تصميمات طوبولوجيا الحلقة والشبكة

يُعد التخطيطان النجمي والناقل من الأساسيات، لكن هناك تخطيطان كلاسيكيان آخران مهمان في الامتحان: الحلقة والشبكة. يربط تخطيط الحلقة الأجهزة في حلقة مغلقة، بينما يربط تخطيط الشبكة الأجهزة عبر مسارات احتياطية متعددة. ويحل كل منهما مشكلة مختلفة: الوصول المنظم في الحلقة، وتحمل الأعطال في الشبكة. ويساعدكم فهمهما معًا على تكوين صورة أشمل عن تأثير أشكال الشبكات في الموثوقية والتكلفة.

في تخطيط الحلقة، يتصل كل جهاز بجارين اثنين بالضبط، مكوّنًا حلقة مغلقة. تنتقل البيانات حول الحلقة في اتجاه واحد، وتمر عبر كل جهاز حتى تصل إلى وجهتها. ولا يوجد محور مركزي. استُخدمت الحلقة في تقنيات مثل Token Ring وFDDI (واجهة البيانات الموزعة عبر الألياف)، حيث كان نظام منظم لتناوب الأدوار يتحكم في الجهاز الذي يمكنه الإرسال.

غالبًا ما استخدمت الحلقات تمرير الرمز لتجنب التصادمات. إذ تدور رسالة صغيرة تُسمى رمزًا في الحلقة؛ ولا يُسمح بالإرسال إلا للجهاز الذي يحوز الرمز. وعند انتهاء الجهاز، يمرر الرمز إلى الجهاز التالي. ويضمن ذلك وصولًا عادلًا خاليًا من التصادمات، وهي ميزة حقيقية مقارنةً بالناقل. أما المفاضلة فهي أن الجهاز يجب أن ينتظر الرمز حتى عندما تكون الشبكة خاملة.

تعاني الحلقة البسيطة من مشكلة في المتانة: فإذا تعطل جهاز واحد أو وصلة واحدة في الحلقة، فلن تتمكن البيانات من إكمال دورتها، مما قد يؤدي إلى تعطيل الشبكة بأكملها. ولحل هذه المشكلة، تستخدم بعض التصميمات حلقة مزدوجة (حلقتين تدوران في اتجاهين متعاكسين)، بحيث يمكن لحركة المرور عكس اتجاهها حول موضع الانقطاع. حسّن هذا التكرار الموثوقية، لكنه أضاف تكلفة وتعقيدًا، وقد استُبدلت الحلقات إلى حد كبير بالتخطيطات النجمية المعتمدة على المحوّلات.

في تخطيط الشبكة، تتصل الأجهزة مباشرةً بالعديد من الأجهزة الأخرى، مما ينشئ مسارات متعددة بين أي نقطتين. يربط التخطيط الشبكي الكامل كل جهاز بكل جهاز آخر، بينما يربط التخطيط الشبكي الجزئي بعض الأجهزة فقط. وكلما زاد عدد الوصلات زاد التكرار: فإذا تعطل مسار، سلكت حركة المرور مسارًا آخر ببساطة. ويبادل تخطيط الشبكة التكلفة وكثرة الكابلات بموثوقية عالية جدًا.

يزداد عدد الوصلات بسرعة في التخطيط الشبكي الكامل. فإذا كان عدد الأجهزة n، فإن التخطيط الشبكي الكامل يحتاج إلى n(n-1)/2 وصلة؛ أي ست وصلات لأربعة أجهزة، لكن 45 وصلة لعشرة أجهزة. وسرعان ما تصبح هذه الوصلات مكلفة. أما التخطيط الشبكي الجزئي فيضيف الوصلات الاحتياطية فقط في المواضع الأكثر أهمية، محققًا توازنًا بين تحمل الأعطال والتكلفة. ولهذا تستخدم البنية الأساسية للإنترنت ووصلات WAN الحرجة تصميمات شبكية جزئية.

