هناك العديد من الطرق المختلفة لإنشاء شبكة الكمبيوتر. أصبحت طوبولوجيا الشبكة المعشقة ببطء المعيار الذهبي الجديد للشبكات المنزلية، ولكن ماذا يعني وجود "طوبولوجيا شبكية"؟
سنشرح أهم الأشياء التي تحتاج إلى معرفتها حول هيكل الشبكة، ولماذا تعتبر تقنية الشبكات المتداخلة فريدة من نوعها، ولماذا أصبحت شائعة جدًا.
ماذا تعني "الطوبولوجيا"؟
تشير الطوبولوجيا إلى كيفية ترتيب الأشياء بالنسبة لبعضها البعض. على سبيل المثال، لا تُستخدم الخريطة الطوبولوجية لمنطقة ما كثيرًا للتنقل التفصيلي، ولكنها تعرض ترتيب "الصورة الكبيرة" لنقاط الاهتمام.
في سياق علوم الكمبيوتر والشبكات، تشير الطوبولوجيا إلى كيفية ربط عناصر الشبكة معًا. فهو يصف العقد الموجودة على الشبكة التي يمكنها الاتصال مباشرة قبل المرور عبر عقدة أخرى.
أنواع أخرى من طوبولوجيا الشبكة
هناك خمسة أنواع عامة من هيكل الشبكة، ولكل منها مزاياه وعيوبه.
طوبولوجيا الناقل الخطي تحتوي الشبكات على جميع العقد المتصلة بكابل واحد. يُعرف هذا الكابل باسم التوصيل "العمود الفقري"، مع وجود "فاصل" في كل طرف من طرفي هذا الكابل الرئيسي. تتدفق البيانات في اتجاه واحد فقط في كل مرة، وهو ما يُعرف بنظام "نصف الاتجاه المزدوج".
هذا إعداد بسيط للشبكة ولا يتطلب الكثير من الكابلات. ومع ذلك، فإن نقطة الضعف في طوبولوجيا الناقل هي أن الشبكة بأكملها تتوقف عن العمل إذا حدث أي خطأ في الكابل الأساسي. ومن الصعب أيضًا تحديد الجهاز الموجود على الشبكة الذي قد يتسبب في حدوث مشكلات، مما يجعل عملية استكشاف الأخطاء وإصلاحها تستغرق وقتًا طويلاً.
الهيكل الحلقي لا تحتوي الشبكات على كابل واحد به أطراف إنهاء 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 طوبولوجيا الحلقة في وضع الإرسال المزدوج الكامل بحيث يمكن إرسال البيانات واستقبالها في وقت واحد. كما هو الحال مع طوبولوجيا الناقل، فإن أي خلل في الكابل يؤدي إلى تعطل الشبكة بالكامل.
الشبكات النجمية هي أكثر أنواع الشبكات المنزلية شيوعًا اليوم. هنا، جميع العقد الموجودة في الشبكة لديها اتصال مباشر بجهاز مركزي. يمكن أن يكون هذا محول شبكة أو لوحة وصل أو جهاز توجيه. تتدفق جميع حركة مرور الشبكة عبر هذا الجهاز الأساسي..
أحد عيوب هذه الهيكلية هو احتمال ازدحام الشبكة، وبالطبع، الجهاز المحوري كنقطة فشل واحدة. كما أنها تتطلب كابلات أكثر بكثير من طبولوجيا الشبكة المذكورة أعلاه في الشبكة السلكية.
ومع ذلك، في معظم الشبكات المنزلية، لا يمثل هذا مشكلة نظرًا لأن معظم الأجهزة متصلة بجهاز التوجيه اللاسلكي باستخدام Wi-Fi، مع تخصيص شبكة Ethernet لعدد قليل من الأجهزة.
تأخذ طوبولوجيا الشجرة (المعروفة أيضًا باسم طوبولوجيا النجوم 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 عبارة عن عقدة على نجم أكبر مع جهاز توجيه محلي، وهو عقدة على نجم أكبر.
ترتبط شبكات الطوبولوجيا النجمية المختلفة أيضًا بكابل أساسي، لذا فإن "جذع" طوبولوجيا الشجرة عبارة عن شبكة ناقلة خطية، و"الفروع" هي شبكات طوبولوجيا نجمية.
ضع هذه التصاميم العامة للشبكات في الاعتبار أثناء قيامنا بتفكيك البنية الشبكية.
طوبولوجيا الشبكة
توفر شبكة Mesh Topology اتصالاً مباشرًا بين أي عقدتين. على عكس طبولوجيا الناقل أو الحلقة، لا يلزم أن تمر حركة مرور الشبكة عبر كل عقدة على الشبكة للوصول إلى وجهتها. ولا يجب أن تمر حركة مرور الشبكة عبر محور مركزي كما هو الحال مع الهيكل النجمي. يمكن لأي عقدتين التواصل بشكل خاص، مع عدم وجود فرصة لأن يتمكن أي شخص آخر على الشبكة من التنصت.
ينطبق هذا على الشبكات الشبكية الكاملة، ولكن هناك نوعان من طوبولوجيا الشبكة المتداخلة، لذا دعنا نتناول الأول بإيجاز.
طوبولوجيا الشبكة الكاملة مقابل طوبولوجيا الشبكة الجزئية
هناك نوعان من طوبولوجيا الشبكة. في الشبكات الشبكية الكاملة ، كلعقدة على الشبكة لها اتصال من نقطة إلى نقطة بكل عقدة أخرى. وهذا يعني أنه بغض النظر عن مكان وجود عقدتين على الشبكة، يوجد اتصال سلكي أو لاسلكي مباشر بينهما. وهذا يتطلب الأسلاك الأكثر تعقيدًا مع عدد الاتصالات بسرعة مع كل عقدة مضافة.
