ネットワークトポロジの種類

コンピュータネットワークでは、さまざまなコンポーネントを相互に接続するさまざまな方法があります。 ネットワークトポロジー 構造を定義する方法と、これらのコンポーネントがどのように相互に接続されるかです。

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ノードと、送信者と受信者を介した接続回線で構成されるネットワークの構成は、 ネットワークトポロジー 。さまざまなネットワークトポロジは次のとおりです。

ポイントツーポイントトポロジ
メッシュトポロジ
スター型トポロジー
バストポロジー
リングトポロジー
ツリートポロジ
ハイブリッドトポロジ

ポイントツーポイントトポロジ

ポイントツーポイントトポロジは、送信側と受信側の機能で動作するトポロジの一種です。これは 2 つのノード間の最も単純な通信で、一方が送信者、もう一方が受信者になります。ポイントツーポイントは高帯域幅を提供します。

ポイントツーポイントトポロジ

メッシュトポロジ

メッシュトポロジでは、すべてのデバイスが特定のチャネルを介して別のデバイスに接続されます。メッシュトポロジでは、AHCP (Ad Hoc Configuration Protocol)、DHCP (Dynamic Host Configuration Protocol) などのプロトコルが使用されます。

メッシュトポロジ

図1 : すべてのデバイスは専用チャネルを介して別のデバイスに接続されます。これらのチャネルはリンクとして知られています。

N 台のデバイスがメッシュトポロジで相互に接続されていると仮定すると、各デバイスに必要なポートの総数は N-1 になります。図 1 では、5 つのデバイスが相互に接続されているため、各デバイスに必要なポートの合計数は 4 です。必要なポートの合計数 = N * (N-1)。
N 台のデバイスがメッシュトポロジで相互に接続されていると仮定すると、それらの接続に必要な専用リンクの総数は次のようになります。^NC₂つまり、N(N-1)/2。図 1 では、5 つのデバイスが相互に接続されているため、必要なリンクの総数は 5*4/2 = 10 となります。

メッシュトポロジの利点

ノード間の通信は非常に高速です。
メッシュトポロジは堅牢です。
故障を簡単に診断できます。データは専用チャネルまたはリンクを通じてデバイス間で転送されるため、データの信頼性が高まります。
セキュリティとプライバシーを提供します。

メッシュトポロジの欠点

インストールと設定が難しい。
大量の配線が必要なため、ケーブルのコストが高くなるため、デバイスの数が少ない場合に適しています。
維持費が高い。

メッシュトポロジの一般的な例は、さまざまなインターネットサービスプロバイダーが専用チャネルを介して相互に接続されるインターネットバックボーンです。このトポロジは、軍事通信システムや航空機ナビゲーションシステムでも使用されています。

詳細については、「メッシュトポロジの利点と欠点」を参照してください。

スター型トポロジー

スタートポロジでは、すべてのデバイスがケーブルを介して単一のハブに接続されます。このハブはセントラルノードであり、他のすべてのノードはセントラルノードに接続されます。ハブは本質的にパッシブ、つまりブロードキャストデバイスのようなインテリジェントハブではない場合もありますが、同時にハブはアクティブハブとして知られるインテリジェントなハブにすることもできます。アクティブなハブにはリピータが含まれています。コンピュータの接続には同軸ケーブルまたは RJ-45 ケーブルが使用されます。スタートポロジでは、CD (衝突検出)、CSMA (キャリアセンスマルチアクセス) など、多くの一般的なイーサネット LAN プロトコルが使用されます。

スター型トポロジー

図2 : 4 つのシステムが 1 つの接続点 (ハブ) に接続されているスタートポロジ。

スター型トポロジーの利点

N 台のデバイスがスター型トポロジで接続されている場合、接続に必要なケーブルの数は N 本であるため、セットアップが簡単です。
各デバイスはハブに接続するために 1 つのポートのみを必要とするため、必要なポートの総数は N になります。
堅牢です。 1 つのリンクに障害が発生した場合、そのリンクのみが影響を受け、他のリンクには影響しません。
障害の特定と切り分けが容易です。
スタートポロジは、安価な同軸ケーブルを使用するため、コスト効率が高くなります。

