Τοπολογία δικτύου (αγγλ.: network topology) είναι η διάταξη των διαφόρων στοιχείων (μέσα σύνδεσης, κόμβοι, κλπ) τωντηλεπικοινωνιακών δικτύων. Είναι η τοπολογική αναπαράσταση ενός δικτύου και μπορεί να απεικονιστεί φυσικά ή λογικά. Ηφυσική τοπολογία απεικονίζει τις θέσεις των στοιχείων του δικτύου (συσκευές, καλώδια, κλπ) όπως θα ήταν στο χώρο. Ηλογική τοπολογία παρουσιάζει την ροή των δεδομένων μέσα στο δίκτυο. Δύο δίκτυα που έχουν την ίδια φυσική τοπολογία ενδέχεται να έχουν διαφορετική λογική (τοπολογία) αν διαφέρουν στην τεχνολογία των συσκευών καιτων μέσων μετάδοσης.[1]
Στην τοπολογική απεικόνιση, δυο είναι τα κύρια συστατικά μέρη του δικτύου. Οι κόμβοι (nodes), δηλαδή οι συσκευές, καιοι συνδέσεις ή ζεύξεις (links), δηλαδή τα μέσα που συνδέουν τις συσκευές.
Οιζεύξεις είναι τα μέσα μεταφοράς (καλούνται και φυσικά μέσα) της πληροφορίας που ζευγνύουν (συνδέουν) τις συσκευές του δικτύου και μπορεί να είναι ηλεκτρικά καλώδια, οπτικές ίνες ή ραδιοκύματα.[2]Στομοντέλο OSI αναφέρονται στοφυσικό επίπεδο (επίπεδο 1) καιστοεπίπεδο ζεύξης (επίπεδο 2). Ακόμα καιη ηλεκτρική εγκατάσταση ενός κτηρίου μπορεί να χρησιμοποιηθεί σαν μέσο μεταφοράς πληροφορίας.
Ταηλεκτρικά καλώδια χρησιμοποιούνται σε μικρές αποστάσεις και είναι εύκολα στην εγκατάσταση. Υπάρχουν διαφορετικά είδη (ομοαξονικά, συνεστραμμένα ζεύγη, κλπ) που διαφέρουν στο ρυθμό μεταφοράς πληροφορίας καιστην απόσταση που μπορούν να αποδώσουν.
Οιοπτικές ίνες αποδίδουν σε μικρές και μεγάλες αποστάσεις. Παρέχουν μεγαλύτερους ρυθμούς μεταφοράς πληροφορίας. Συνηθίζονται σε υποθαλάσσιες διηπειρωτικές επικοινωνιακές εγκαταστάσεις.
Ταραδιοκύματα χρησιμοποιούνται σε μικρές αποστάσεις (Wi-Fi), όπως καισε μεγάλες (δορυφορικές επικοινωνίες). Οι ταχύτητες μετάδοσης κυμαίνονται ανάλογα μετην εγκατάσταση.Στην καθημερινή χρήση υπερτερούν στην ευκολία σύνδεσης μετο δίκτυο (π.χ. στις φορητές υπολογιστικές συσκευές, κινητά τηλέφωνα, κλπ)
Οι κόμβοι (nodes) είναι οι συσκευές που χρησιμοποιούν τις ζεύξεις γιανα επικοινωνούν μεταξύ τους καιγι' αυτό έχουν μία ή περισσότερες διεπαφές δικτύου (network interfaces). Συσκευές που αναμεταδίδουν την πληροφορία (π.χ. μεταγωγείς, δρομολογητές) ή την παράγουν-καταναλώνουν, όπως ένας σταθμός εργασίας, εκτυπωτής, εξυπηρετητής ή μια τηλεφωνική συσκευή.[3][4]Οι συνηθέστερες καιοι λειτουργίες τους είναι:
Οιεπαναλήπτες (repeaters) που μεταφέρουν την πληροφορία από τηνμια ζεύξη στην άλλη ενισχυμένη. Χρησιμοποιούνται όταν έχουμε μεγαλύτερη απόσταση από αυτή που μπορεί να υποστηρίξει μια ζεύξη γιανα ενισχύσουν το σήμα.
Οιπλήμνες (hubs) που λαμβάνουν την πληροφορία από μία ζεύξη καιτην μεταβιβάζουν σε όλες τις άλλες.
Οιγέφυρες (bridges) που λαμβάνουν την πληροφορία από μία ζεύξη καιτην μεταβιβάζουν σεμια δεύτερη ανο προορίζεται για αυτήν.
