طوبولوجيا الشبكة

جزء من سلسلة عن
علم الشبكات
نظرية
الرسم البياني شبكة معقدة العدوى عالم صغير خالية من المقياس هيكل المجتمع الترشيح تطور القدرة على التحكم رسم بياني رأس المال الاجتماعي تحليل الرابط تحسين المعاملة بالمثل إنهاء التماثل الجنسي الانتقالية المرفق التفضيلي نظرية التوازن تأثير الشبكة التأثير الاجتماعي
أنواع الشبكات
معلوماتية (حوسبة) اتصالات ينقل اجتماعي التعاون العلمي بيولوجي العصبية الاصطناعية مترابطين دلالي مكاني التبعية تدفق على الشريحة
الرسوم البيانية
سمات زمرة عنصر يقطع دورة هيكل البيانات حافة حلقة حيّ طريق قمة الرأس قائمة  / مصفوفة الجوار قائمة  / مصفوفة الحوادث أنواع ثنائي الأطراف مكتمل موجه هايبر مُصنَّف متعدد عشوائي موزون
المقاييس الخوارزميات
Centrality Degree Motif Clustering Degree distribution Assortativity Distance Modularity Efficiency
Models
Topology Random graph Erdős–Rényi Barabási–Albert Bianconi–Barabási Fitness model Watts–Strogatz Exponential random (ERGM) Random geometric (RGG) Hyperbolic (HGN) Hierarchical Stochastic block Blockmodeling Maximum entropy Soft configuration LFR Benchmark Dynamics Boolean network agent based Epidemic/SIR
Lists Categories
Topics Software Network scientists Category:Network theory Category:Graph theory
v t e

طوبولوجيا الشبكة هي ترتيب العناصر ( الروابط ، العقد ، إلخ) لشبكة الاتصالات. ^{[1] [2]} يمكن استخدام طوبولوجيا الشبكة لتحديد أو وصف ترتيب أنواع مختلفة من شبكات الاتصالات، بما في ذلك شبكات الراديو للتحكم والقيادة ، ^[3] الحافلات الميدانية الصناعية وشبكات الكمبيوتر .

طوبولوجيا الشبكة هي البنية الطوبولوجية ^[4] للشبكة ويمكن تصويرها ماديًا أو منطقيًا. إنها تطبيق لنظرية الرسم البياني ^[3] حيث يتم نمذجة الأجهزة المتصلة كعقد ويتم نمذجة الاتصالات بين الأجهزة كروابط أو خطوط بين العقد. الطوبولوجيا الفيزيائية هي وضع المكونات المختلفة للشبكة (على سبيل المثال، موقع الجهاز وتركيب الكابل)، بينما توضح الطوبولوجيا المنطقية كيفية تدفق البيانات داخل الشبكة. قد تختلف المسافات بين العقد أو التوصيلات المادية أو معدلات الإرسال أو أنواع الإشارات بين شبكتين مختلفتين، ومع ذلك قد تكون طوبولوجياتهما المنطقية متطابقة. الطوبولوجيا الفيزيائية للشبكة هي مصدر قلق خاص للطبقة الفيزيائية لنموذج OSI .

توجد أمثلة على طوبولوجيات الشبكة في الشبكات المحلية ( LAN )، وهي شبكة كمبيوتر شائعة التركيب. تحتوي أي عقدة معينة في الشبكة المحلية على رابط مادي واحد أو أكثر بأجهزة أخرى في الشبكة؛ يؤدي تعيين هذه الروابط بيانياً إلى شكل هندسي يمكن استخدامه لوصف الطوبولوجيا المادية للشبكة. تم استخدام مجموعة كبيرة ومتنوعة من الطوبولوجيات المادية في الشبكات المحلية، بما في ذلك الحلقة والناقل والشبكة والنجمة . وعلى العكس من ذلك، يحدد تعيين تدفق البيانات بين المكونات الطوبولوجيا المنطقية للشبكة. بالمقارنة، فإن شبكات منطقة التحكم ، الشائعة في المركبات، هي في الأساس شبكات أنظمة تحكم موزعة لوحدة تحكم واحدة أو أكثر متصلة ببعضها البعض بأجهزة استشعار ومشغلات عبر طوبولوجيا ناقل مادي دائمًا.

هناك فئتان أساسيتان من طوبولوجيات الشبكة، الطوبولوجيات الفيزيائية والطوبولوجيات المنطقية. ^[5]

إن تخطيط وسائط النقل المستخدمة لربط الأجهزة هو الطوبولوجيا المادية للشبكة. بالنسبة للوسائط الموصلة أو الألياف الضوئية، يشير هذا إلى تخطيط الكابلات ومواقع العقد والروابط بين العقد والكابلات. ^[1] يتم تحديد الطوبولوجيا المادية للشبكة من خلال قدرات أجهزة ووسائط الوصول إلى الشبكة ومستوى التحكم أو تحمل الأخطاء المطلوب والتكلفة المرتبطة بالكابلات أو دوائر الاتصالات.

