بنية الشبكة
تُعرف طوبولوجيا الشبكة بأنها ترتيب عناصر شبكة الاتصالات ( الروابط ، والعُقد ، وما إلى ذلك). [ 1 ] [ 2 ] ويمكن استخدام طوبولوجيا الشبكة لتحديد أو وصف ترتيب أنواع مختلفة من شبكات الاتصالات، بما في ذلك شبكات الراديو للتحكم والسيطرة ، [ 3 ] وشبكات النقل الميداني الصناعية وشبكات الحاسوب .
تُعرف طوبولوجيا الشبكة بأنها البنية الطوبولوجية [ 4 ] للشبكة، ويمكن تمثيلها ماديًا أو منطقيًا. وهي تطبيق لنظرية الرسوم البيانية [ 3 ] حيث تُنمذج الأجهزة المتصلة كعُقد، وتُنمذج الاتصالات بين هذه الأجهزة كروابط أو خطوط بين العُقد. تُعنى الطوبولوجيا المادية بمواقع مكونات الشبكة المختلفة (مثل مواقع الأجهزة وتركيب الكابلات)، بينما تُوضح الطوبولوجيا المنطقية كيفية تدفق البيانات داخل الشبكة. قد تختلف المسافات بين العُقد، والوصلات المادية، ومعدلات الإرسال ، أو أنواع الإشارات بين شبكتين مختلفتين، ومع ذلك قد تكون طوبولوجياهما المنطقية متطابقة. تُعد الطوبولوجيا المادية للشبكة من أهم اهتمامات الطبقة المادية في نموذج OSI .
تُعدّ الشبكات المحلية ( LAN ) من الأمثلة على بنى الشبكات، وهي من أكثر أنواع شبكات الحاسوب شيوعًا. لكل عقدة في الشبكة المحلية رابط مادي واحد أو أكثر مع أجهزة أخرى في الشبكة؛ ويؤدي تمثيل هذه الروابط بيانيًا إلى شكل هندسي يُستخدم لوصف البنية المادية للشبكة. وقد استُخدمت أنواع عديدة من البنى المادية في الشبكات المحلية، منها الحلقية ، والخطية ، والشبكية ، والنجمية . في المقابل، يُحدد رسم مسار تدفق البيانات بين المكونات البنية المنطقية للشبكة. أما شبكات التحكم (CAN) ، الشائعة في المركبات، فهي في الأساس شبكات أنظمة تحكم موزعة تتكون من وحدة تحكم واحدة أو أكثر متصلة بأجهزة استشعار ومحركات عبر بنية خطية مادية.
الطوبولوجيا

توجد فئتان أساسيتان من طوبولوجيات الشبكات: الطوبولوجيات الفيزيائية والطوبولوجيات المنطقية. [ 5 ]
يُعرف تخطيط وسائط النقل المستخدمة لربط الأجهزة بالبنية الفيزيائية للشبكة. بالنسبة للوسائط الموصلة أو الألياف الضوئية، يشير هذا إلى تخطيط الكابلات ، ومواقع العقد، والروابط بين العقد والكابلات. [ 1 ] تُحدد البنية الفيزيائية للشبكة بناءً على إمكانيات أجهزة ووسائط الوصول إلى الشبكة، ومستوى التحكم أو تحمل الأعطال المطلوب، والتكلفة المرتبطة بالكابلات أو دوائر الاتصالات.
على النقيض من ذلك، تُعرَّف الطوبولوجيا المنطقية بأنها الطريقة التي تعمل بها الإشارات على وسائط الشبكة، [ 6 ] أو الطريقة التي تمر بها البيانات عبر الشبكة من جهاز إلى آخر بغض النظر عن الترابط المادي بين الأجهزة. [ 7 ] لا تتطابق الطوبولوجيا المنطقية للشبكة بالضرورة مع طوبولوجياها المادية. على سبيل المثال، كانت شبكة إيثرنت الأصلية ذات الأزواج الملتوية باستخدام موزعات إعادة الإرسال طوبولوجيا ناقل منطقية محمولة على طوبولوجيا نجمية مادية. أما شبكة Token Ring فهي طوبولوجيا حلقة منطقية، ولكنها موصلة كشبكة نجمية مادية من وحدة الوصول إلى الوسائط . من الناحية المادية، يمكن أن تكون شبكة إيثرنت المحولة ثنائية الاتجاه الكاملة في إلكترونيات الطيران (AFDX) طوبولوجيا نجمية متتالية من عدة محولات إيثرنت مزدوجة زائدة؛ ومع ذلك، يتم نمذجة الروابط الافتراضية لشبكة AFDX على أنها وصلات ناقل أحادية المرسل يتم تبديلها زمنيًا ، وبالتالي تتبع نموذج السلامة لطوبولوجيا ناقل أحادية المرسل المستخدمة سابقًا في الطائرات. غالبًا ما ترتبط الطوبولوجيات المنطقية ارتباطًا وثيقًا بأساليب وبروتوكولات التحكم في الوصول إلى الوسائط . تستطيع بعض الشبكات تغيير بنيتها المنطقية ديناميكيًا من خلال تغييرات في تكوين أجهزة التوجيه والمحولات الخاصة بها.
روابط
تشمل وسائط النقل (التي يُشار إليها غالبًا في الأدبيات بالوسائط المادية ) المستخدمة لربط الأجهزة لتشكيل شبكة حاسوبية ، الكابلات الكهربائية ( مثل الإيثرنت ، وHomePNA ، واتصالات خطوط الطاقة ، وG.hn )، والألياف الضوئية ( اتصالات الألياف الضوئية )، وموجات الراديو ( الشبكات اللاسلكية ). في نموذج OSI ، تُعرَّف هذه الوسائط في الطبقتين 1 و2، وهما الطبقة المادية وطبقة ربط البيانات على التوالي.
