توپولوژی شبکه (Network Topology) چیست؟

عبارت «توپولوژی شبکه» برای توصیف ساختار فیزیکی و منطقی یک شبکه استفاده می‌شود. این نقشه نحوه قرارگیری و اتصال گره‌های (یا همان نودهای) مختلف در شبکه، از جمله سوئیچ ها و روترها، و همچنین نحوه‌ی جریان داده را نشان می‌دهد. ترسیم نمودار مکان اندپویت‌ها (endpoints) و ملزومات سرویس‌ها به تعیین بهترین مکان برای هر گره و در نهایت به بهینه‌سازی ترافیک داده کمک می‌کند.

• توپولوژی شبکه به چه کار می‌آید؟

وجود یک توپولوژی شبکه‌ي برنامه‌ریزی شده، حس رضایتمندی کاربر را افزایش می‌دهد و به مدیران کمک می‌کند که میزان عملکرد را در حین رفع نیازهای تجاری به حداکثر برسانند. داشتن که یک توپولوژی مناسب به عیب‌یابی و رفع مشکلات کمک و اشتراک‌گذاری منابع در بین شبکه‌ها را آسان‌تر می‌کند.

با یک توپولوژی شبکه مناسب و مدیریت شده، کسب و کار می‌تواند کارایی انتقال داده خود را بهبود دهد. بهره‌وری بهتر به نوبه خود به کاهش هزینه‌های نگهداری و انجام عملیات کمک می‌کند.

در کسب کارهایی که در حال توسعه و رشد می باشند، توپولوژی شبکه استاندارد امکان توسعه پذیری بهتر را برای مدیران ارشد شبکه فراهم میکند و پشتیبانی از نیازهای اتی و سرویس های رو به رشد شبکه تضمین می نماید.

• انواع توپولوژی‌های شبکه کدامند؟

توپولوژی‌های شبکه به طور کلی به دو دسته تقسیم می‌شوند:

1. فیزیکی (physical/underlay): این توپولوژی به اتصالات واقعی و فیزیکی یک شبکه (مانند سیم‌ها و کابل‌ها و محل قرارگیری اجزای مختلف) اشاره می‌کند.

2. منطقی (logical/overlay): این توپولوژی چگونگی انتقال داده‌ها در شبکه و از دستگاه به دستگاه دیگر را بدون توجه به اتصالات فیزیکی بین آن‌ها نشان می‌دهد. شبکه منطقی از اتصالات فیزیکی برای انتقال داده استفاده می‌کند اما نحوه‌ی جریان داده‌ها با منطق تعریف می‌شود نه اتصالات فیزیکی. در این نوع توپولوژی یا دیاگرام شبکه تمرکز بیشتر برروی بخش های منطقی مانند آدرس IPها، زون بندی های فایروال و جریان ترافیکی شبکه میباشد.

• چگونه می‌توان دیاگرامی از توپولوژی شبکه ترسیم کرد؟

توپولوژی‌های شبکه را می‌توان بر روی کاغذ ترسیم کرد اما استفاده از نرم‌افزارهایی که برای رسم نمودار شبکه ساخته شده‌اند، آسان‌تر است. این برنامه‌ها معمولاً دارای قالب‌هایی از پیش ساخته شده هستند و همچنین نمادهایی برای عناصر رایج شبکه (مانند روترها و سوئیچ‌ها) دارند.

یکی از محبوبترین نرم افزارها برای ترسیم دیاگرام شبکه Microsoft Visio می باشد، در این نرم افزار استنسیل ها (stencil) ها را از شرکت های سازنده می توانید دانلود کنید و در داخل نرم افزار اضافه کنید، به این ترتیب میتوانید نمادهای با دقت بسیار بالا جهت ترسیم دیاگرام شبکه استفاده کنید.

با ترسیم دیاگرام شبکه، می‌توانید نحوه حرکت اطلاعات در سراسر شبکه را مشاهده کنید. همچنین می‌توانید مشکلات احتمالی برای ترافیک داده را شناسایی و از آن‌ها دوری کنید. یک دیاگرام شبکه می‌تواند مرجع و ابزار مفیدی هنگام عیب‌یابی شبکه به شمار بیاید و تصویر واضح‌تری از عملکرد شبکه ارائه بدهد. این مورد می‌تواند به مدیران شبکه کمک کند تا تشخیص دهند که کجا به گره‌های جدید نیاز دارد و کدام گره‌ها باید مورد نظارت قرار بگیرند، ارتقا پیدا کنند، و یا جایگزین شوند.