على النقيض من ذلك، فإن الطوبولوجيا المنطقية هي الطريقة التي تعمل بها الإشارات على وسائط الشبكة، ^[6] أو الطريقة التي تمر بها البيانات عبر الشبكة من جهاز إلى آخر دون مراعاة الترابط المادي للأجهزة. ^[7] الطوبولوجيا المنطقية للشبكة ليست بالضرورة هي نفسها الطوبولوجيا المادية. على سبيل المثال، كان زوج الإيثرنت الملتوي الأصلي باستخدام محاور المكرر عبارة عن طوبولوجيا حافلة منطقية محمولة على طوبولوجيا نجمية مادية. Token Ring هي طوبولوجيا حلقة منطقية، ولكنها سلكية كنجمة مادية من وحدة وصول الوسائط . من الناحية المادية، يمكن أن تكون إيثرنت التبديلية ذات الاتجاهين الكامل (AFDX) في مجال الإلكترونيات الجوية طوبولوجيا نجمة متتالية من مفاتيح إيثرنت مزدوجة التكرار المتعددة؛ ومع ذلك، يتم تصميم الروابط الافتراضية AFDX على أنها اتصالات حافلة أحادية المرسل ذات تبديل زمني ، وبالتالي تتبع نموذج الأمان لطوبولوجيا حافلة أحادية المرسل المستخدمة سابقًا في الطائرات. غالبًا ما ترتبط الطوبولوجيا المنطقية ارتباطًا وثيقًا بطرق وبروتوكولات التحكم في وصول الوسائط . تتمكن بعض الشبكات من تغيير طوبولوجيتها المنطقية بشكل ديناميكي من خلال تغييرات التكوين في أجهزة التوجيه والمفاتيح الخاصة بها.

تتضمن وسائط النقل (التي غالبًا ما يشار إليها في الأدبيات باسم الوسائط المادية ) المستخدمة لربط الأجهزة لتشكيل شبكة كمبيوتر الكابلات الكهربائية ( Ethernet ، HomePNA ، اتصالات خطوط الطاقة ، G.hn )، والألياف الضوئية ( اتصالات الألياف الضوئية )، والموجات الراديوية ( الشبكات اللاسلكية ). في نموذج OSI ، يتم تعريفها في الطبقتين 1 و2 - الطبقة المادية وطبقة ارتباط البيانات.

عائلة واسعة الانتشار من وسائط النقل المستخدمة في تقنية الشبكة المحلية ( LAN ) تُعرف مجتمعة باسم Ethernet . يتم تعريف الوسائط ومعايير البروتوكول التي تمكن الاتصال بين الأجهزة المتصلة بالشبكة عبر Ethernet بواسطة IEEE 802.3 . تنقل Ethernet البيانات عبر كل من الكابلات النحاسية والألياف. تستخدم معايير الشبكة المحلية اللاسلكية (على سبيل المثال تلك التي يحددها IEEE 802.11 ) الموجات الراديوية، أو تستخدم معايير أخرى إشارات الأشعة تحت الحمراء كوسيلة نقل. تستخدم اتصالات خطوط الطاقة كبلات الطاقة في المبنى لنقل البيانات.

يتم ترتيب تقنيات التوصيل السلكي التالية، تقريبًا، من الأبطأ إلى الأسرع سرعة في النقل.

• تُستخدم الكابلات المحورية على نطاق واسع في أنظمة التلفزيون الكبلي والمباني المكتبية ومواقع العمل الأخرى للشبكات المحلية. تتكون الكابلات من أسلاك نحاسية أو ألومنيوم محاطة بطبقة عازلة (عادةً ما تكون مادة مرنة ذات ثابت عازل مرتفع)، والتي تكون محاطة بدورها بطبقة موصلة. يساعد العزل بين الموصلات في الحفاظ على المعاوقة المميزة للكابل مما يساعد في تحسين أدائه. تتراوح سرعة النقل من 200 مليون بت في الثانية إلى أكثر من 500 مليون بت في الثانية.
• تستخدم تقنية ITU-T G.hn الأسلاك المنزلية الموجودة ( كابل متحد المحور ، وخطوط الهاتف، وخطوط الطاقة ) لإنشاء شبكة محلية عالية السرعة (تصل إلى 1 جيجابت في الثانية).
• تعتبر آثار الإشارة على لوحات الدوائر المطبوعة شائعة في الاتصالات التسلسلية على مستوى اللوحة، وخاصة بين أنواع معينة من الدوائر المتكاملة، ومن الأمثلة الشائعة على ذلك SPI .
• كان كابل الشريط (غير الملتوي وربما غير المحمي) وسيلة فعالة من حيث التكلفة للبروتوكولات التسلسلية، وخاصة داخل العبوات المعدنية أو الملفوفة داخل جديلة نحاسية أو رقائق معدنية، على مسافات قصيرة، أو بمعدلات بيانات أقل. يمكن نشر العديد من بروتوكولات الشبكة التسلسلية بدون كبلات محمية أو مجدولة، أي باستخدام كابل مسطح أو شريطي، أو كابل شريطي مسطح ومجدول هجين، إذا سمحت قيود التوافق الكهرومغناطيسي والطول وعرض النطاق الترددي : RS-232 ، ^[8] RS-422 ، RS-485 ، ^[9] CAN ، ^[10] GPIB ، SCSI ، ^[11] إلخ.
• الأسلاك المجدولة هي الوسيلة الأكثر استخدامًا في جميع الاتصالات. ^{[ بحاجة لمصدر ]} تتكون الكابلات المجدولة من أسلاك نحاسية ملتوية في أزواج. تتكون أسلاك الهاتف العادية من سلكين نحاسيين معزولين ملتويين في أزواج. تتكون كابلات شبكة الكمبيوتر ( إيثرنت السلكية كما هو محدد بواسطة IEEE 802.3 ) من 4 أزواج من الكابلات النحاسية التي يمكن استخدامها لكل من نقل الصوت والبيانات. يساعد استخدام سلكين ملتويين معًا على تقليل التداخل والحث الكهرومغناطيسي . تتراوح سرعة النقل من 2 مليون بت في الثانية إلى 10 مليارات بت في الثانية. تأتي الكابلات المجدولة في شكلين: زوج مجدول غير محمي (UTP) وزوج مجدول محمي (STP). يأتي كل شكل في عدة تصنيفات فئة، مصممة للاستخدام في سيناريوهات مختلفة.