تُعرف عائلة وسائط النقل المستخدمة على نطاق واسع في تقنية الشبكات المحلية ( LAN ) باسم الإيثرنت . وتُحدد معايير الوسائط والبروتوكولات التي تُمكّن الاتصال بين الأجهزة المتصلة بالشبكة عبر الإيثرنت بواسطة معيار IEEE 802.3 . ينقل الإيثرنت البيانات عبر كابلات النحاس والألياف الضوئية. تستخدم معايير الشبكات المحلية اللاسلكية (مثل تلك المحددة في معيار IEEE 802.11 ) موجات الراديو، بينما تستخدم معايير أخرى إشارات الأشعة تحت الحمراء كوسيط نقل. أما الاتصال عبر خطوط الطاقة فيعتمد على كابلات الطاقة في المبنى لنقل البيانات.
التقنيات السلكية

ترتيب التقنيات السلكية التالية، تقريبًا، من الأبطأ إلى الأسرع من حيث سرعة النقل.
- يُستخدم الكابل المحوري على نطاق واسع في أنظمة التلفزيون الكبلي، والمباني المكتبية، ومواقع العمل الأخرى لشبكات المنطقة المحلية. يتكون هذا الكابل من سلك نحاسي أو ألومنيوم محاط بطبقة عازلة (عادةً ما تكون مادة مرنة ذات ثابت عزل كهربائي عالٍ)، وهذه الطبقة بدورها محاطة بطبقة موصلة. يساعد العزل بين الموصلات في الحفاظ على المعاوقة المميزة للكابل، مما يُحسّن من أدائه. تتراوح سرعة نقل البيانات من 200 مليون بت في الثانية إلى أكثر من 500 مليون بت في الثانية.
- تستخدم تقنية ITU-T G.hn الأسلاك المنزلية الموجودة ( الكابل المحوري وخطوط الهاتف وخطوط الطاقة ) لإنشاء شبكة محلية عالية السرعة (تصل إلى 1 جيجابت/ثانية).
- تُعد مسارات الإشارة على لوحات الدوائر المطبوعة شائعة للاتصال التسلسلي على مستوى اللوحة، وخاصة بين أنواع معينة من الدوائر المتكاملة، ومن الأمثلة الشائعة على ذلك SPI .
- يُعدّ الكابل الشريطي (غير المجدول وربما غير المحمي) وسيلة فعّالة من حيث التكلفة لنقل البيانات عبر بروتوكولات الاتصال التسلسلي، لا سيما داخل العلب المعدنية أو ملفوفًا داخل جدائل أو رقائق نحاسية، لمسافات قصيرة أو بمعدلات بيانات منخفضة. ويمكن استخدام العديد من بروتوكولات الشبكات التسلسلية دون الحاجة إلى كابلات محمية أو مجدولة، أي باستخدام كابل مسطح أو شريطي، أو كابل هجين مسطح ومجدول، إذا سمحت بذلك قيود التوافق الكهرومغناطيسي والطول وعرض النطاق الترددي : RS-232 ، [ 8 ] RS-422 ، RS-485 ، [ 9 ] CAN ، [ 10 ] GPIB ، SCSI ، [ 11 ] وغيرها.
- يُعدّ سلك الزوج المجدول الوسيلة الأكثر استخدامًا في جميع الاتصالات.يتكون كابل الزوج المجدول من أسلاك نحاسية مجدولة في أزواج. تتكون أسلاك الهاتف العادية من سلكين نحاسيين معزولين مجدولين في أزواج. أما كابلات شبكات الحاسوب ( إيثرنت السلكي كما هو مُعرّف في معيار IEEE 802.3 ) فتتكون من أربعة أزواج من الأسلاك النحاسية التي يمكن استخدامها لنقل الصوت والبيانات. يُساعد استخدام سلكين مجدولين معًا على تقليل التشويش والتداخل الكهرومغناطيسي . تتراوح سرعة النقل من مليوني بت في الثانية إلى عشرة مليارات بت في الثانية. يتوفر كابل الزوج المجدول بنوعين: الزوج المجدول غير المحمي (UTP) والزوج المجدول المحمي (STP). لكل نوع عدة تصنيفات، مُصممة للاستخدام في سيناريوهات مُختلفة.

- الألياف الضوئية هي ألياف زجاجية تنقل نبضات ضوئية تمثل البيانات. من مزايا الألياف الضوئية مقارنةً بالأسلاك المعدنية انخفاض فقد الإشارة أثناء النقل، ومقاومتها للتداخل الكهرومغناطيسي. كما يمكن للألياف الضوئية نقل أطوال موجية متعددة من الضوء في آنٍ واحد، مما يزيد بشكل كبير من سرعة نقل البيانات، ويُمكّن من الوصول إلى معدلات بيانات تصل إلى تريليونات البتات في الثانية. تُستخدم الألياف الضوئية في كابلات طويلة لنقل البيانات بمعدلات عالية جدًا، وتُستخدم أيضًا في كابلات الاتصالات البحرية لربط القارات.
يُعد السعر عاملاً رئيسياً في التمييز بين خيارات التكنولوجيا السلكية واللاسلكية في الشركات. تتميز الخيارات اللاسلكية بسعر أعلى، مما يجعل شراء أجهزة الكمبيوتر والطابعات وغيرها من الأجهزة السلكية خياراً مجدياً من الناحية المالية. قبل اتخاذ قرار شراء منتجات التكنولوجيا السلكية، من الضروري مراجعة القيود والحدود المفروضة على الخيارات المتاحة. قد تتجاوز احتياجات العمل والموظفين أي اعتبارات تتعلق بالتكلفة. [ 12 ]
التقنيات اللاسلكية

- الاتصالات الميكروية الأرضية – تستخدم هذه الاتصالات أجهزة إرسال واستقبال أرضية تشبه أطباق الأقمار الصناعية. تعمل الموجات الميكروية الأرضية ضمن نطاق الترددات المنخفضة (جيجاهرتز)، مما يحد من إمكانية الاتصال عبر خط البصر. وتتباعد محطات التقوية مسافة 50 كيلومترًا (30 ميلًا) تقريبًا .
