أساسيات طوبولوجيا النجمة والناقل

الـطوبولوجيا هي الشكل أو النمط الذي تتصل وفقه الأجهزة في الشبكة. وهي تصف كيفية امتداد الكابلات وكيفية انتقال البيانات بين الأجهزة. ويؤثر اختيار الطوبولوجيا في ثلاثة أمور رئيسية: التكلفة والسرعة والموثوقية. في هذا الدرس ستقارن بين أقدم تخطيطين وأبسطهما: النجمي والناقل. ويشكل فهمهما أساسًا لتصميمي الحلقة والشبكة الكاملة الأكثر تقدمًا اللذين ستتعرف إليهما لاحقًا.

في الطوبولوجيا النجمية، يتصل كل جهاز بنقطة مركزية واحدة، تكون عادةً مبدّلًا (وهو جهاز يمرر البيانات في شبكة LAN، أي الشبكة المحلية). ولا يتحدث أي جهاز مباشرةً إلى جهاز آخر؛ بل تمر كل حركة البيانات عبر المركز. وهذا هو التخطيط الذي تراه في معظم شبكات المنازل والمكاتب الحديثة. ويمتد كل كابل من جهاز واحد إلى المبدّل المركزي، مكوّنًا شكل نجمة عند رسمه.

تحظى الطوبولوجيا النجمية بشعبية لأنها سهلة الإدارة واستكشاف الأخطاء وإصلاحها. فإذا تعطل كابل واحد، يفقد ذلك الجهاز وحده الاتصال، بينما يواصل الآخرون العمل. وإضافة جهاز جديد بسيطة: صِل كابلًا واحدًا بمنفذ فارغ في المبدّل.

• موثوقة — لا يؤدي تعطل كابل واحد إلى إيقاف الشبكة.
• قابلة للتوسع — يمكنك إضافة أجهزة بتوصيلها بالمنافذ المفتوحة.
• سهلة عزل الأعطال — يمكن تتبع المشكلة إلى وصلة واحدة.

للطوبولوجيا النجمية نقطة ضعف واضحة: الجهاز المركزي نقطة فشل واحدة. فإذا فقد المبدّل الطاقة أو تعطل، تصبح جميع الأجهزة المتصلة به غير متصلة في الوقت نفسه. كما تحتاج الطوبولوجيا النجمية إلى كابلات أكثر من التصميمات الأقدم، إذ يحتاج كل جهاز إلى كابل مخصص يمتد عائدًا إلى المركز. ورغم هذه التكاليف، تجعل الموثوقية والبساطة الطوبولوجيا النجمية الخيار القياسي اليوم.

في طوبولوجيا الناقل، تتشارك جميع الأجهزة كابلًا طويلًا واحدًا يسمى العمود الفقري. ويتصل كل جهاز بهذا الخط الواحد. وعندما يرسل جهاز بيانات، تنتقل الإشارة على طول الكابل بأكمله، وتراها جميع الأجهزة، لكن المستلم المقصود وحده يحتفظ بها. وكانت طوبولوجيا الناقل شائعة في الشبكات القديمة لأنها تستخدم قدرًا قليلًا جدًا من الكابلات وكانت منخفضة التكلفة.

تحتاج شبكة الناقل إلى مُنْهٍ (مقاومة صغيرة) عند كل طرف من أطراف الكابل. ومن دون المُنهيات، ترتد الإشارات على طول الخط، فتسبب تداخلًا يؤدي إلى تلف البيانات. كما اعتمد الناقل على CSMA/CD (الوصول المتعدد مع تحسس الحامل واكتشاف التصادم) حتى تتمكن الأجهزة من مشاركة السلك الواحد دون أن تتداخل عمليات الإرسال باستمرار.