Οιμεταγωγείς (switches) που κάνουν ότι οι πλήμνες καιοι γέφυρες μαζί. Λαμβάνουν την πληροφορία από μια ζεύξη (όπως οι πλήμνες) καιτην μεταβιβάζουν μόνο στη ζεύξη γιατην οποία προορίζεται (όπως οι γέφυρες).
Οιδρομολογητές (routers) που επεξεργάζονται την πληροφορία καιτην προωθούν σε άλλα δίκτυα.
Ηδισημειακή τοπολογία[Σημ 1](αγγλ. point-to-point topology) είναι η απλούστερη τοπολογία, είναι μια μόνιμη σύνδεση μεταξύ δύο σημείων. Είναι η σύνδεση που επιτρέπει ανεμπόδιστη επικοινωνία μεταξύ δύο σημείων.[5] Χαρακτηριστικό παράδειγμα είναι η σύνδεση των δικτύων σε απομακρυσμένα υποκαταστήματα μιας εταιρείας μέσω μισθωμένων (αποκλειστικών) τηλεφωνικών κυκλωμάτων.[6]
Στις τεχνολογίες μεταγωγής κυκλωμάτων ή μεταγωγής πακέτων, ένα δισημειακό κύκλωμα μπορεί να δημιουργηθεί προσωρινά και παύει να υπάρχει όταν δεν χρειάζεται πλέον. Στη συμβατική τηλεφωνία δύο τηλεφωνικές συσκευές συνδέονται δισημειακά μέσω τηλεφωνικού κέντρου.
Στηντοπολογία διαύλου (αγγλ. bus topology), κάθε κόμβος συνδέεται σε ένα κεντρικό καλώδιο. Αυτό το κεντρικό καλώδιο είναι ο κορμός (backbone[7] ή bus[8]) του δικτύου και είναι γνωστό ως δίαυλος ή αρτηρία. Ένα πακέτο δεδομένων που έχει αφετηρία έναν από τους κόμβους ταξιδεύει και στις δύο κατευθύνσεις και διαδοχικά διέρχεται από όλους τους άλλους κόμβους του διαύλου. Κάθε κόμβος ελέγχει τη διεύθυνση παραλήπτη του πακέτου καιαν ταιριάζει μετην δική τουτο αποδέχεται, αλλιώς το αγνοεί. Είναι χαμηλού κόστους και εύκολα στην εγκατάσταση κυρίως γιατα μικρά δίκτυα λόγω του μοναδικού κεντρικού καλωδίου. Δεδομένου ότι τα πακέτα διασχίζουν όλο το δίκτυο ανεξάρτητα της θέσης του κόμβου-αποδέκτη ενδέχεται να επιβαρύνουν την συνολική του απόδοση. Ένα ακόμα μειονέκτημα είναι ότι αν προσθέσουμε ή αφαιρέσουμε έναν κόμβο, ολόκληρο δίκτυο τίθεται εκτός λειτουργίας. Το ίδιο συμβαίνει καιστην περίπτωση κάποιας βλάβης στο κεντρικό καλώδιο. Κυρίως οι τρεις τελευταίοι λόγοι καθιστούν αυτή την τοπολογία ακατάλληλη για μεγάλα δίκτυα.
Στηντοπολογία αστέρα (αγγλ. star topology) κάθε κόμβος (συσκευή) είναι συνδεδεμένος σε ένα "κεντρικό" κόμβο. Σε αυτή την τοπολογία ένα πακέτο δεδομένων που έχει αφετηρία έναν από τους περιφερειακούς κόμβους κατευθύνεται πάντα στον κεντρικό κόμβο ο οποίος το αναμεταδίδει σε όλους τους κόμβους. Οι περιφερειακοί κόμβοι επικοινωνούν μεταξύ τους με αποστολές και λήψεις στον κεντρικό κόμβο.[9]Η αποδοτική λειτουργία του δικτύου εξαρτάται πολύ από τον κεντρικό κόμβο. Αν είναι απλή πλήμνη (hub) το πακέτο πουθα παραλάβει από ένα κόμβο θατο στείλει σε όλους τους άλλους κόμβους και τελικά θα παραληφθεί από αυτόν που έχει την διεύθυνση παραλήπτη στο πακέτο ενώ οι άλλοι κόμβοι θατο αγνοήσουν. Όπως καιστηντοπολογία διαύλουη απόδοση του δικτύου επιβαρύνεται λόγω της μεταφοράς πακέτων σε όλους τους κόμβους. Το δίκτυο γίνεται πιο αποτελεσματικό όταν ο κεντρικός κόμβος είναι μεταγωγέας (switch). Ο μεταγωγέας διαβάζει την διεύθυνση παραλήπτη του πακέτου καιτο στέλνει αποκλειστικά στον κόμβο-αποδέκτη. Σε αυτή την τοπολογία μπορεί να προστεθεί ή να αφαιρεθεί περιφερειακός κόμβος χωρίς να επηρεαστεί η λειτουργία του υπόλοιπου δικτύου. Ο κεντρικός κόμβος υποστηρίζει περιορισμένο αριθμό συνδέσεων.