- أقمار الاتصالات الصناعية – تتواصل الأقمار الصناعية عبر موجات الراديو الميكروية، التي لا تتأثر بالغلاف الجوي للأرض. تتمركز هذه الأقمار في الفضاء، عادةً في مدار ثابت بالنسبة للأرض على ارتفاع 35,786 كيلومترًا (22,236 ميلًا) فوق خط الاستواء. وتستطيع هذه الأنظمة المدارية استقبال وإعادة بث الإشارات الصوتية والبيانات والتلفزيونية.
- تستخدم أنظمة الاتصالات الخلوية وأنظمة الاتصالات الشخصية (PCS) العديد من تقنيات الاتصالات اللاسلكية. وتقسم هذه الأنظمة المنطقة التي تغطيها إلى مناطق جغرافية متعددة. تحتوي كل منطقة على جهاز إرسال منخفض الطاقة أو هوائي ترحيل لاسلكي لإعادة توجيه المكالمات من منطقة إلى أخرى.
- تقنيات الراديو والطيف المنتشر - تستخدم الشبكات المحلية اللاسلكية تقنية راديو عالية التردد مشابهة لتقنية الاتصالات الخلوية الرقمية، وتقنية راديو منخفضة التردد. وتستخدم هذه الشبكات تقنية الطيف المنتشر لتمكين الاتصال بين أجهزة متعددة ضمن نطاق جغرافي محدود. ويحدد معيار IEEE 802.11 نمطًا شائعًا من تقنيات موجات الراديو اللاسلكية مفتوحة المصدر، والمعروفة مجتمعة باسم Wi-Fi .
- تستخدم الاتصالات الضوئية في الفضاء الحر الضوء المرئي أو غير المرئي للاتصالات. وفي معظم الحالات،يُستخدم الانتشار عبر خط البصر ، مما يحد من إمكانية تحديد المواقع الفيزيائية لأجهزة الاتصال.
تقنيات غريبة
وقد جرت محاولات عديدة لنقل البيانات عبر وسائط غير تقليدية:
- كان بروتوكول الإنترنت عبر ناقلات الطيور عبارة عن طلب تعليقات فكاهي بمناسبة كذبة أبريل ، وقد صدر تحت اسم RFC 1149. وتم تنفيذه في الواقع في عام 2001. [ 13 ]
- توسيع نطاق الإنترنت إلى الأبعاد بين الكواكب عبر موجات الراديو، الإنترنت بين الكواكب . [ 14 ]
كلا الحالتين لهما وقت تأخير كبير ذهابًا وإيابًا ، مما يؤدي إلى اتصال ثنائي الاتجاه بطيء، ولكنه لا يمنع إرسال كميات كبيرة من المعلومات.
العقد
تُمثل عُقد الشبكة نقاط اتصال وسيط الإرسال بأجهزة إرسال واستقبال الإشارات الكهربائية أو الضوئية أو اللاسلكية المحمولة عبر هذا الوسيط. قد ترتبط العُقد بجهاز حاسوب، ولكن قد تحتوي بعض الأنواع على وحدة تحكم دقيقة فقط، أو قد لا تحتوي على أي جهاز قابل للبرمجة على الإطلاق. في أبسط الترتيبات التسلسلية، يمكن توصيل مُرسِل RS-232 واحد بجهاز استقبال واحد عبر زوج من الأسلاك، مُشكِّلاً عُقدتين على وصلة واحدة، أو ما يُعرف بطوبولوجيا نقطة إلى نقطة. تسمح بعض البروتوكولات لعُقدة واحدة إما بالإرسال أو الاستقبال فقط (مثل ARINC 429 ). بينما تحتوي بروتوكولات أخرى على عُقد قادرة على الإرسال والاستقبال في قناة واحدة (مثل CAN ، حيث يمكن توصيل العديد من أجهزة الإرسال والاستقبال بحافلة واحدة). بينما تشمل اللبنات الأساسية التقليدية لنظام شبكة الكمبيوتر وحدات التحكم في واجهة الشبكة (NICs) والمكررات والموزعات والجسور والمحولات والموجهات وأجهزة المودم والبوابات وجدران الحماية ، فإن معظمها يعالج مخاوف الشبكة التي تتجاوز بنية الشبكة المادية ويمكن تمثيلها كعقد مفردة على بنية شبكة مادية معينة.
واجهات الشبكة

وحدة التحكم في واجهة الشبكة (NIC) هي قطعة من مكونات الحاسوب المادية التي تُمكّن الحاسوب من الوصول إلى وسائط الإرسال، ولديها القدرة على معالجة معلومات الشبكة الأساسية. على سبيل المثال، قد تحتوي وحدة التحكم في واجهة الشبكة على موصل لاستقبال الكابلات، أو هوائي للإرسال والاستقبال اللاسلكي، بالإضافة إلى الدوائر الإلكترونية المرتبطة بها.
تستجيب بطاقة الشبكة لحركة البيانات الموجهة إلى عنوان شبكة إما لبطاقة الشبكة نفسها أو للكمبيوتر ككل.
في شبكات الإيثرنت ، يمتلك كل متحكم في واجهة الشبكة عنوان تحكم وصول الوسائط (MAC) فريدًا، يُخزَّن عادةً في الذاكرة الدائمة للمتحكم. ولتجنب تعارض العناوين بين أجهزة الشبكة، يتولى معهد مهندسي الكهرباء والإلكترونيات (IEEE) مسؤولية الحفاظ على فرادة عناوين MAC وإدارتها. يبلغ حجم عنوان MAC الخاص بالإيثرنت ستة بايتات . تُخصَّص البايتات الثلاثة الأكثر أهمية لتحديد مُصنِّعي بطاقات الشبكة. يقوم هؤلاء المُصنِّعون، باستخدام البادئات المُخصَّصة لهم فقط، بتخصيص البايتات الثلاثة الأقل أهمية لكل واجهة إيثرنت يُنتجونها بشكل فريد.