• هنگام طراحی توپولوژی شبکه چه مواردی باید در نظر گرفته شود؟

مدیران فناوری اطلاعات باید بررسی کنند که آیا توپولوژی انتخابی برای اهداف شبکه مناسب است. به عنوان مثال آن‌ها باید اندازه و مقیاس مورد نیاز برای دستیابی به اهداف تجاری، میزان بودجه موجود، موارد مورد نیاز برای عملکرد مطلوب، و نیازهای افزونگی (redundancy requirements) را هنگام طراحی معماری توپولوژی در نظر بگیرند.

مقیاس‌پذیری نیز مهم است. اگر سازمان در حال رشد است و برای افزایش اندازه و میزان پیچیدگی آن در آینده برنامه‌ریزی شده است، آن سازمان باید توپولوژی‌ شبکه‌ای انتخاب کند که به راحتی قابل تغییر است.

• محدودیت های توپولوژی‌های فیزیکی چیست؟

تغییر توپولوژی‌های فیزیکی دشوار است. به همین دلیل، شبکه‌های فیزیکی به اندازه شبکه‌های منطقی سریع نیستند و با افزایش کاربران یا اضافه شدن دستگاه‌ها، نمی‌توان آنها را به راحتی پیکربندی کرد. علاوه بر این، وابستگی شبکه‌ها به اتصالات فیزیکی، وظایف بیشتری برای تیم‌های امنیتی ایجاد می‌کند چرا که آن‌ها باید به فایروال‌ها و تنظیمات سوئیچ برای حفاظت از شبکه‌ تکیه کنند.

از سوی دیگر، توپولوژی‌های منطقی با تعریف کردن، استفاده، و اعمال فیلدها در هِدِرِ بسته‌ها (packet headers) ساخته می‌شوند و بنابراین به راحتی می‌توان آن‌ها را برای برآورده کردن نیازها تغییر داد. البته تا زمانی که لایه زیرین فیزیکی ظرفیت و مقیاس‌پذیری مورد نیاز برای پشتیبانی از نیازهای توپولوژی منطقی را داشته باشد.

انواع توپولوژی‌های شبکه‌ فیزیکی

توپولوژی‌های فیزیکی شبکه نقش بسیار مهم‌تری در طراحی شبکه ایفا می‌کنند. امروزه، تا زمانی که لایه زیرین فیزیکی قوی و مقیاس پذیر باشد، تاکید بر طراحی توپولوژی‌های منطقی یا مجازی است. متداول‌ترین توپولوژی‌های فیزیکی مورد استفاده در زیر توضیح داده شده‌اند.

معماری لایه‌ای (Layered Architecture)

معماری لایه‌ای، که معمولاً در پردیس سازمانی و شعبه‌ها استفاده می‌شود، از سه لایه تشکیل شده است و مدلی است که به طور گسترده برای طراحی شبکه‌ای استفاده می‌شود که قابل اعتماد، مقیاس‌پذیر، و مقرون به صرفه است و به کاربرانی خدمت‌رسانی می‌کند که مستقیماً به آن متصل می‌شوند.

این لایه‌ها عبارتند از:

    ✓ لایه دسترسی (Access Layer): دسترسی گروه کاری و کاربر به شبکه را ارائه می‌دهد.

    ✓ لایه توزیع (Distribution Layer): اتصال مبتنی بر سیاست (policy-based connectivity) ارائه می‌دهد و مرز بین لایه‌های دسترسی و اصلی را کنترل می‌کند.

    ✓ لایه اصلی (Core Layer): انتقال سریع بین سوئیچ‌های توزیع در داخل سازمان را فراهم می‌کند. در شبکه‌های کوچکتر، ممکن است همه لایه‌ها به صورت فیزیکی وجود نداشته باشند.