Ητοπολογία δακτυλίου (αγγλ. ring topology) είναι σαντηντοπολογία διαύλου (bus) στην οποία όμως τα δύο άκρα ενώνονται σε έναν κλειστό βρόχο. Τα δεδομένα διαδίδονται προς μία κατεύθυνση, ανκαι υπάρχουν δακτύλιοι διπλής κατεύθυνσης. Όταν ένας κόμβος στέλνει πακέτα δεδομένων σε έναν άλλο, τα πακέτα περνούν από κάθε ενδιάμεσο κόμβο καθώς διατρέχουν τον δακτύλιο μέχρι να φτάσουν στον κόμβο που προορίζονται. Δεδομένου ότι το σήμα στις καλωδιώσεις των δικτύων εξασθενεί μετην απόσταση, είναι σημαντικό ότι ο κάθε ενδιάμεσος κόμβος εκτός του ότι ελέγχει τη διεύθυνση του πακέτου γιαναδειαν είναι ο αποδέκτης, το επαναπροωθεί στον επόμενο κόμβο αφού το ενισχύσει. Δηλαδή εκτελεί την λειτουργία ενός επαναλήπτη (repeater). Για αυτό το λόγο αυτή η τοπολογία μπορεί να καλύψει μεγάλες αποστάσεις.[10] Όπως καιστην τοπολογία διαύλου ανσε κάποιο σημείο τουτο δίκτυο υποστεί βλάβη, δεν λειτουργεί στο σύνολό του. Πλεονεκτεί της τοπολογίας αστέραστο ότι δεν χρειάζεται τον "κεντρικό" κόμβο.
Μειονέκτημα είναι ότι αν μία από τις συνδέσεις μεταξύ των κόμβων έχει μικρότερη ταχύτητα μεταφοράς δεδομένων καθυστερεί ολόκληρο το δίκτυο.
Στηνκατανεμημένη τοπολογία (αγγλ. mesh topology) όλοι οι κόμβοι (συσκευές) του δικτύου συνδέονται μεταξύ τους μερικά ή στο σύνολό τους, έτσι ώστε ναμην κατατάσσονται σε κάποια από τις προηγούμενες τοπολογίες.
Στηνπλήρως κατανεμημένη τοπολογία (αγγλ. fully connected topology ή fully connected mesh topology)[9] όλοι οι κόμβοι συνδέονται μεταξύ τους. Ο αριθμός των συνδέσεων (connections) αυξάνεται τετραγωνικά σε σχέση μετον αριθμό των κόμβων (nodes).
Δηλαδή , πουγια δίκτυα με πολλούς κόμβους είναι περίπου . Η τοπολογία αυτή δεν έχει πρακτική εφαρμογή στα μεγάλα δίκτυα.
Στηνμερικώς κατανεμημένη τοπολογία (αγγλ. Partially connected mesh topology) κάποιοι κόμβοι έχουν περισσότερες από μια συνδέσεις με τους άλλους κόμβους του δικτύου. Σεμια τέτοια τοπολογία δύο απομακρυσμένοι κόμβοι μπορούν να επικοινωνούν ακολουθώντας μια διαδρομή ενδιάμεσων κόμβων. Επιπλέον μπορούμε να έχουμε πολλές διαφορετικές διαδρομές επικοινωνίας μεταξύ δύο κόμβων. Σε αυτή την περίπτωση αν κάποια από τις συνδέσεις του τεθεί εκτός λειτουργίας ή για κάποιο λόγο μειωθεί ο ρυθμός μετάδοσης, υπάρχει η δυνατότητα εναλλακτικών διαδρομών. Αυτό προϋποθέτει την ύπαρξη κατάλληλων αλγόριθμων πουθα καθορίζουν την βέλτιστη διαδρομή δρομολόγησης (routing) ανάλογα μετην κάθε περίσταση.
Οι υβριδικές τοπολογίες συνδυάζουν δύο ή περισσότερες από τις βασικές τοπολογίες με τέτοιο τρόπο ώστε το δίκτυο που προκύπτει ναμην κατατάσσεται σε κάποια από αυτές.