スター型トポロジの欠点

トポロジー全体が依存するコンセントレーター (ハブ) に障害が発生すると、システム全体がクラッシュします。
設置費用が高い。
パフォーマンスは単一のコンセントレータ、つまりハブに基づいています。

スタートポロジの一般的な例は、すべてのコンピュータが中央ハブに接続されているオフィス内のローカルエリアネットワーク (LAN) です。このトポロジは、すべてのデバイスがワイヤレスアクセスポイントに接続されているワイヤレスネットワークでも使用されます。

詳細については、「スタートポロジの利点と欠点」を参照してください。

数字の「ABC」

バストポロジ

バストポロジは、すべてのコンピュータとネットワークデバイスが 1 本のケーブルに接続されるネットワークタイプです。双方向です。これはマルチポイント接続であり、バックボーンに障害が発生するとトポロジがクラッシュするため、堅牢ではないトポロジです。バストポロジでは、さまざまな MAC (メディアアクセスコントロール) プロトコルの後に、TDMA、ピュアアロハ、CDMA、スロットアロハなどの LAN イーサネット接続が続きます。

バストポロジー

図3 : バックボーンケーブルを共有するバストポロジ。ノードは引込線を介してチャネルに接続されます。

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バストポロジの利点

N 台のデバイスがバストポロジで相互に接続されている場合、それらの接続に必要なケーブルの数は 1 (バックボーンケーブルと呼ばれます) で、N 個のドロップラインが必要です。
同軸ケーブルまたはツイストペアケーブルは、主に最大 10 Mbps をサポートするバスベースのネットワークで使用されます。
ケーブルのコストは他のトポロジに比べて安価ですが、小規模なネットワークの構築に使用されます。
バストポロジは、インストールおよびトラブルシューティングのテクニックがよく知られているため、よく知られたテクノロジです。
CSMA は、このタイプのトポロジで最も一般的な方法です。

バストポロジの欠点

バストポロジは非常に単純ですが、それでも多くのケーブル配線が必要です。
共通ケーブルに障害が発生すると、システム全体がクラッシュします。
ネットワークトラフィックが多い場合、ネットワーク内の衝突が増加します。これを回避するために、MAC 層では Pure Aloha、Slotted Aloha、CSMA/CD などとして知られるさまざまなプロトコルが使用されます。
新しいデバイスをネットワークに追加すると、ネットワークの速度が低下します。
セキュリティは非常に低いです。

バストポロジの一般的な例は、すべてのデバイスが 1 本の同軸ケーブルまたはツイストペアケーブルに接続されているイーサネット LAN です。このトポロジはケーブルテレビネットワークでも使用されます。詳細については、「バストポロジの利点と欠点」を参照してください。

リングトポロジー

リングトポロジでは、ちょうど 2 つの隣接するデバイスとデバイスを接続するリングを形成します。ノード数が多いリングトポロジでは、多数のリピータが使用されます。これは、100 ノードのリングトポロジの最後のノードにデータを送信したい場合、データが 100 番目のノードに到達するまでに 99 のノードを通過する必要があるためです。ノード。したがって、データ損失を防ぐために、ネットワークではリピータが使用されます。

データは一方向に流れます。つまり単方向ですが、各ネットワークノード間に 2 つの接続を持つことで双方向にすることができます。これはデュアルリングトポロジと呼ばれます。インリングトポロジでは、ワークステーションがデータを送信するためにトークンリングパッシングプロトコルを使用します。

リングトポロジー

図4 : リングトポロジは、リングを形成する 4 つのステーションで構成されます。

リングトポロジの最も一般的なアクセス方法はトークンパッシングです。

トークンパッシング: これは、トークンをあるノードから別のノードに渡すネットワークアクセス方法です。
トークン： ネットワーク上を循環するフレームです。

リングトポロジーの運用

1 つの駅はとして知られています。 モニター 操作を実行するすべての責任を負うステーション。
データを送信するには、ステーションがトークンを保持する必要があります。送信が完了すると、他のステーションが使用できるようにトークンが解放されます。
どのステーションもデータを送信していない場合、トークンはリング内を循環します。
トークン解放手法には次の 2 種類があります。 トークンの早期リリース データを送信した直後にトークンを解放し、 トークンリリースの遅延 受信者から確認応答を受信した後、トークンを解放します。