أجهزة إعادة الإرسال والمحاور
المُكرِّر هو جهاز إلكتروني يستقبل إشارة الشبكة ، ويُنقّيها من التشويش غير الضروري، ثم يُعيد توليدها. يُمكن إعادة تشكيل الإشارة أو إعادة إرسالها بمستوى طاقة أعلى، إلى الجانب الآخر من العائق، وربما باستخدام وسيط نقل مختلف ، بحيث يُمكن للإشارة تغطية مسافات أطول دون تدهور. وقد وسّعت المُكرِّرات التجارية نطاق تغطية RS-232 من 15 مترًا إلى أكثر من كيلومتر واحد. [ 15 ] في معظم تكوينات إيثرنت ذات الأزواج الملتوية، تُعدّ المُكرِّرات ضرورية للكابلات التي يزيد طولها عن 100 متر. أما مع الألياف الضوئية، فيُمكن أن تفصل بين المُكرِّرات عشرات أو حتى مئات الكيلومترات.
تعمل أجهزة إعادة الإرسال ضمن الطبقة الفيزيائية لنموذج OSI؛ أي أنه لا يوجد تغيير شامل في البروتوكول الفيزيائي عبر جهاز إعادة الإرسال، أو زوج أجهزة إعادة الإرسال، حتى لو تم استخدام طبقة فيزيائية مختلفة بين طرفي جهاز إعادة الإرسال، أو زوج أجهزة إعادة الإرسال. تتطلب أجهزة إعادة الإرسال فترة زمنية قصيرة لإعادة توليد الإشارة. قد يتسبب هذا في تأخير انتشار يؤثر على أداء الشبكة وقد يؤثر على عملها بشكل صحيح. ونتيجة لذلك، تحد العديد من بنى الشبكات من عدد أجهزة إعادة الإرسال التي يمكن استخدامها على التوالي، على سبيل المثال، قاعدة 5-4-3 في شبكة الإيثرنت .
يُعرف جهاز إعادة الإرسال ذو المنافذ المتعددة باسم الموزع، وهو موزع إيثرنت في شبكات الإيثرنت، وموزع USB في شبكات USB.
- تستخدم شبكات USB الموزعات لتشكيل بنى شبكية نجمية متعددة المستويات.
- أصبحت موزعات ومكررات الإيثرنت في الشبكات المحلية قديمة الطراز إلى حد كبير بسبب المحولات الحديثة .
الجسور
يربط جسر الشبكة بين جزأين من الشبكة ويقوم بترشيح البيانات بينهما على مستوى طبقة ربط البيانات (الطبقة الثانية) في نموذج OSI لتشكيل شبكة واحدة. يؤدي ذلك إلى كسر نطاق التصادم في الشبكة مع الحفاظ على نطاق بث موحد. أما تجزئة الشبكة فتقسم الشبكة الكبيرة المزدحمة إلى مجموعة من الشبكات الأصغر والأكثر كفاءة.
تأتي الجسور في ثلاثة أنواع أساسية:
- الجسور المحلية: تربط الشبكات المحلية (LAN) مباشرة
- الجسور البعيدة: يمكن استخدامها لإنشاء رابط شبكة واسعة النطاق (WAN) بين الشبكات المحلية (LAN). وقد تم استبدال الجسور البعيدة، حيث يكون رابط الاتصال أبطأ من الشبكات الطرفية، إلى حد كبير بأجهزة التوجيه (الراوتر).
- الجسور اللاسلكية: يمكن استخدامها لربط الشبكات المحلية أو توصيل الأجهزة البعيدة بالشبكات المحلية.
مفاتيح كهربائية
مُبدِّل الشبكة هو جهاز يُعيد توجيه وتصفية حزم بيانات الطبقة الثانية من نموذج OSI ( الإطارات ) بين المنافذ بناءً على عنوان MAC الوجهة في كل إطار. [ 16 ] يختلف المُبدِّل عن المُوزِّع في أنه يُعيد توجيه الإطارات فقط إلى المنافذ الفعلية المُشاركة في الاتصال، وليس إلى جميع المنافذ المتصلة. يُمكن اعتباره جسرًا متعدد المنافذ. [ 17 ] يتعلم المُبدِّل ربط المنافذ الفعلية بعناوين MAC من خلال فحص عناوين المصدر للإطارات المُستلمة. في حال استهداف وجهة غير معروفة، يُرسل المُبدِّل إشارة إلى جميع المنافذ باستثناء منفذ المصدر. عادةً ما تحتوي المُبدِّلات على منافذ عديدة، مما يُسهِّل إنشاء بنية نجمية للأجهزة وتوصيل مُبدِّلات إضافية على التوالي.
تستطيع المحولات متعددة الطبقات توجيه البيانات بناءً على عناوين الطبقة الثالثة أو مستويات منطقية إضافية. ويُستخدم مصطلح "المحول" بشكل عام ليشمل أجهزة مثل الموجهات والجسور، بالإضافة إلى الأجهزة التي قد توزع حركة البيانات بناءً على الحمل أو بناءً على محتوى التطبيق (مثل مُعرّف عنوان URL لموقع ويب ).
أجهزة التوجيه

جهاز التوجيه هو جهاز ربط شبكي يقوم بتوجيه الحزم بين الشبكات من خلال معالجة معلومات التوجيه المضمنة في الحزمة أو مخطط البيانات (معلومات بروتوكول الإنترنت من الطبقة الثالثة). غالبًا ما تتم معالجة معلومات التوجيه بالتزامن مع جدول التوجيه (أو جدول إعادة التوجيه). يستخدم جهاز التوجيه جدول التوجيه الخاص به لتحديد وجهة إعادة توجيه الحزم. قد تتضمن الوجهة في جدول التوجيه " ثقبًا أسود" لأن البيانات يمكن أن تدخل إليه، ولكن لا تتم معالجة هذه البيانات بعد ذلك، أي يتم إسقاط الحزم.