• الألياف الضوئية هي ألياف زجاجية. وهي تحمل نبضات ضوئية تمثل البيانات. ومن بين مزايا الألياف الضوئية مقارنة بالأسلاك المعدنية انخفاض معدل فقدان الإرسال والحماية من التداخل الكهربائي. ويمكن للألياف الضوئية أن تحمل في نفس الوقت أطوال موجية متعددة من الضوء، مما يزيد بشكل كبير من معدل إرسال البيانات، ويساعد في تمكين معدلات بيانات تصل إلى تريليونات البتات في الثانية. ويمكن استخدام الألياف الضوئية في تمديدات طويلة من الكابلات التي تحمل معدلات بيانات عالية للغاية، كما تستخدم في كابلات الاتصالات تحت الماء لربط القارات.

السعر هو العامل الرئيسي الذي يميز خيارات التكنولوجيا السلكية واللاسلكية في أي عمل تجاري. تتمتع الخيارات اللاسلكية بميزة سعرية يمكن أن تجعل شراء أجهزة الكمبيوتر والطابعات والأجهزة الأخرى السلكية ميزة مالية. قبل اتخاذ قرار شراء منتجات التكنولوجيا السلكية، من الضروري مراجعة القيود والحدود الخاصة بالاختيارات. قد تتغلب احتياجات العمل والموظفين على أي اعتبارات تتعلق بالتكلفة. ^[12]

• الموجات الدقيقة الأرضية  – تستخدم الاتصالات بالموجات الدقيقة الأرضية أجهزة إرسال واستقبال أرضية تشبه أطباق الأقمار الصناعية. الموجات الدقيقة الأرضية تقع في نطاق الجيجاهيرتز المنخفض، مما يحد من جميع الاتصالات إلى خط البصر. تتباعد محطات التتابع بمسافة 50 كم تقريبًا (30 ميلاً).
• أقمار الاتصالات  – تتواصل الأقمار الصناعية عبر موجات الراديو الميكروية، والتي لا تنحرف بفعل الغلاف الجوي للأرض. وتستقر الأقمار الصناعية في الفضاء، عادةً في مدار ثابت جغرافيًا على ارتفاع 35786 كيلومترًا (22236 ميلًا) فوق خط الاستواء. وتتمتع هذه الأنظمة التي تدور حول الأرض بالقدرة على استقبال ونقل الإشارات الصوتية والبيانات والتلفزيونية.
• تستخدم أنظمة الهاتف الخلوي وأنظمة الاتصالات الشخصية العديد من تقنيات الاتصالات اللاسلكية. وتقسم الأنظمة المنطقة المغطاة إلى مناطق جغرافية متعددة. وتحتوي كل منطقة على جهاز إرسال منخفض الطاقة أو جهاز هوائي لإعادة توجيه المكالمات من منطقة إلى المنطقة التالية.
• تقنيات الراديو والطيف المنتشر  - تستخدم الشبكات المحلية اللاسلكية تقنية راديو عالية التردد تشبه الخلوية الرقمية وتقنية الراديو منخفضة التردد. تستخدم شبكات LAN اللاسلكية تقنية الطيف المنتشر لتمكين الاتصال بين أجهزة متعددة في منطقة محدودة. يحدد IEEE 802.11 نوعًا مشتركًا من تقنية الموجات الراديوية اللاسلكية ذات المعايير المفتوحة المعروفة باسم Wi-Fi .
• تستخدم الاتصالات الضوئية في الفضاء الحر الضوء المرئي أو غير المرئي للاتصالات. وفي معظم الحالات، يتم استخدام الانتشار في خط البصر ، مما يحد من التموضع المادي لأجهزة الاتصال.

لقد كانت هناك محاولات مختلفة لنقل البيانات عبر الوسائط الغريبة:

• كان IP over Avian Carriers عبارة عن طلب تعليقات مضحك تم إصداره في الأول من أبريل، وتم إصداره كـ RFC 1149. وتم تنفيذه في الحياة الواقعية في عام 2001. ^[13]
• توسيع شبكة الإنترنت إلى أبعاد بين الكواكب عبر الموجات الراديوية، الإنترنت بين الكواكب . ^[14]

تتمتع كلتا الحالتين بوقت تأخير ذهابًا وإيابًا كبيرًا ، مما يؤدي إلى بطء الاتصال في الاتجاهين، لكنه لا يمنع إرسال كميات كبيرة من المعلومات.