تُعد الشبكة أكثر التخطيطات تحملًا للأعطال لأنها لا تحتوي على نقطة فشل واحدة. وبفضل المسارات البديلة الكثيرة، تستطيع الشبكة توجيه حركة المرور تلقائيًا حول الوصلات المعطلة أو الأجهزة المتوقفة. وهذا هو المطلوب تحديدًا للإنترنت، حيث يجب ألا تؤدي الانقطاعات إلى عزل مناطق بأكملها.

• المسارات الاحتياطية تصمد أمام الأعطال.
• التوجيه ذاتي الإصلاح يعثر على مسارات جديدة.
• مكلفة من حيث الكابلات والأجهزة.

لا تقتصر الشبكة على الفكرة السلكية. تستخدم شبكات الشبكة اللاسلكية نقاط وصول متعددة ترحّل حركة المرور فيما بينها، مما يوسّع التغطية عبر مساحة كبيرة دون الحاجة إلى مدّ الكابلات في كل مكان. وإذا توقف أحد العُقد، أعادت العُقد المجاورة التوجيه حوله. وتستخدم أنظمة Wi-Fi الشبكية المنزلية هذه الفكرة لتغطية المنزل كله بالإشارة، عبر عدة وحدات صغيرة تتواصل فيما بينها.

نادرًا ما تستخدم الشبكات الحقيقية شكلًا واحدًا خالصًا. إذ يجمع التخطيط الهجين بين تصميمات مختلفة؛ فعلى سبيل المثال، يمكن ربط عدة شبكات نجمية معًا ضمن شبكة جزئية من المحوّلات. ويوفر ذلك سهولة إدارة التخطيط النجمي عند الأطراف، وتكرار التخطيط الشبكي في القلب. وفي الامتحان، توقّعوا أن تمزج المخططات الواقعية بين التخطيطات بدلًا من عرض شكل واحد من كتاب دراسي.

استخدموا الحلقة عندما تريدون وصولًا منظمًا خاليًا من التصادمات ويمكنكم تقبّل هشاشتها أو إضافة حلقة مزدوجة، مع أن الشبكات الحديثة المعتمدة على المحوّلات تكون عادةً الخيار الأفضل. واستخدموا الشبكة عندما تكون الموثوقية بالغة الأهمية وتسمح الميزانية بذلك، مثل وصلات البنية الأساسية ومراكز البيانات عالية التوافر. ويساعدكم معرفة نقطة قوة كل تصميم على قراءة مخططات الشبكات والإجابة عن أسئلة السيناريوهات في الامتحان.

تخيّلوا الحلقة كأشخاص يمررون عصا الحديث حول دائرة: الأمر منظم، لكن إذا غادر أحد الأشخاص الدائرة فلن تتمكن العصا من إكمال دورتها. وتخيّلوا الشبكة كشبكة طرق بين المدن: إذا أُغلقت إحدى الطرق، تحولت حركة المرور بسهولة إلى طريق بديل. تقدّر الحلقة التنظيم، بينما تقدّر الشبكة المرونة. وتساعدكم هذه الصور على تذكّر دور كل منهما بسهولة.

اختبروا مدى استيعابكم لتصميمات الحلقة والشبكة.

استكشفتم تخطيطين إضافيين. تربط الحلقة الأجهزة في حلقة مغلقة، وغالبًا ما استخدمت تمرير الرمز لتوفير وصول منظم خالٍ من التصادمات، لكن انقطاعًا واحدًا قد يعطل الحلقة ما لم تُستخدم حلقة مزدوجة. أما الشبكة فتربط الأجهزة عبر مسارات احتياطية متعددة، مما يجعلها التصميم الأكثر تحملًا للأعطال، لكن بتكلفة كابلات مرتفعة. يربط التخطيط الشبكي الكامل كل شيء، بينما يضيف التخطيط الشبكي الجزئي التكرار بصورة انتقائية. وتمزج الشبكات الحقيقية عادةً بين الأشكال في تخطيطات هجينة.