المودم
تُستخدم أجهزة المودم (المعدِّل-المزيل للمعدِّل) لربط عُقد الشبكة عبر أسلاك غير مُصممة أصلاً لحركة مرور الشبكة الرقمية، أو للاتصالات اللاسلكية. وللقيام بذلك، يتم تعديل إشارة حاملة واحدة أو أكثر بواسطة الإشارة الرقمية لإنتاج إشارة تناظرية يمكن تخصيصها لتوفير الخصائص المطلوبة للإرسال. تُستخدم أجهزة المودم عادةً لخطوط الهاتف، باستخدام تقنية خط المشترك الرقمي .
جدران الحماية
جدار الحماية هو جهاز شبكي يُستخدم للتحكم في أمن الشبكة وقواعد الوصول. عادةً ما يُضبط جدار الحماية لرفض طلبات الوصول من مصادر غير معروفة، بينما يسمح بالوصول من مصادر معروفة. ويتزايد دور جدار الحماية الحيوي في أمن الشبكة بالتوازي مع الزيادة المستمرة في الهجمات الإلكترونية .
تصنيف
تُقر دراسة طوبولوجيا الشبكات بثمانية أنواع أساسية من الطوبولوجيا: نقطة إلى نقطة، خطية، نجمية، حلقية أو دائرية، شبكية، شجرية، هجينة، أو سلسلة ديزي. [ 18 ]
نقطة إلى نقطة
أبسط أنواع الشبكات هي تلك التي تربط بين نقطتين بشكل مباشر. وأسهلها فهمًا من بين أنواع الشبكات من نقطة إلى نقطة هو قناة اتصال مباشرة تبدو للمستخدم وكأنها مرتبطة بشكل دائم بالنقطتين. وهاتف الطفل المصنوع من علبة معدنية مثال على قناة اتصال مادية مباشرة .
باستخدام تقنيات تبديل الدوائر أو تبديل الحزم ، يمكن إنشاء دائرة اتصال من نقطة إلى نقطة بشكل ديناميكي وإلغاؤها عند انتهاء الحاجة إليها. وتُعدّ طوبولوجيات الاتصال من نقطة إلى نقطة المُبدّلة النموذج الأساسي للاتصالات الهاتفية التقليدية .
تكمن قيمة الشبكة الدائمة ذات الاتصال المباشر بين نقطتين في ضمان استمرارية الاتصال بينهما دون عوائق. أما قيمة الاتصال المباشر عند الطلب فتتناسب طرديًا مع عدد أزواج المشتركين المحتملين، وقد تم التعبير عنها بقانون ميتكالف .
سلسلة ديزي
يتم تحقيق التوصيل التسلسلي عن طريق ربط كل جهاز كمبيوتر بالجهاز الذي يليه على التوالي. إذا كانت الرسالة موجهة إلى جهاز كمبيوتر يقع في منتصف الخط، فإن كل نظام يقوم بتمريرها بالتتابع حتى تصل إلى وجهتها. يمكن أن تتخذ الشبكة المتصلة تسلسليًا شكلين أساسيين: خطي وحلقي.
- تُنشئ البنية الخطية وصلة ثنائية الاتجاه بين جهاز كمبيوتر وآخر. إلا أن هذا كان مكلفًا في بدايات الحوسبة، إذ كان كل جهاز كمبيوتر (باستثناء الأجهزة الموجودة في كل طرف) يتطلب جهازَي استقبال وجهازَي إرسال.
- من خلال ربط أجهزة الكمبيوتر في طرفي السلسلة، يمكن تشكيل بنية حلقية . عندما يرسل أحد الأجهزة رسالة، تتم معالجتها بواسطة كل جهاز كمبيوتر في الحلقة. من مزايا هذه البنية الحلقية إمكانية تقليل عدد أجهزة الإرسال والاستقبال إلى النصف. ولأن الرسالة ستدور في النهاية دورة كاملة، فلا حاجة للإرسال في كلا الاتجاهين. كما يمكن استخدام البنية الحلقية لتحسين تحمل الأعطال. فإذا انقطعت الحلقة عند وصلة معينة، يمكن إرسال البيانات عبر المسار العكسي، مما يضمن بقاء جميع الأجهزة متصلة في حالة حدوث عطل واحد.
حافلة

في الشبكات المحلية التي تستخدم بنية ناقل البيانات، يتم توصيل كل عقدة بكابل مركزي واحد عبر موصلات واجهة. هذا هو "الناقل"، ويُشار إليه أيضًا باسم العمود الفقري أو الجذع - حيث يتم نقل جميع البيانات بين العقد في الشبكة عبر وسيط النقل المشترك هذا، ويمكن لجميع العقد في الشبكة استقبالها في وقت واحد. [ 1 ]
تنتقل إشارة تحتوي على عنوان الجهاز المُستقبِل المقصود من جهاز المصدر في كلا الاتجاهين إلى جميع الأجهزة المتصلة بالناقل حتى تصل إلى المُستقبِل المقصود، الذي يستقبل البيانات. إذا لم يتطابق عنوان الجهاز مع العنوان المقصود للبيانات، يتم تجاهل جزء البيانات من الإشارة. ولأن بنية الناقل تتكون من سلك واحد فقط، فإن تنفيذها أقل تكلفة من البنى الأخرى، إلا أن هذا التوفير يُقابله ارتفاع في تكلفة إدارة الشبكة. إضافةً إلى ذلك، ولأن الشبكة تعتمد على هذا الكابل الوحيد، فقد يُصبح نقطة ضعفها الوحيدة . في هذه البنية، يُمكن لأي عقدة الوصول إلى البيانات المنقولة.
حافلة خطية
في شبكة ناقل خطية، تتصل جميع عقد الشبكة بوسط نقل مشترك، له نقطتا نهاية فقط. عندما تصل الإشارة الكهربائية إلى نهاية الناقل، تنعكس عائدةً إلى أسفل الخط، مما يُسبب تداخلاً غير مرغوب فيه. ولمنع ذلك، تُنهى نقطتا نهاية الناقل عادةً بجهاز يُسمى المُنهي .
الحافلة الموزعة
في شبكة الحافلات الموزعة، يتم توصيل جميع عقد الشبكة بوسيط نقل مشترك بأكثر من نقطتي نهاية، يتم إنشاؤها عن طريق إضافة فروع إلى القسم الرئيسي من وسيط النقل - تعمل بنية الحافلة الموزعة المادية بنفس طريقة بنية الحافلة الخطية المادية لأن جميع العقد تشترك في وسيط نقل مشترك.