العقد الشبكية هي نقاط اتصال وسيط الإرسال بأجهزة الإرسال والاستقبال للإشارات الكهربائية أو الضوئية أو الراديوية التي يحملها الوسيط. قد تكون العقد مرتبطة بجهاز كمبيوتر، ولكن قد تحتوي أنواع معينة على متحكم دقيق فقط في العقدة أو ربما لا تحتوي على جهاز قابل للبرمجة على الإطلاق. في أبسط الترتيبات التسلسلية، يمكن توصيل جهاز إرسال RS-232 واحد بواسطة زوج من الأسلاك بجهاز استقبال واحد، مما يشكل عقدتين على رابط واحد، أو طوبولوجيا نقطة إلى نقطة. تسمح بعض البروتوكولات لعقدة واحدة فقط إما بالإرسال أو الاستقبال (على سبيل المثال، ARINC 429 ). تحتوي بروتوكولات أخرى على عقد يمكنها الإرسال والاستقبال في قناة واحدة (على سبيل المثال، يمكن أن يحتوي CAN على العديد من أجهزة الإرسال والاستقبال المتصلة بحافلة واحدة). في حين أن وحدات بناء النظام التقليدية لشبكة الكمبيوتر تشمل وحدات تحكم واجهة الشبكة (NICs)، والمكررات ، والمحاور ، والجسور ، والمفاتيح ، والموجهات ، والمودمات ، والبوابات ، وجدران الحماية ، فإن معظمها يعالج مخاوف الشبكة خارج نطاق طوبولوجيا الشبكة المادية ويمكن تمثيلها كعقد فردية على طوبولوجيا شبكة مادية معينة.

وحدة تحكم واجهة الشبكة (NIC) هي أجهزة كمبيوتر توفر للكمبيوتر القدرة على الوصول إلى وسائط النقل، ولديها القدرة على معالجة معلومات الشبكة منخفضة المستوى. على سبيل المثال، قد تحتوي وحدة تحكم واجهة الشبكة على موصل لقبول كبل، أو هوائي للإرسال والاستقبال اللاسلكي، والدوائر المرتبطة بها.

تستجيب بطاقة NIC لحركة المرور الموجهة إلى عنوان الشبكة سواء لبطاقة NIC أو للكمبيوتر ككل.

في شبكات Ethernet ، يكون لكل وحدة تحكم في واجهة الشبكة عنوان تحكم فريد في الوصول إلى الوسائط (MAC) — يتم تخزينه عادةً في الذاكرة الدائمة لوحدة التحكم. لتجنب تعارضات العناوين بين أجهزة الشبكة، تحافظ مؤسسة مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) على تفرد عنوان MAC وتديره. يبلغ حجم عنوان MAC لشبكة Ethernet ستة أوكتات . يتم حجز الثمانيات الثلاثة الأكثر أهمية لتحديد مصنعي بطاقات NIC. يقوم هؤلاء المصنعون، باستخدام البادئات المخصصة لهم فقط، بتعيين الثمانيات الثلاثة الأقل أهمية بشكل فريد لكل واجهة Ethernet ينتجونها.

المكرر هو جهاز إلكتروني يستقبل إشارة الشبكة وينظفها من الضوضاء غير الضرورية ويعيد توليدها. يمكن إصلاح الإشارة أو إعادة إرسالها بمستوى طاقة أعلى، إلى الجانب الآخر من العائق ربما باستخدام وسيط إرسال مختلف، بحيث يمكن للإشارة تغطية مسافات أطول دون تدهور. امتدت مكررات الشبكة التجارية من 15 مترًا إلى أكثر من كيلومتر واحد. ^[15] في معظم تكوينات إيثرنت ذات الزوج المجدول، تكون المكررات مطلوبة للكابل الذي يمتد لأكثر من 100 متر. مع الألياف الضوئية، يمكن أن تكون المكررات على بعد عشرات أو حتى مئات الكيلومترات.

تعمل المكررات ضمن الطبقة المادية لنموذج OSI، أي أنه لا يوجد تغيير من البداية إلى النهاية في البروتوكول المادي عبر المكرر أو زوج المكررات، حتى إذا تم استخدام طبقة مادية مختلفة بين طرفي المكرر أو زوج المكررات. تتطلب المكررات قدرًا صغيرًا من الوقت لتجديد الإشارة. يمكن أن يتسبب هذا في تأخير الانتشار الذي يؤثر على أداء الشبكة وقد يؤثر على الوظيفة المناسبة. نتيجة لذلك، تحد العديد من بنيات الشبكة من عدد المكررات التي يمكن استخدامها في صف واحد، على سبيل المثال، قاعدة Ethernet 5-4-3 .

يُطلق على المكرر الذي يحتوي على منافذ متعددة اسم المحور، أو محور إيثرنت في شبكات إيثرنت، أو محور USB في شبكات USB.

• تستخدم شبكات USB محاور لتشكيل طوبولوجيات نجمية متعددة المستويات.
• أصبحت محاور ومكررات Ethernet في شبكات LAN قديمة إلى حد كبير بواسطة المفاتيح الحديثة .

يقوم جسر الشبكة بربط وتصفية حركة المرور بين قسمين من الشبكة عند طبقة ارتباط البيانات (الطبقة 2) من نموذج OSI لتشكيل شبكة واحدة. يؤدي هذا إلى كسر مجال التصادم في الشبكة ولكنه يحافظ على مجال بث موحد. تعمل عملية تقسيم الشبكة على تقسيم الشبكة الكبيرة المزدحمة إلى مجموعة من الشبكات الأصغر والأكثر كفاءة.

تأتي الجسور في ثلاثة أنواع أساسية:

• الجسور المحلية: ربط شبكات LAN مباشرة
• الجسور البعيدة: يمكن استخدامها لإنشاء رابط شبكة منطقة واسعة (WAN) بين شبكات LAN. وقد تم استبدال الجسور البعيدة، حيث يكون رابط الاتصال أبطأ من الشبكات الطرفية، بأجهزة التوجيه إلى حد كبير.
• الجسور اللاسلكية: يمكن استخدامها للانضمام إلى شبكات LAN أو توصيل الأجهزة البعيدة بشبكات LAN.