لطوبولوجيا الناقل عيوب خطيرة دفعتها إلى الاندثار. وبما أن كل جهاز يتشارك كابلًا واحدًا، فلا يمكن إلا لجهاز واحد الإرسال في كل مرة، لذلك ينخفض الأداء كلما أضفت أجهزة. والأسوأ من ذلك أن انقطاعًا واحدًا أو موصلًا مرتخيًا في أي مكان من العمود الفقري قد يؤدي إلى تعطيل الشبكة بأكملها. ويتطلب استكشاف الأخطاء البحث على طول الكابل كله للعثور على العطل.

توضح مقارنة النموذجين سبب استبدال الطوبولوجيا النجمية بالناقل:

• الكابلات — يستخدم الناقل خطًا مشتركًا واحدًا؛ بينما يستخدم النجمي كابلًا مستقلًا لكل جهاز.
• تحمل الأعطال — يؤدي انقطاع واحد في الناقل إلى تعطيل الشبكة بأكملها؛ بينما يعزل النجمي الأعطال.
• الأداء — يتشارك الناقل عرض النطاق الترددي؛ بينما توفر مبدلات النجمي مسارًا مخصصًا لكل جهاز.
• التكلفة — الناقل أقل تكلفة من حيث الكابلات، لكنه أعلى تكلفة بكثير من حيث وقت التوقف.

يكمن الفرق الأساسي في كيفية مشاركة الوسط. ففي الناقل، تتنافس جميع الأجهزة على كابل واحد، لذلك تكون التصادمات (إرسال جهازين في الوقت نفسه) شائعة وتؤدي إلى إبطاء العمل. أما الطوبولوجيا النجمية الحديثة المعتمدة على المبدلات فتتجنب ذلك؛ إذ يمنح المبدّل كل منفذ مسارًا خاصًا خاليًا من التصادمات. وهذا أحد الأسباب الرئيسية التي جعلت تصميم النجمي مع المبدّل الخيار الافتراضي للشبكات السريعة والموثوقة.

توجد الطوبولوجيا النجمية في كل مكان: في جهاز التوجيه المنزلي، وخزانة توصيلات المكتب، ورفوف مراكز البيانات. أما الناقل الخالص فقد اختفى تقريبًا من Ethernet الحديثة، رغم بقاء فكرته في بعض أنظمة الناقل، مثل مسارات تلفزيون الكابل القديمة وبعض نواقل التحكم الصناعي. وبالنسبة إلى اختبار Network+، تذكر أن النجمي هو التصميم العملي السائد، وأن الناقل هو السلف الذي يوضح ما ينبغي الحذر منه.

تخيّلوا الشبكة النجمية كعجلة دراجة: المحوّل هو المحور، وكل شعاع يصل إلى جهاز واحد. وتخيّلوا الناقل كممر واحد تصطف على امتداده الأبواب، حيث يملأ صوت واحد مرتفع الممر كله. تظل العجلة تعمل إذا انكسر أحد الأشعة، بينما يصمت الممر إذا انهار في أي موضع. تساعدكم هذه الصور على تذكّر المفاضلات بسهولة تحت ضغط الامتحان.

اختبروا فهمكم لتخطيطي الشبكة النجمية والناقلة.

قارنتم بين أبسط تخطيطين للشبكات. يربط التخطيط النجمي كل جهاز بمحوّل مركزي، مما يعزل الأعطال ويسهّل التوسّع، لكن المحوّل يُعد نقطة فشل واحدة. أما التخطيط الناقل فيشارك كابلًا رئيسيًا واحدًا مع مُنهِيَيْن في طرفيه؛ وهو رخيص، لكنه يؤدي إلى تعطل الشبكة بالكامل عند حدوث أي انقطاع، كما يتباطأ عند زيادة الحمل. يُعد التخطيط النجمي المعتمد على المحوّلات المعيار الشائع اليوم، بينما يظل التخطيط الناقل مستخدمًا أساسًا كمثال تعليمي. بعد ذلك ستستكشفون تخطيطي الحلقة والشبكة.