نجم

في بنية الشبكة النجمية (وتُسمى أيضًا بنية المحور والفروع)، تتصل كل عقدة طرفية (محطة عمل حاسوبية أو أي جهاز طرفي آخر) بعقدة مركزية تُسمى المحور أو المحول. المحور هو الخادم، والأجهزة الطرفية هي العملاء. لا يشترط أن تكون الشبكة على شكل نجمة لتُصنف كشبكة نجمية، ولكن يجب أن تكون جميع العقد الطرفية متصلة بمحور مركزي واحد. يمر كل تدفق البيانات عبر الشبكة من خلال المحور المركزي، الذي يعمل كمكرر إشارة .
تُعتبر بنية الشبكة النجمية الأسهل تصميمًا وتنفيذًا. ومن مزاياها سهولة إضافة عُقد إضافية. أما عيبها الرئيسي فهو أن المركز الرئيسي يُمثل نقطة فشل واحدة. كما أن مرور جميع الاتصالات الطرفية عبر المركز الرئيسي يُشكل عنق زجاجة في الشبكة للمجموعات الكبيرة.
نجمة ممتدة
تُوسّع بنية الشبكة النجمية الممتدة بنية الشبكة النجمية الفيزيائية بإضافة مُكرِّر واحد أو أكثر بين العقدة المركزية والعقد الطرفية (أو "الفرعية"). تُستخدم المُكرِّرات لزيادة أقصى مسافة إرسال للطبقة الفيزيائية، أي المسافة بين العقدة المركزية والعقد الطرفية. تُتيح المُكرِّرات مسافة إرسال أكبر مما يُمكن تحقيقه باستخدام قدرة الإرسال الخاصة بالعقدة المركزية فقط. كما يُمكن استخدام المُكرِّرات للتغلب على القيود المفروضة على المعيار الذي تستند إليه الطبقة الفيزيائية.
تُعد بنية النجمة الممتدة المادية التي يتم فيها استبدال أجهزة إعادة الإرسال بالموزعات أو المحولات نوعًا من بنية الشبكة الهجينة ويشار إليها باسم بنية النجمة الهرمية المادية، على الرغم من أن بعض النصوص لا تميز بين البنيتين.
يمكن الإشارة إلى بنية الشبكة النجمية الهرمية الفيزيائية أيضًا باسم بنية الشبكة النجمية الطبقية. تختلف هذه البنية عن بنية الشبكة الشجرية في طريقة ربط الشبكات النجمية ببعضها. تستخدم بنية الشبكة النجمية الطبقية عقدة مركزية، بينما تستخدم بنية الشبكة الشجرية ناقلًا مركزيًا، ويمكن الإشارة إليها أيضًا باسم شبكة النجمة الناقلة.
النجم الموزع
النجمة الموزعة هي بنية شبكية تتكون من شبكات فردية تستند إلى بنية النجمة المادية المتصلة بطريقة خطية - أي متصلة على شكل سلسلة - بدون نقطة اتصال مركزية أو على مستوى أعلى (على سبيل المثال، اثنين أو أكثر من المحاور المكدسة ، جنبًا إلى جنب مع العقد أو الأطراف المتصلة بالنجمة المرتبطة بها ).
جرس

تُشبه بنية الشبكة الحلقية سلسلة متصلة في حلقة مغلقة. تنتقل البيانات حول الحلقة في اتجاه واحد. عندما تُرسل إحدى العقد بيانات إلى أخرى، تمر البيانات عبر كل عقدة وسيطة في الحلقة حتى تصل إلى وجهتها. تُعيد العقد الوسيطة إرسال البيانات للحفاظ على قوة الإشارة. [ 5 ] كل عقدة نظيرة؛ فلا توجد علاقة هرمية بين العملاء والخوادم. إذا عجزت إحدى العقد عن إعادة إرسال البيانات، فإنها تقطع الاتصال بين العقد التي تسبقها والتي تليها في ناقل البيانات.
المزايا:
- عندما يزداد الحمل على الشبكة، يكون أداؤها أفضل من أداء بنية الشبكة الناقلة.
- لا حاجة لخادم شبكة للتحكم في الاتصال بين محطات العمل.
العيوب:
- يتم تحديد عرض النطاق الترددي الإجمالي للشبكة بواسطة أضعف حلقة بين عقدتين.
شبكة
تتناسب قيمة الشبكات المتشابكة بالكامل مع أس عدد المشتركين، بافتراض أن مجموعات الاتصال لأي نقطتي نهاية، وصولاً إلى جميع نقاط النهاية، يتم تقريبها بواسطة قانون ريد .
شبكة متصلة بالكامل

في الشبكة المتصلة بالكامل ، تكون جميع العقد متصلة ببعضها البعض. (في نظرية الرسوم البيانية، يُطلق على هذا اسم 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، بما أن عدد الاتصالات ينمو تربيعيًا مع عدد العقد:
وهذا ما يجعله غير عملي للشبكات الكبيرة. فهذا النوع من البنية لا يتعطل ولا يؤثر على العقد الأخرى في الشبكة.
شبكة متصلة جزئياً

في الشبكة المتصلة جزئيًا، ترتبط بعض العقد بعقدة واحدة فقط، بينما ترتبط عقد أخرى بعقدتين أو أكثر عبر وصلة مباشرة. يتيح هذا الاستفادة من بعض ميزات التكرار في بنية الشبكة المتداخلة المتصلة فعليًا، دون الحاجة إلى التكلفة والتعقيد اللازمين لإنشاء وصلة بين كل عقدة في الشبكة.