مفتاح الشبكة هو جهاز يقوم بإعادة توجيه وتصفية حزم البيانات ( الإطارات ) من الطبقة 2 من OSI بين المنافذ بناءً على عنوان MAC الوجهة في كل إطار. ^[16] يختلف المفتاح عن المحور في أنه يقوم فقط بإعادة توجيه الإطارات إلى المنافذ المادية المشاركة في الاتصال بدلاً من جميع المنافذ المتصلة. يمكن اعتباره جسرًا متعدد المنافذ. ^[17] يتعلم ربط المنافذ المادية بعناوين MAC من خلال فحص عناوين المصدر للإطارات المستلمة. إذا تم استهداف وجهة غير معروفة، يبث المفتاح إلى جميع المنافذ باستثناء المصدر. تحتوي المفاتيح عادةً على العديد من المنافذ، مما يسهل طوبولوجيا النجمة للأجهزة، وتسلسل المفاتيح الإضافية.

تتمتع المفاتيح متعددة الطبقات بالقدرة على التوجيه استنادًا إلى عنونة الطبقة 3 أو مستويات منطقية إضافية. غالبًا ما يُستخدم مصطلح المفتاح بشكل فضفاض ليشمل أجهزة مثل أجهزة التوجيه والجسور، بالإضافة إلى الأجهزة التي قد توزع حركة المرور استنادًا إلى الحمل أو استنادًا إلى محتوى التطبيق (على سبيل المثال، معرف عنوان URL للويب ).

الموجه هو جهاز ربط بين الشبكات يقوم بإعادة توجيه الحزم بين الشبكات من خلال معالجة معلومات التوجيه المضمنة في الحزمة أو حزمة البيانات (معلومات بروتوكول الإنترنت من الطبقة 3). غالبًا ما تتم معالجة معلومات التوجيه بالتزامن مع جدول التوجيه (أو جدول إعادة التوجيه). يستخدم الموجه جدول التوجيه الخاص به لتحديد المكان الذي يجب إعادة توجيه الحزم إليه. يمكن أن تتضمن الوجهة في جدول التوجيه ثقبًا أسودًا لأن البيانات يمكن أن تدخل إليه، ومع ذلك، لا تتم معالجة المزيد من البيانات، أي يتم إسقاط الحزم.

تُستخدم أجهزة المودم (MOdulator-DEModulator) لتوصيل عقد الشبكة عبر سلك غير مصمم أصلاً لحركة مرور الشبكة الرقمية أو للاتصال اللاسلكي. وللقيام بذلك، يتم تعديل إشارة حاملة واحدة أو أكثر بواسطة الإشارة الرقمية لإنتاج إشارة تناظرية يمكن تخصيصها لإعطاء الخصائص المطلوبة للإرسال. تُستخدم أجهزة المودم عادةً لخطوط الهاتف، باستخدام تقنية خط المشترك الرقمي .

جدار الحماية هو جهاز شبكة للتحكم في أمان الشبكة وقواعد الوصول. عادةً ما يتم تكوين جدران الحماية لرفض طلبات الوصول من مصادر غير معروفة مع السماح بالإجراءات من مصادر معروفة. يتزايد الدور الحيوي الذي تلعبه جدران الحماية في أمان الشبكة بالتوازي مع الزيادة المستمرة في الهجمات الإلكترونية .

تتضمن دراسة طوبولوجيا الشبكة ثمانية طوبولوجيات أساسية: نقطة إلى نقطة، وناقل، ونجمة، وحلقة أو دائرية، وشبكة، وشجرة، وهجينة، أو سلسلة متسلسلة. ^[18]

أبسط طوبولوجيا تحتوي على رابط مخصص بين نقطتين نهائيتين. والأسهل فهمًا من بين الاختلافات في طوبولوجيا نقطة إلى نقطة هو قناة اتصال من نقطة إلى نقطة تبدو للمستخدم وكأنها مرتبطة بشكل دائم بنقطتي النهاية. والهاتف المصنوع من علبة الصفيح الخاص بالطفل هو أحد الأمثلة على قناة مخصصة مادية .

باستخدام تقنيات التبديل الدائري أو التبديل بالحزم ، يمكن إعداد دائرة من نقطة إلى نقطة بشكل ديناميكي وإسقاطها عندما لا تكون هناك حاجة إليها. تشكل طوبولوجيات التبديل من نقطة إلى نقطة النموذج الأساسي للهاتف التقليدي .

تتمثل قيمة شبكة نقطة إلى نقطة الدائمة في الاتصالات غير المعوقة بين نقطتي النهاية. وتتناسب قيمة الاتصال من نقطة إلى نقطة عند الطلب مع عدد الأزواج المحتملين من المشتركين وقد تم التعبير عنها بقانون ميتكالف .

يتم تنفيذ عملية التسلسل عن طريق توصيل كل جهاز كمبيوتر على التوالي بالجهاز التالي. إذا كانت الرسالة موجهة إلى جهاز كمبيوتر في منتصف الطريق، يقوم كل نظام بإرسالها على التوالي حتى تصل إلى الوجهة. يمكن أن تتخذ الشبكة المتسلسلة شكلين أساسيين: خطي وحلقي.