リングトポロジの利点

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データ転送は高速です。
このタイプのトポロジでは、衝突の可能性は最小限に抑えられます。
導入と拡張が安価に行えます。
スター型トポロジよりもコストが低くなります。

リングトポロジの欠点

ネットワーク内の 1 つのノードに障害が発生すると、ネットワーク全体に障害が発生する可能性があります。
このトポロジではトラブルシューティングが困難です。
間にステーションを追加したり、ステーションを削除すると、トポロジ全体が乱れる可能性があります。
安全性が低くなります。

詳細については、「リングトポロジの利点と欠点」を参照してください。

ツリートポロジ

このトポロジは、スタートポロジのバリエーションです。このトポロジには階層的なデータフローがあります。ツリートポロジでは、DHCP や SAC (標準自動構成) などのプロトコルが使用されます。

ツリートポロジ

図5 : この場合、さまざまなセカンダリハブが、リピータを含む中央ハブに接続されます。このデータは上から下へ、つまり中央ハブからセカンダリ、その後デバイスへ、または下から上へ、つまりデバイスからセカンダリハブ、次に中央ハブへと流れます。これはマルチポイント接続であり、バックボーンに障害が発生するとトポロジがクラッシュするため、堅牢ではないトポロジです。

ツリートポロジの利点

これにより、より多くのデバイスを 1 つの中央ハブに接続できるため、デバイスに到達する信号の移動距離が短縮されます。
これにより、ネットワークを分離し、異なるコンピュータからの優先順位を付けることができます。
追加できます 新しいデバイスを既存のネットワークに接続します。
エラー検出 そして 誤り訂正 ツリートポロジでは非常に簡単です。

ツリートポロジの欠点

中央ハブに障害が発生すると、システム全体に障害が発生します。
配線の関係でコストが高くなります。
新しいデバイスが追加された場合、再構成が困難になります。

ツリートポロジの一般的な例は、大規模な組織の階層です。ツリーの最上位には CEO があり、会社のさまざまな部門または部門 (子ノード) に接続されています。各部門には独自の階層があり、マネージャーがさまざまなチーム (孫ノード) を監督します。チームメンバー (リーフノード) は階層の最下位にあり、それぞれのマネージャーや部門に接続されています。

詳細については、「ツリートポロジの利点と欠点」を参照してください。

それ以外の場合はバッシュします

ハイブリッドトポロジ

このトポロジ技術は、上で検討したさまざまなタイプのトポロジをすべて組み合わせたものです。ハイブリッドトポロジは、ノードが任意の形式を取ることができる場合に使用されます。これは、リングトポロジやスタートポロジなどの個別のトポロジであることも、上記のさまざまなタイプのトポロジの組み合わせであることもできることを意味します。個々のトポロジでは、前に説明したプロトコルが使用されます。

ハイブリッドトポロジ

図6 : 上図は、ハイブリッドトポロジの構造を示しています。ご覧のとおり、さまざまな種類のネットワークがすべて組み合わされて含まれています。

ハイブリッドトポロジの利点

このトポロジは 非常に柔軟な 。
ネットワークのサイズは次のように簡単に拡張できます。 新しいデバイスを追加します。

ハイブリッドトポロジの欠点

挑戦的です アーキテクチャを設計する ハイブリッドネットワークの。
ハブこのトポロジで使用されるのは 非常に高価です。
ハイブリッドネットワークとしてインフラストラクチャのコストが非常に高い 多くのケーブル配線とネットワークデバイスが必要です 。

ハイブリッドトポロジの一般的な例は、大学のキャンパスネットワークです。ネットワークにはスタートポロジのバックボーンがあり、各建物がスイッチまたはルーターを介してバックボーンに接続されている場合があります。各建物内には、さまざまな部屋やオフィスを接続するバスまたはリングトポロジが存在する場合があります。ワイヤレスアクセスポイントは、ワイヤレスデバイスのメッシュトポロジも作成します。このハイブリッドトポロジにより、異なる建物間の効率的な通信が可能になり、各建物内に柔軟性と冗長性が提供されます。

詳細については、「ハイブリッドトポロジの利点と欠点」を参照してください。

ネットワークトポロジの種類