هجين
تُعرف البنية الهجينة أيضًا بالشبكة الهجينة. [ 19 ] تجمع الشبكات الهجينة بين بنيتين أو أكثر بطريقة لا تُظهر فيها الشبكة الناتجة أيًا من البنى القياسية (مثل: الشبكة الخطية، أو النجمية، أو الحلقية، إلخ). على سبيل المثال، تُعد الشبكة الشجرية (أو شبكة النجمة-الخطية ) بنية هجينة حيث تتصل الشبكات النجمية عبر الشبكات الخطية . [ 20 ] [ 21 ] ومع ذلك، تظل الشبكة الشجرية المتصلة بشبكة شجرية أخرى شبكة شجرية من الناحية الطوبولوجية، وليست نوعًا مختلفًا من الشبكات. وتنتج البنية الهجينة دائمًا عند توصيل بنيتين أساسيتين مختلفتين للشبكة.
تتكون شبكة النجمة الحلقية من شبكتين حلقيتين أو أكثر متصلتين باستخدام وحدة وصول متعددة المحطات (MAU) كمركز محوري.
تتميز بنية ندفة الثلج بأنها متشابكة في مركزها، ولكنها على شكل شجرة عند حوافها. [ 22 ]
هناك نوعان آخران من الشبكات الهجينة وهما الشبكة الهجينة والشبكة النجمية الهرمية . [ 20 ]
المركزية
تقلل بنية الشبكة النجمية من احتمالية تعطل الشبكة عن طريق ربط جميع العقد الطرفية (أجهزة الكمبيوتر، وما إلى ذلك) بعقدة مركزية. عند تطبيق بنية الشبكة النجمية المادية على شبكة ناقل منطقية مثل الإيثرنت ، تقوم هذه العقدة المركزية (التي تُعرف عادةً باسم الموزع) بإعادة بث جميع البيانات الواردة من أي عقدة طرفية إلى جميع العقد الطرفية في الشبكة، بما في ذلك أحيانًا العقدة المُرسِلة. وبالتالي، يمكن لجميع العقد الطرفية التواصل فيما بينها عن طريق الإرسال والاستقبال من العقدة المركزية فقط. سيؤدي تعطل خط النقل الذي يربط أي عقدة طرفية بالعقدة المركزية إلى عزل تلك العقدة الطرفية عن باقي العقد، بينما تبقى العقد الطرفية الأخرى سليمة. مع ذلك، يتمثل العيب في أن تعطل العقدة المركزية سيؤدي إلى تعطل جميع العقد الطرفية.
إذا كانت العقدة المركزية سلبية ، فيجب أن تكون العقدة المُرسِلة قادرة على تحمل استقبال صدى إرسالها ، متأخرًا بمقدار زمن الإرسال ذهابًا وإيابًا (أي من وإلى العقدة المركزية) بالإضافة إلى أي تأخير يحدث في العقدة المركزية. أما الشبكة النجمية النشطة ، فلديها عقدة مركزية نشطة تمتلك عادةً الوسائل اللازمة لمنع المشاكل المتعلقة بالصدى.
يمكن النظر إلى بنية الشجرة ( أو البنية الهرمية ) على أنها مجموعة من الشبكات النجمية المرتبة هرميًا . تحتوي هذه البنية الشجرية على عقد طرفية فردية (مثل الأوراق) تقتصر وظيفتها على الإرسال والاستقبال من عقدة واحدة فقط، ولا يُشترط أن تعمل كمكررات أو مولدات. على عكس الشبكة النجمية، قد تكون وظيفة العقدة المركزية موزعة.
كما هو الحال في شبكة النجمة التقليدية، قد تظل العقد الفردية معزولة عن الشبكة بسبب عطل في نقطة واحدة في مسار الإرسال إليها. فإذا تعطل رابط يربط عقدة طرفية، تُعزل تلك العقدة؛ وإذا تعطل اتصال بعقدة غير طرفية، يُعزل جزء كامل من الشبكة عن باقي أجزائها.
للتخفيف من حجم حركة البيانات الناتجة عن بث جميع الإشارات إلى جميع العُقد، تم تطوير عُقد مركزية أكثر تطورًا قادرة على تتبع هويات العُقد المتصلة بالشبكة. تتعرف هذه المحولات الشبكية على بنية 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 مُخزّن في الذاكرة. يسمح جدول البحث هذا بتوجيه عمليات الإرسال اللاحقة إلى الوجهة المقصودة فقط.
تُعدّ بنية سلسلة ديزي طريقة لربط عُقد الشبكة في بنية خطية أو حلقية. وتُستخدم لنقل الرسائل من عقدة إلى أخرى حتى تصل إلى عقدة الوجهة.
يمكن أن يكون لشبكة سلسلة ديزي نوعان: خطية وحلقية. تشبه شبكة سلسلة ديزي الخطية سلسلة كهربائية، حيث لا تكون العقدة الأولى والأخيرة متصلتين. أما شبكة سلسلة ديزي الحلقية، فتكون فيها العقدة الأولى والأخيرة متصلتين، لتشكلا حلقة.
اللامركزية
في بنية الشبكة المترابطة جزئيًا، يوجد على الأقل عقدتان بينهما مساران أو أكثر لتوفير مسارات احتياطية في حال تعطل الرابط الذي يوفر أحد هذه المسارات. غالبًا ما تُستخدم اللامركزية للتعويض عن عيب نقطة الفشل الوحيدة الموجودة عند استخدام جهاز واحد كعقدة مركزية (كما في الشبكات النجمية والشجرية). يُعد المكعب الفائق نوعًا خاصًا من الشبكات، يحد من عدد القفزات بين عقدتين . إن كثرة التفرعات العشوائية في الشبكات المترابطة تجعل تصميمها وتنفيذها أكثر صعوبة، لكن طبيعتها اللامركزية تجعلها مفيدة للغاية.
يشبه هذا إلى حد ما شبكة الشبكة ، حيث تُستخدم بنية خطية أو حلقية لربط الأنظمة في اتجاهات متعددة. فعلى سبيل المثال، تتميز الحلقة متعددة الأبعاد ببنية حلقية .