• توفر الطوبولوجيا الخطية رابطًا ثنائي الاتجاه بين جهاز كمبيوتر وآخر. ومع ذلك، كان هذا مكلفًا في الأيام الأولى للحوسبة، حيث كان كل جهاز كمبيوتر (باستثناء الأجهزة الموجودة في كل طرف) يتطلب جهازين استقبال وجهازين إرسال.
• من خلال ربط أجهزة الكمبيوتر عند كل طرف من طرفي السلسلة، يمكن تشكيل طوبولوجيا حلقية . عندما ترسل عقدة رسالة، تتم معالجة الرسالة بواسطة كل جهاز كمبيوتر في الحلقة. تتمثل إحدى مزايا الحلقة في إمكانية تقليص عدد أجهزة الإرسال والاستقبال إلى النصف. نظرًا لأن الرسالة ستدور في النهاية حول نفسها بالكامل، فلا يلزم أن يسير الإرسال في كلا الاتجاهين. بدلاً من ذلك، يمكن استخدام الحلقة لتحسين تحمل الأخطاء. إذا انقطعت الحلقة عند رابط معين، فيمكن إرسال الإرسال عبر المسار العكسي وبالتالي ضمان اتصال جميع العقد دائمًا في حالة حدوث فشل واحد.

في الشبكات المحلية التي تستخدم طوبولوجيا الناقل، يتم توصيل كل عقدة بواسطة موصلات واجهة بكابل مركزي واحد. هذا هو "الناقل"، ويشار إليه أيضًا باسم العمود الفقري أو الجذع  - يتم نقل جميع البيانات المنقولة بين العقد في الشبكة عبر وسيط النقل المشترك هذا ويمكن استقبالها بواسطة جميع العقد في الشبكة في وقت واحد. ^[1]

تنتقل الإشارة التي تحتوي على عنوان الجهاز المستقبل المقصود من جهاز المصدر في كلا الاتجاهين إلى جميع الأجهزة المتصلة بالحافلة حتى تجد المستقبل المقصود، والذي يقبل البيانات بعد ذلك. إذا لم يتطابق عنوان الجهاز مع العنوان المقصود للبيانات، يتم تجاهل جزء البيانات من الإشارة. نظرًا لأن طوبولوجيا الحافلة تتكون من سلك واحد فقط، فإن تنفيذها أقل تكلفة من الطوبولوجيات الأخرى، ولكن يتم تعويض التوفير من خلال التكلفة الأعلى لإدارة الشبكة. بالإضافة إلى ذلك، نظرًا لأن الشبكة تعتمد على كبل واحد، فقد يكون نقطة الفشل الوحيدة للشبكة. في هذه الطوبولوجيا، يمكن الوصول إلى البيانات المنقولة بواسطة أي عقدة.

في شبكة الحافلات الخطية، تكون جميع عقد الشبكة متصلة بوسط نقل مشترك يحتوي على نقطتي نهاية فقط. وعندما تصل الإشارة الكهربائية إلى نهاية الحافلة، تنعكس الإشارة مرة أخرى على طول الخط، مما يتسبب في حدوث تداخل غير مرغوب فيه. ولمنع ذلك، يتم إنهاء نقطتي النهاية للحافلة عادةً بجهاز يسمى المنهي .

في شبكة الحافلات الموزعة، تكون جميع عقد الشبكة متصلة بوسيلة نقل مشتركة بأكثر من نقطتي نهاية، يتم إنشاؤها عن طريق إضافة فروع إلى القسم الرئيسي لوسيلة النقل - تعمل طوبولوجيا الحافلة الموزعة المادية بنفس الطريقة تمامًا مثل طوبولوجيا الحافلة الخطية المادية لأن جميع العقد تشترك في وسيط نقل مشترك.

في طوبولوجيا النجمة (وتسمى أيضًا المحور والأضلاع)، يتم توصيل كل عقدة محيطية (محطة عمل كمبيوتر أو أي جهاز محيطي آخر) بعقدة مركزية تسمى المحور أو المفتاح. المحور هو الخادم والأجهزة المحيطية هي العملاء. ليس من الضروري أن تشبه الشبكة نجمًا لتصنيفها كشبكة نجمية، ولكن يجب توصيل جميع العقد المحيطية على الشبكة بمحور مركزي واحد. تمر كل حركة المرور التي تمر عبر الشبكة عبر المحور المركزي، والذي يعمل كمكرر للإشارة .

تعتبر طوبولوجيا النجمة أسهل طوبولوجيا في التصميم والتنفيذ. إحدى مزايا طوبولوجيا النجمة هي بساطة إضافة عقد إضافية. العيب الأساسي لطوبولوجيا النجمة هو أن المحور يمثل نقطة فشل واحدة. أيضًا، نظرًا لأن جميع الاتصالات الطرفية يجب أن تتدفق عبر المحور المركزي، فإن النطاق الترددي المركزي الكلي يشكل عنق زجاجة للشبكة للمجموعات الكبيرة.

تمتد طوبولوجيا شبكة النجوم الممتدة إلى طوبولوجيا نجمية مادية من خلال مكرر واحد أو أكثر بين العقدة المركزية والعقد الطرفية (أو "العقدة") وتستخدم المكررات لتمديد أقصى مسافة إرسال للطبقة المادية، وهي المسافة من نقطة إلى نقطة بين العقدة المركزية والعقد الطرفية. تسمح المكررات بمسافة إرسال أكبر، أبعد مما يمكن تحقيقه باستخدام طاقة الإرسال للعقدة المركزية فقط. يمكن أن يتغلب استخدام المكررات أيضًا على القيود المفروضة من المعيار الذي تستند إليه الطبقة المادية.

تعتبر طوبولوجيا النجمة الممتدة المادية التي يتم فيها استبدال المكررات بمحاور أو مفاتيح نوعًا من طوبولوجيا الشبكة الهجينة ويشار إليها باسم طوبولوجيا النجمة الهرمية المادية، على الرغم من أن بعض النصوص لا تميز بين الطوبولوجيان.

