ترافیک در شبکه به صورت شاخه‌های درختی جریان پیدا می‌کند. از طریق پروتکل‌های مانند STP سرنام Spanning Tree Protocol، ترافیک در شبکه کنترل شده و مانع بروز حلقه می‌شود.

همچنین، در Mesh Topology، می‌توان از فناوری‌هایی مثل VLAN و QoS برای مدیریت ترافیک استفاده کرد تا ترافیک شبکه به صورت مجزا برای گروه‌های مختلف دستگاه‌ها ارسال شود و امکان اولویت‌‌بندی ترافیک نیز فراهم شود.

اکنون به این پرسش مهم می‌رسید که فناوری VLAN در توپولوژی هیبریدی چه مزایایی به همراه دارد؟ استفاده از فناوری VLAN در توپولوژی هیبریدی، مزایای متعددی دارد که به مدیران شبکه کمک می‌کند ترافیک شبکه را برای گروه‌های مختلف دستگاه‌ها مدیریت کنند و نظارت هرچه دقیق‌تری بر ترافیک شبکه اعمال کنند. به طور کلی، مزایای استفاده از فناوری VLAN در توپولوژی هیبریدی به شرح زیر است:

تفکیک ترافیک: با استفاده از VLAN، می‌توان ترافیک بین دستگاه‌های مختلف در شبکه را به صورت مجزا مدیریت کرد. رویکرد فوق به مدیران شبکه کمک می‌کند تا ترافیک بین دستگاه‌های مختلف را برای هر گروه از دستگاه‌ها (مثلا دستگاه‌های کاربری، دستگاه‌های سرور و غیره) جدا کنند و به این ترتیب مانع بروز مشکل تداخل در ترافیک شبکه شوند.

بهبود امنیت شبکه: با استفاده از VLAN، می‌توان دستگاه‌هایی که به شبکه متصل هستند را به دو گروه تقسیم کرد: دستگاه‌های داخل شبکه (Internal) و دستگاه‌های بیرون شبکه (External). با این کار، امنیت شبکه بهبود پیدا می‌کند و دستگاه‌های بیرون شبکه (مثلا دستگاه‌های مهمان) قادر نخواهند بود به دستگاه‌های داخل شبکه دسترسی داشته باشند.

کاهش تداخل در ترافیک: با استفاده از VLAN، می‌توان ترافیک بین دستگاه‌های مختلف را به صورت مجزا مدیریت کرد. به این ترتیب، تداخل در ترافیک کاهش پیدا می‌کند و احتمال بروز خطا و قطعی در شبکه کاهش می‌یابد.

کاهش هزینه‌ها: با استفاده از VLAN، می‌توان تعداد دستگاه‌های مورد نیاز برای پیکربندی شبکه را کاهش داد. به‌عنوان مثال، در صورتی که بخواهیم دستگاه‌هایی را که نیاز به ارتباط با هم ندارند، به صورت جداگانه به شبکه متصل کنیم، نیاز به تجهیزات جدیدی داریم که هزینه بالایی دارند. با استفاده از VLAN، می‌توان ترافیک بین این دستگاه‌ها را به صورت مجزا مدیریت کرد و تعداد دستگاه‌های مورد نیاز برای این کار را کاهش داد.

در کل، استفاده از فناوری VLAN در Mesh Topology، به مدیران شبکه کمک می‌کند تا ترافیک شبکه را به صورت مجزا برای گروه‌های مختلف دستگاه‌ها مدیریت کنند و کنترل ترافیک شبکه را به‌دست بگیرند.

در مجموع، Mesh Topology با ترکیب ویژگی‌های مثبت توپولوژی‌های مختلف، به مدیران شبکه کمک می‌کند تا عملکرد شبکه را بهبود ببخشند و به مقیاس‌بندی شبکه‌های بزرگ‌تر و پیچیده‌تر بپردازند.

چه توپولوژی‌هایی برای دیتاسنتر و شبکه‌های بزرگ مناسب هستند؟

شبکه‌های بزرگ معمولا نیاز به توپولوژی‌هایی دارند که قابلیت مقیاس‌پذیری بالا و کنترل ترافیک شبکه را به‌خوبی فراهم کنند. برای شبکه‌های بزرگ، توپولوژی‌هایی که معمولا مناسب هستند عبارتند از:

توپولوژی درختی: همان‌گونه که اشاره کردیم در توپولوژی درختی، دستگاه‌ها به چند سوییچ متصل هستند و سوییچ‌ها به یکدیگر متصل هستند تا یک ساختار درختی شکل دهند. همین مساله باعث می‌شود تا توپولوژی فوق، قابلیت مقیاس‌پذیری بالا و کنترل ترافیک شبکه بالایی در اختیار مدیران شبکه قرار دهد.

توپولوژی هیبریدی: ترکیبی از توپولوژی‌های مختلف است که از ویژگی‌های مثبت هر یک از آن‌ها استفاده می‌کند. معمولا در توپولوژی هیبریدی، توپولوژی‌های ستاره و درختی به کار گرفته می‌شوند. این توپولوژی نیز قابلیت مقیاس‌پذیری بالا و کنترل ترافیک شبکه بالایی دارد و یکی از گزینه‌های مناسب برای استفاده در مراکزداده است.

توپولوژی مش: در توپولوژی مش، هر دستگاه به چند دستگاه دیگر متصل است و هیچ سوییچ اصلی وجود ندارد. این توپولوژی، قابلیت مقیاس‌پذیری بالا و پایداری بیشتری نسبت به توپولوژی‌های دیگر دارد، اما کنترل ترافیک شبکه را به دلیل عدم وجود سوییچ اصلی، کمی دشوارتر می‌کند و نیاز به تجربه و مهارت فنی دارد.

به‌طور کلی، توپولوژی‌هایی که برای شبکه‌های بزرگ مناسب هستند، باید دارای قابلیت مقیاس‌پذیری، پایداری، کنترل ترافیک شبکه و انعطاف‌پذیری بالا باشند. انتخاب توپولوژی مناسب برای شبکه بزرگ، بسته به نیازهای شبکه و محیط کاربری، متفاوت است و باید با توجه به این عوامل انتخاب شود.

بخوانید: سایه R&M بر فناوری پزشکی