Συνηθέστερες υβριδικές τοπολογίες:
Δένδρουπου μπορεί να υλοποιηθεί με συνδυασμούς τοπολογιών αστέρα-αστέρακαιδιαύλου-αστέρα.[11]
Στηναστέρα-αστέρα έχουμε μια τοπολογία αστέρα με έναν τουλάχιστον από τους περιφερειακούς κόμβους να είναι επίσης τοπολογία αστέρα. Μπορούν να υλοποιηθούν σε πολλά επίπεδα, αλλά πάντα θα υπάρχει ο κεντρικός αρχικός κόμβος.
Στηναστέρα-διαύλου, όπου δύο ή περισσότερες τοπολογίες αστέρα διασυνδέονται μέσω μιας τοπολογίας διαύλου. Και εδώ μπορούμε να έχουμε πολλούς συνδυασμούς με πολλά επίπεδα όπου όλα βασίζονται σε έναν αρχικό κόμβο ή δίαυλο.
Η τοπολογία δένδρου πλεονεκτεί στην διαχείρισή της γιατί διαιρείται σε τμήματα, ώστε να ρυθμιστούν καινα εντοπιστούν προβλήματα. Μειονέκτημα είναι ότι όλο το δίκτυο εξαρτάται από την καλή λειτουργία τουκεντρικού κόμβου-κορμού.[1]
Αστέρα-δακτυλίου, όπου δύο οι περισσότεροι δακτύλιοι συνδέονται σε έναν κεντρικό κόμβο.
Υβριδική-κατανεμημένη, όπου ένας ή περισσότεροι κόμβοι συνδέονται με διαφορετικές τοπολογίες.Το διαδίκτυο (internet) χρησιμοποιεί μερικώς κατανεμημένη υβριδική τοπολογία.[12]
Ηφυσική τοπολογία (αγγλ. physical topology) είναι η διάταξη της καλωδίωσης που χρησιμοποιείται γιατη σύνδεση συσκευών μέσα στο χώρο. Αναφέρεται στη διάταξη των καλωδίων, στις θέσεις των κόμβων, στις αποστάσεις που καλύπτουν και στους συνδέσμους μεταξύ των κόμβων και της καλωδίωσης. Αφορά τις δυνατότητες των συσκευών, των μέσων μεταφοράς της πληροφορίας καιτον τρόπο σύνδεσής τους στοστο δίκτυο (π.χ. ενσύρματη ή ασύρματη). Η φυσική τοπολογία ενδιαφέρεται για τις αποστάσεις επειδή το σήμα εξασθενεί σε απομακρυσμένες συνδέσεις, οπότε αυξάνονται τα σφάλματα και μειώνεται η ταχύτητα μετάδοσης. Ενδιαφέρεται γιατην καλύτερη δυνατή διάταξη ώστε να είναι πιο εύκολος ο εντοπισμός καιη διόρθωση σφαλμάτων. Έχει να κάνει μετο κόστος τής σύνδεσης που μπορεί να είναι καλωδιακή, ασύρματη ή οποιοδήποτε άλλο παρεχόμενο τηλεπικοινωνιακό κύκλωμα.[13]
Ηλογική τοπολογία ή τοπολογία σήματος (αγγλ. Logical topology ή signal topology) αφορά την ηλεκτρονική και προγραμματιστική πραγματοποίηση της επικοινωνίας. Δεν ενδιαφέρεται γιατην ισχύ του σήματος όταν αυτό διαδίδεται μέσα σε ένα σύστημα. Ενδιαφέρεται γιατον τρόπο καιτην λογική της διάδοσης του σήματος ανεξάρτητα μετην φυσική διασύνδεση των συσκευών, καιτον τρόπο που περνούν τα δεδομένα από το ένα σημείο του δικτύου στο άλλο, ακόμα καιαν αυτό αφορά το εσωτερικό μιας δικτυακής συσκευής. Η διαφορετική χρήση των δύο τοπολογιών έχει σαν αποτέλεσμα πολλές φορές στο ίδιο δίκτυο να διαφέρει η φυσική από την λογική τοπολογία.[14]
Για παράδειγμα ένα δίκτυο συνεστραμμένου ζεύγους Ethernet με μία απλή πλήμνη (hub) ενώ στη φυσική τοπολογία παριστάνεται με αστέρα, στη λογική τοπολογία παριστάνεται σαν δίαυλος (bus). Επίσης οδακτύλιος με κουπόνι (token ring)[Σημ 2] της IBM, ενώ στη λογική τοπολογία είναι δακτύλιος στη φυσική τοπολογία παριστάνεται σαν αστέρας.[15]
Κάποιες προγραμματιζόμενες δικτυακές συσκευές, όπως δρομολογητές (routers) και μεταγωγείς (switches), παρέχουν την δυνατότητα της δυναμικής διαμόρφωσης της λογικής τοπολογίας του δικτύου.[16]