يمكن أيضًا الإشارة إلى طوبولوجيا النجمة الهرمية الفيزيائية باسم طوبولوجيا النجمة الطبقية. تختلف هذه الطوبولوجيا عن طوبولوجيا الشجرة في الطريقة التي تتصل بها شبكات النجوم معًا. تستخدم طوبولوجيا النجمة الطبقية عقدة مركزية، بينما تستخدم طوبولوجيا الشجرة ناقلًا مركزيًا ويمكن أيضًا الإشارة إليها باسم شبكة النجمة الناقلة.

النجمة الموزعة هي طوبولوجيا شبكة مكونة من شبكات فردية تعتمد على طوبولوجيا النجمة المادية المتصلة بطريقة خطية - أي "متسلسلة" - بدون نقطة اتصال مركزية أو نقطة اتصال على المستوى الأعلى (على سبيل المثال، محوران "مكدسان" أو أكثر، إلى جانب العقد المتصلة بالنجمة أو "المتحدثين" المرتبطين بها).

طوبولوجيا الحلقة عبارة عن سلسلة متصلة في حلقة مغلقة. تنتقل البيانات حول الحلقة في اتجاه واحد. عندما ترسل إحدى العقد بيانات إلى أخرى، تمر البيانات عبر كل عقدة وسيطة على الحلقة حتى تصل إلى وجهتها. تكرر العقد الوسيطة (تعيد إرسال) البيانات للحفاظ على قوة الإشارة. ^[5] كل عقدة هي نظير؛ لا توجد علاقة هرمية بين العملاء والخوادم. إذا كانت إحدى العقد غير قادرة على إعادة إرسال البيانات، فإنها تقطع الاتصال بين العقد قبلها وبعدها في الناقل.

المميزات:

• عندما يزداد الحمل على الشبكة، يكون أداءها أفضل من طوبولوجيا الناقل.
• ليست هناك حاجة إلى خادم شبكة للتحكم في الاتصال بين محطات العمل.

العيوب:

• يتعرض النطاق الترددي الإجمالي للشبكة إلى الاختناق بسبب الرابط الأضعف بين عقدتين.

إن قيمة الشبكات المتداخلة بالكامل تتناسب مع أس عدد المشتركين، على افتراض أن مجموعات الاتصال لأي نقطتين نهائيتين، بما في ذلك جميع نقاط النهاية، يتم تقريبها بواسطة قانون ريد .

في الشبكة المتصلة بالكامل ، تكون جميع العقد مترابطة. (في نظرية الرسم البياني، يُطلق على هذا الرسم البياني الكامل ). أبسط شبكة متصلة بالكامل هي شبكة مكونة من عقدتين. لا تحتاج الشبكة المتصلة بالكامل إلى استخدام تبديل الحزم أو البث . ومع ذلك، نظرًا لأن عدد الاتصالات ينمو بشكل تربيعي مع عدد العقد:

${\displaystyle c={\frac {n(n-1)}{2}}.\,}$

وهذا يجعل الأمر غير عملي بالنسبة للشبكات الكبيرة. هذا النوع من الطوبولوجيا لا يتعطل ولا يؤثر على العقد الأخرى في الشبكة.

في الشبكة المتصلة جزئيًا، تكون بعض العقد متصلة بعقدة أخرى تمامًا؛ ولكن بعض العقد متصلة بعقدتين أو أكثر من خلال رابط من نقطة إلى نقطة. وهذا يجعل من الممكن الاستفادة من بعض التكرار في طوبولوجيا الشبكة المتصلة فعليًا بالكامل، دون التكلفة والتعقيد المطلوبين للاتصال بين كل عقدة في الشبكة.

تُعرف الطوبولوجيا الهجينة أيضًا باسم الشبكة الهجينة. ^[19] تجمع الشبكات الهجينة بين طوبولوجياتين أو أكثر بطريقة لا تعرض الشبكة الناتجة إحدى الطوبولوجيات القياسية (على سبيل المثال، الحافلة، النجمة، الحلقة، إلخ). على سبيل المثال، شبكة الشجرة (أو شبكة الحافلة النجمية ) هي طوبولوجيا هجينة حيث تكون الشبكات النجمية مترابطة عبر شبكات الحافلات . ^{[20] [21]} ومع ذلك، فإن شبكة الشجرة المتصلة بشبكة شجرة أخرى لا تزال شبكة شجرة من الناحية الطوبولوجية، وليست نوعًا مميزًا من الشبكات. يتم إنتاج طوبولوجيا هجينة دائمًا عند توصيل طوبولوجيات شبكية أساسية مختلفة.

تتكون شبكة الحلقات النجمية من شبكتين حلقيتين أو أكثر متصلتين باستخدام وحدة وصول متعددة المحطات (MAU) كمحور مركزي.

تتميز طوبولوجيا ندفة الثلج بأنها متداخلة في القلب، ولكنها على شكل شجرة عند الحواف. ^[22]

هناك نوعان آخران من الشبكات الهجينة وهما الشبكة الهجينة والنجمة الهرمية . ^[20]

تقلل طوبولوجيا النجمة من احتمالية فشل الشبكة من خلال ربط جميع العقد الطرفية (أجهزة الكمبيوتر، إلخ) بعقدة مركزية. عندما يتم تطبيق طوبولوجيا النجمة المادية على شبكة ناقل منطقية مثل Ethernet ، تعيد هذه العقدة المركزية (المحور تقليديًا) بث جميع عمليات الإرسال المستلمة من أي عقدة طرفية إلى جميع العقد الطرفية على الشبكة، بما في ذلك العقدة الأصلية في بعض الأحيان. وبالتالي، يمكن لجميع العقد الطرفية التواصل مع جميع العقد الأخرى عن طريق الإرسال إلى العقدة المركزية فقط والاستقبال منها. سيؤدي فشل خط النقل الذي يربط أي عقدة طرفية بالعقدة المركزية إلى عزل هذه العقدة الطرفية عن جميع العقد الأخرى، ولكن العقد الطرفية المتبقية لن تتأثر. ومع ذلك، فإن العيب هو أن فشل العقدة المركزية سيؤدي إلى فشل جميع العقد الطرفية.