الشبكة الجزئية لها نفس الفلسفة الأساسية في تصميمها والتي تتمثل في أن العقد الموجودة على الشبكة تتصل مباشرة بالعقد الأخرى، ولكن ليست كل عقدة متصلة بكل عقدة أخرى. ترتبط كل عقدة بعقدة أخرى واحدة على الأقل، وغالبًا ما تكون أكثر من عقدة واحدة، ولكن الشبكة الجزئية ليست معقدة تقريبًا..
مزايا طوبولوجيا الشبكة
الميزة الرئيسية للشبكة المتداخلة الكاملة هي الاتصالات المتكررة. حتى إذا فشل الاتصال المباشر بين أي عدد من العقد، فيمكنها دائمًا المرور عبر التوجيه عبر عقدة شبكة أخرى، حتى لو لم تكن بالسرعة نفسها. والأفضل من ذلك، أنه من السهل تحديد مكان الخلل حسب التصميم، لذا فإن إصلاح الأشياء أمر سهل نسبيًا.
وبهذا المعنى، فإن الشبكات المتداخلة الكاملة تشبه الإنترنت ككل، حيث يتوفر دائمًا طريق واحد قابل للتطبيق لنقل البيانات، حتى لو تعطلت أجزاء كبيرة من الشبكة. توفر الشبكات المتداخلة الجزئية تكرارًا أقل، على الرغم من أن مصممي الشبكات يمكنهم التركيز على منح العقد الأكثر أهمية أكبر عدد من الاتصالات، مع تحقيق التوازن بين التكرار والتكلفة والتعقيد.
إلى جانب كونها زائدة عن الحاجة، تتمتع الشبكات المتداخلة بميزة كبيرة فيما يتعلق بأداء الشبكة حيث يمكن لجميع العقد إرسال البيانات واستقبالها في وقت واحد، واختيار المسارات الأكثر كفاءة عبر الشبكة. وهذا يعني أن أداء الشبكات الموثوق به ومنخفض زمن الاستجابة مثالي لإعدادات IoT (إنترنت الأشياء) في المنازل الذكية.
تتمتع الشبكات المتداخلة بخصوصية استثنائية نظرًا لأن البيانات تنتقل بين أجهزة الشبكة في أنظمة شبكية كاملة.
وأخيرًا، تتمتع الشبكات المتداخلة بقابلية توسعة ممتازة دون التأثير سلبًا على أداء الشبكة أو عرض النطاق الترددي. يمكن أن تنمو الشبكة المتداخلة بشكل عضوي مع مرور الوقت عن طريق إضافة عقد جديدة وربطها بأقرب العقد (شبكة جزئية) أو جميع الملاحظات الأخرى (شبكة كاملة).
عيوب طوبولوجيا الشبكة
العيبان الرئيسيان لطوبولوجيا الشبكة هما التكلفة والتعقيد. تساعد إعدادات الشبكة الجزئية على تحقيق التوازن بين هذه المشكلات، ولكن الشبكة السلكية ذات الشبكة الكاملة تشبه شبكة الاتصالات العنكبوتية.
تستهلك الشبكات المتداخلة طاقة أعلى من أنواع الشبكات الأخرى. وذلك لأن جميع العقد يجب أن تكون نشطة وقيد التشغيل لتوفير مسارات توجيه للبيانات. هناك أيضًا عبء صيانة كبير نظرًا لأنه يجب إصلاح العقد الفردية التي تسبب مشكلات لأي سبب من الأسباب أو استبدالها للحفاظ على أداء الشبكة.
الشبكات اللاسلكية في المنزل
كانت الشبكات المحلية (LANs) المستخدمة في المنزل عبارة عن شبكات ذات هيكل نجمي تقليديًا. 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 اختناقات في الأداء ويحد من وصول كل من الاتصالات السلكية والإشارات اللاسلكية دون استخدام الراسبين أو تمديدات. تأتي أجهزة إعادة الإرسال والموسعات بتكوينات معقدة وأداء شبكة أسوأ، لذا فهي ليست الحل الأمثل لشبكات المنزل بالكامل.
تعد أجهزة توجيه الشبكة المتداخلة في المنزل مثالاً على الشبكات المتداخلة الجزئية أو ربما نوع من الهيكل المختلط. ليست كل العقد متصلة بكل عقدة. وبدلاً من ذلك، تتصل العقدة الأساسية بشبكة WAN (شبكة واسعة النطاق)، وهي طريقة أخرى للإشارة إلى الإنترنت الأكبر خارج شبكتك المنزلية.
تتصل هذه العقدة الأساسية 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 اتصال وموثوقية. يمكن أن يتم هذا الاتصال عبر شبكة Wi-Fi أو من خلال "وصلة توصيل" Ethernet، حيث يربط كابل عالي السرعة بعض وحدات التوجيه الشبكية.
مع تحرك الأجهزة في جميع أنحاء المنزل، يتم تسليمها بسلاسة بين الوحدات الشبكية حيث تقوم كل واحدة منها 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، أضف المزيد من الوحدات المتداخلة.
كما ترون، فإن الشبكات اللاسلكية "المعشقة" للاستخدام المنزلي لا تتطابق تمامًا مع قالب الشبكة المتداخلة الفعلية. بدلاً من ذلك، يبدو الأمر أشبه بوجود عدة شبكات طوبولوجية نجمية مرتبطة ببعضها البعض من خلال مجموعة من الاتصالات الفرعية الشبكية المخصصة.
لا يزال هذا هو الأكثر تقدمًا وحل الشبكة المنزلية السلس. يمكننا أن نوصي به لأي شخص، على افتراض أن ميزانيتك ستمتد إلى هذه التكنولوجيا الجديدة.
.