الشبكة المتصلة بالكامل ، أو الشبكة ذات البنية الكاملة ، أو الشبكة المتشابكة الكاملة ، هي بنية شبكية يوجد فيها رابط مباشر بين جميع أزواج العقد. في شبكة متصلة بالكامل تحتوي على n عقدة، يوجدالروابط المباشرة. عادةً ما تكون الشبكات المصممة بهذا الشكل مكلفة للغاية عند إنشائها، لكنها توفر درجة عالية من الموثوقية بفضل المسارات المتعددة للبيانات التي توفرها الروابط الاحتياطية الكثيرة بين العقد. يُستخدم هذا الشكل بشكل أساسي في التطبيقات العسكرية .
انظر أيضاً
مراجع
- 1 2 3 غروث، ديفيد؛ توبي سكاندير (2005). دليل دراسة Network+، الطبعة الرابعة . شركة سايبكس. ISBN 0-7821-4406-3.
- ↑ لجنة ATIS PRQC. "طوبولوجيا الشبكة" . معجم ATIS للاتصالات 2007. تحالف حلول صناعة الاتصالات . تم الاطلاع عليه بتاريخ 10-10-2008 .
{{cite web}}: CS1 maint: deprecated archiveal service ( link ) - 1 2 جرانت، تي جيه، محرر. (2014). طوبولوجيا الشبكة في القيادة والتحكم . التطورات في أمن المعلومات والخصوصية والأخلاقيات. آي جي آي جلوبال. الصفحات 17، 228، 250. ISBN 9781466660595.
- ↑ تشيانغ، مونغ؛ يانغ، مايكل (2004). "نحو خصائص الشبكة من منظور طوبولوجي: قابلية التطور والتوسع" (ملف PDF) . وقائع المؤتمر الثاني والأربعين لأليرتون . مؤرشف من النسخة الأصلية (ملف PDF) بتاريخ 21 سبتمبر 2013.
- 1 2 Inc, S., (2002). Networking Complete. Third Edition. San Francisco: Sybex
- ↑ ما هي طوبولوجيات الشبكة؟، 5 مايو 2011، مؤرشف من الأصل في 21 يوليو 2019 ، تم استرجاعه في 17 سبتمبر 2016
- ↑ ليوناردي، إي.؛ ميليا، م.؛ مارسان، م.أ. (2000). "خوارزميات تصميم الطوبولوجيا المنطقية في شبكات WDM الضوئية بالكامل" . مجلة الشبكات الضوئية : 35-46 .
- ↑ كابل تسلسلي ذكر إلى أنثى 25L 4' DB25 M-DB25 28 AWG 300V رمادي مؤرشف 2018-02-12 في Wayback Machine ، رقم الجزء: 12408، Jameco Electronics.
- ↑ AN-1057 عشر طرق لجعل واجهات RS-485 مقاومة للرصاص ، شركة تكساس إنسترومنتس ، ص 5.
- ↑ CANopen ، CANopen DR-303 V1.0 Cableling and Connector Pin Assignment ، CAN in Automation ، ص 10.
- ↑ شركة أدفانتك المحدودة، كابل من نوع شريط SCSI ذو 50 سنًا رقم PCL-10152-3E ( شركة ماوزر للإلكترونيات رقم 923-PCL-10152-3E)
- ↑عيوب التكنولوجيا السلكية، لورا أسيفيدو، ديماند ميديا.
- ↑ "تطبيق بروتوكول CPIP لمجموعة مستخدمي لينكس في بيرغن" . Blug.linux.no. مؤرشف من الأصل بتاريخ 15 فبراير 2014. تم الاطلاع عليه بتاريخ 1 مارس 2014 .
- ↑ أ. هوك (سبتمبر 2000)، الإنترنت بين الكواكب (ملف PDF) ، الندوة الدولية السنوية الثالثة حول تقنيات الراديو المتقدمة، مؤرشفة من الأصل (ملف PDF) بتاريخ 13 يناير 2012 ، تم الاطلاع عليها بتاريخ 12 نوفمبر 2011
- ↑ محولات الولايات المتحدة، مكرر RS232 مؤرشف بتاريخ 12 فبراير 2018 في أرشيف الإنترنت
- ↑ "تعريف المفتاح" . موسوعة الويب . سبتمبر 1996. مؤرشف من الأصل في 19 يناير 2020. تم الاطلاع عليه في 8 أبريل 2008 .
- ↑ "ما تقدمه أجهزة الربط والربط لشبكات الحاسوب" . مؤرشف من الأصل بتاريخ 20 أبريل 2012. تم الاطلاع عليه بتاريخ 24 أكتوبر 2017 .
- ↑ بيكسي، ب. (2002). أساسيات تصميم الشبكات لمتخصصي الكابلات . ماكجرو هيل بروفيشنال. ISBN 9780071782968.
- ↑ "ما هي الطوبولوجيا الهجينة ؟ مزاياها وعيوبها" . OROSK.COM . مؤرشف من الأصل في 9 سبتمبر 2016. تم الاطلاع عليه في 26 يناير 2018 .
- 1 2 سوسينسكي، باري أ. (2009). "أساسيات الشبكات" . دليل الشبكات . إنديانابوليس: دار نشر وايلي. ص 16. ISBN 978-0-470-43131-3. OCLC 359673774 . تم الاسترجاع في 26-03-2016 .
- ↑ برادلي، راي (2001). فهم علوم الحاسوب (للمستوى المتقدم): دليل الدراسة . تشيلتنهام: نيلسون ثورنز . ص 244. ISBN 978-0-7487-6147-0. OCLC 47869750 . تم الاسترجاع في 26-03-2016 .
- ^ فاريل ، ايان. كومولافي، أولوفيمي؛ ياسوكاوا، سيشو (فبراير 2009)، تحليل لقضايا القياس في الشبكات الأساسية MPLS-TE RFC 5439 ، استرجاعها 2024/08/05
روابط خارجية
- شبكة النواة رباعية الأوجه: تطبيق بنية رباعية الأوجه لإنشاء شبكة بيانات أساسية ثلاثية الأبعاد مرنة ذات بنية جزئية للحرم الجامعي
- بنية الشبكة
- اللامركزية