إذا كانت العقدة المركزية سلبية ، فيجب أن تكون العقدة الأصلية قادرة على تحمل استقبال صدى إرسالها الخاص، والذي يتأخر بسبب وقت الإرسال ذهابًا وإيابًا في الاتجاهين (أي من وإلى العقدة المركزية) بالإضافة إلى أي تأخير يتم إنشاؤه في العقدة المركزية. تحتوي شبكة النجوم النشطة على عقدة مركزية نشطة عادةً ما يكون لديها الوسائل لمنع المشكلات المتعلقة بالصدى.

يمكن النظر إلى طوبولوجيا الشجرة (المعروفة أيضًا باسم الطوبولوجيا الهرمية ) على أنها مجموعة من شبكات النجوم المرتبة في تسلسل هرمي . تحتوي بنية الشجرة هذه على عقد محيطية فردية (مثل الأوراق) مطلوب منها الإرسال والاستقبال من عقدة أخرى فقط ولا يُطلب منها العمل كمكررات أو مولدات. على عكس شبكة النجوم، قد يتم توزيع وظائف العقدة المركزية.

وكما هو الحال في شبكة النجوم التقليدية، فإن العقد الفردية قد تظل معزولة عن الشبكة بسبب فشل نقطة واحدة في مسار الإرسال إلى العقدة. وإذا فشل رابط يربط بين ورقة، فإن هذه الورقة تصبح معزولة؛ وإذا فشل اتصال بعقدة غير ورقة، فإن قسمًا كاملاً من الشبكة يصبح معزولًا عن بقية الأجزاء.

لتخفيف كمية حركة المرور على الشبكة الناتجة عن بث جميع الإشارات إلى جميع العقد، تم تطوير عقد مركزية أكثر تقدمًا قادرة على تتبع هويات العقد المتصلة بالشبكة. ستتعلم مفاتيح الشبكة هذه تخطيط الشبكة من خلال الاستماع إلى كل منفذ أثناء نقل البيانات العادي، وفحص حزم البيانات وتسجيل عنوان/معرف كل عقدة متصلة والمنفذ الذي تتصل به في جدول بحث محفوظ في الذاكرة. يسمح جدول البحث هذا بعد ذلك بإعادة توجيه عمليات الإرسال المستقبلية إلى الوجهة المقصودة فقط.

طوبولوجيا السلسلة المتسلسلة هي طريقة لربط عقد الشبكة في بنية خطية أو حلقية. تُستخدم لنقل الرسائل من عقدة إلى أخرى حتى تصل إلى العقدة الوجهة.

يمكن أن يكون للشبكة المتسلسلة نوعان: خطية وحلقية. الشبكة المتسلسلة الخطية تشبه السلسلة الكهربائية، حيث لا تكون العقدة الأولى والأخيرة متصلة. الشبكة المتسلسلة الحلقية هي حيث تكون العقدة الأولى والأخيرة متصلة، لتشكل حلقة.

في طوبولوجيا الشبكة المتصلة جزئيًا، يوجد عقدتان على الأقل بينهما مساران أو أكثر لتوفير مسارات زائدة في حالة فشل الرابط الذي يوفر أحد المسارات. غالبًا ما تُستخدم اللامركزية للتعويض عن عيب فشل النقطة الواحدة الموجود عند استخدام جهاز واحد كعقدة مركزية (على سبيل المثال، في شبكات النجمة والشجر). نوع خاص من الشبكات، يحد من عدد القفزات بين عقدتين، هو المكعب الفائق . يجعل عدد الشوكات التعسفية في شبكات الشبكة تصميمها وتنفيذها أكثر صعوبة، لكن طبيعتها اللامركزية تجعلها مفيدة للغاية.

وهذا يشبه إلى حد ما الشبكة الشبكية ، حيث يتم استخدام طوبولوجيا خطية أو حلقية لتوصيل الأنظمة في اتجاهات متعددة. على سبيل المثال، تحتوي الحلقة متعددة الأبعاد على طوبولوجيا حلقية .

الشبكة المتصلة بالكامل أو الطوبولوجيا الكاملة أو الطوبولوجيا الشبكية الكاملة هي طوبولوجيا شبكة يوجد فيها رابط مباشر بين جميع أزواج العقد. في شبكة متصلة بالكامل بها n عقدة، توجد روابط مباشرة. عادةً ما تكون الشبكات المصممة بهذه الطوبولوجيا مكلفة للغاية للإعداد، لكنها توفر درجة عالية من الموثوقية بسبب المسارات المتعددة للبيانات التي يوفرها العدد الكبير من الروابط المكررة بين العقد. تُستخدم هذه الطوبولوجيا غالبًا في التطبيقات العسكرية .${\displaystyle {\frac {n(n-1)}{2}}\,}$

• شبكة رباعية السطوح الأساسية: تطبيق بنية رباعية السطوح لإنشاء شبكة بيانات أساسية ثلاثية الأبعاد جزئية مرنة للحرم الجامعي