معماری ستون و برگ (Spine and Leaf Architecture)

در این معماری دو لایه‌ای، که معمولاً در مراکز داده یافت می‌شود، هر سوئیچ لایه پایینی (لایه برگ یا leaf) به هر یک از سوئیچ‌های لایه بالایی (لایه ستون یا spine) از طریق یک توپولوژی تمام مش (full-mesh topology) متصل می‌شود. لایه برگ شامل سوئیچ‌های دسترسی است که به دستگاه هایی مانند سرورها متصل می‌شوند. لایه ستون، ستون اصلی شبکه است و وظیفه اتصال همه سوئیچ‌های برگ را بر عهده دارد.

روندهای مدرن تاثیرگذار بر طراحی توپولوژی شبکه

−تحول دیجیتالی (Digital Transformation)

شبکه‌ها کارهای سنگینی برای شرکت‌هایی انجام می‌دهند که در حال تحول دیجیتالی هستند. آنها باید از تحرک کاربر، برنامه‌های کاربردی ابری، و شبکه‌ی اینترنت اشیاء (Internet of Things - IoT) را پشتیبانی کنند و همچنین امنیت تمام این موارد را تأمین کنند. همه‌ی این فعالیت‌ها به سرعت در حال رشد هستند.

توپولوژی‌های منطقی که از تحول دیجیتالی پشتیبانی می‌کنند باید سیاست‌محور و خودکار باشند و باید اطلاعاتی کافی (مانند تله‌متری) ارائه دهند تا بتوان عملکرد آنها را اندازه‌گیری و مشکلات را شناسایی و اصلاح کرد.

−شبکه‌‌سازی مبتنی بر هدف (Intent-based Networking)

سازمان‌های مدرن به ارزشی که شبکه‌ها می‌توانند برای کسب‌وکارشان ارائه دهند پی برده‌اند و گام‌هایی برای هوشمند کردن آن‌ها بر داشته‌اند. شبکه‌های مبتنی بر هدف، شبکه‌های دستی و سخت‌افزار محور را به شبکه‌هایی کنترل‌ شده تبدیل می‌کنند که اهداف تجاری را در بر می‌گیرند و آن‌ها را به سیاست‌هایی تبدیل می‌کنند که می‌توانند به طور خودکار و مداوم در سراسر شبکه اعمال شوند.

هدف این است که شبکه به طور مداوم بر عملکرد شبکه نظارت داشته باشد و آن‌ را تنظیم کند تا به رسیدن به نتایج تجاری مورد نظر کمک کند. برای پشتیبانی موثر از شبکه‌های مبتنی بر هدف، توپولوژی‌ها باید چابک و سریع و دستگاه‌های شبکه باید قابل برنامه‌ریزی باشند.

−دستگاه‌های شبکه (Network Devices)

ویژگی‌های دستگاه‌های شبکه مانند روترها، سوئیچ‌ها، و دستگاه‌های بی‌سیم در طراحی و نگهداری توپولوژی‌های منطقی نقشی حیاتی دارد. دستگاه‌های شبکه باید هِدِرِ بسته‌هایی را که توپولوژی ایجاد می‌کنند را پشتیبانی و تفسیر کنند. همچنین آن‌ها باید از طریق API ها قابل برنامه‌ریزی باشند تا توپولوژی‌های موجود بدون نیاز به تنظیمات دستی، اصلاح و توپولوژی‌های جدید تعریف شوند.

−کنترل‌کننده‌های شبکه (Network Controllers)

داشتن یک داشبورد مرکزی که بتوانید از آن برای تعیین سیاست‌های کنترل شبکه و هماهنگ کردن شبکه استفاده کنید برای ساخت توپولوژی‌های شبکه‌ی چابک بسیار مهم است. چنین کنترل‌کننده‌هایی دستگاه‌های شبکه را در کل شبکه برنامه‌ریزی، نیاز به پیکربندی و اعمال تنظیمات به صورت دستی را حذف، و فرآیندها را سریع‌تر و بدون خطا‌ می‌کنند. کنترل‌کننده‌ها همچنین می‌توانند داده‌ها را جمع‌آوری و تجزیه و تحلیل کنند تا مطمئن شوند که شبکه نیازهای کاربر و کسب‌وکار را برآورده می‌کند و اگر چنین نیست، می‌توانند اقدامات اصلاحی مورد نیاز را انجام دهند.