ما هي طوبولوجيا النجمة Star Network Topology في شبكة الحاسوب

في الهيكل النجمي يعمل المحور المركزي كخادم وتعمل العقد المتصلة مثل العملاء، وعندما تتلقى العقدة المركزية حزمة من عقدة متصلة، يمكنها تمرير الحزمة إلى العقد الأخرى في الشبكة وتشتهر الطوبولوجيا النجمية أيضاً باسم شبكة النجوم.

ما هي طوبولوجيا النجمة Star Network Topology

طوبولوجيا النجوم: هي طوبولوجيا شبكة يتصل فيها كل مكون من مكونات الشبكة فعلياً بعقدة مركزية مثل جهاز توجيه أو لوحة وصل أو محول.

أساسيات طوبولوجيا النجمة

تتطلب شبكات “Star” اتصالاً من نقطة إلى نقطة بين العقدة المركزية وأجهزة التوصيل، ولتحسين الاتصال بين الأجهزة الموجودة على الشبكة، يمكن أن توفر العقدة المركزية خدمات إعادة تكييف وتضخيم الإشارة وغالباً ما تُستخدم طبولوجيا النجوم في الشبكات المنزلية، وتشمل فوائد طوبولوجيا الشبكة النجمية ما يلي:

• يحد من تأثير نقطة واحدة من الفشل، وفي الشبكات النجمية يتم عزل كل عقدة متصلة عن العقد المتصلة الأخرى، وإذا تعطلت إحدى نقاط الربط فلن يؤثر ذلك على أداء عقد الاتصال الأخرى في الشبكة.

• يسهل إضافة أو إزالة المكونات الفردية من وإلى الشبكة، وعادةً ما تظل شبكات “Star” صغيرة لأنّ أداء الشبكة قد يتأثر عندما تتنافس العديد من الأجهزة للوصول إلى العقدة المركزية.

وبدلاً من ذلك يُشار إليها باسم الشبكة النجمية وهي واحدة من أكثر إعدادات الشبكة شيوعاً، وفي هذا التكوين تتصل كل عقدة بجهاز شبكة مركزي مثل لوحة الوصل أو المحول أو الكمبيوتر، كما يعمل جهاز الشبكة المركزية كخادم وتعمل الأجهزة الطرفية كعملاء.

في إعداد الهيكل النجمي يتم استخدام إما كابل شبكة متحد المحور أو كابل شبكة “RJ-45” اعتماداً على نوع بطاقة الشبكة المثبتة في كل كمبيوتر، كما أنّ كل حركة المرور تنبع من محور النجم ويتحكم الموقع المركزي في جميع العقد المرتبطة به، وعادةً ما يكون المحور المركزي عبارة عن كمبيوتر سريع ومكتفٍ ذاتياً وهو مسؤول عن توجيه كل حركة المرور إلى العقد الأخرى.

كما تتمثل المزايا الرئيسية للشبكة النجمية في أنّ إحدى العقدة المعطلة لا تؤثر على بقية الشبكة، ومع ذلك يمكن أن يكون هذا النوع من الشبكات عرضة لمشاكل الاختناق والفشل في الموقع المركزي، وغالباً ما يتم خلط شبكة النجوم مع طوبولوجيا الحافلة ثم يتم توصيل المحور المركزي بالعمود الفقري للحافلة وهذا الجمع يسمى شجرة.

مبدأ عمل طوبولوجيا النجمة

• تعمل وحدة التحكم بمثابة تبادل ممّا يعني أنّه عندما يحتاج الجهاز إلى الاتصال بأجهزة أخرى يرسل جهاز الإرسال المعلومات إلى وحدة التحكم ثم ينقل البيانات إلى جهاز الاستقبال.

• في الهيكل النجمي يتطلب كل جهاز ارتباطاً واحداً ومنفذ إدخال ومخرج واحد فقط للاتصال بالعديد من الأجهزة الأخرى، وفي هذا يُطلق على لوحة الوصل أو المحول اسم الخادم وتسمى العقد التي لها اتصال بلوحة الوصل بالعملاء.

• يُطلق على العقد في الهيكل النجمي اسم المضيفات ويمكن أن تكون الكابلات المستخدمة للاتصال أليافاً ضوئية أو ملتوية أو كابلات متحدة المحور أو موصلات “RJ-45″، والجهاز المركزي المسمى بالمحور أو المحول يتحمل مسؤولية تنظيم حركة المرور في الشبكة.

• يعتمد أداء الشبكة على قدرة المحور، وعندما لا يكون لدى المحور أو المحول القدرة على التعامل مع عقد متعددة فلا ينبغي أن يكون هناك أي إضافة لعقد جديدة.

أنواع طوبولوجيا النجمة

يُطلق على طوبولوجيا الشبكة اسم “STAR” لأنّ الترتيب المادي للعقد والمحاور يمثل شكل نجمة، ويمكن أن يكون المحور المركزي المستخدم في الطوبولوجيا النجمية من أربعة أنواع وهي:

• المحور / مكرر.

• جهاز التوجيه / البوابة.

• الحاسوب.

• التبديل / الجسر.

تطور عمل طوبولوجيا النجمة

عندما يحتاج أي جهاز مضيف إلى نقل المعلومات إلى مضيف آخر يتم إرسال المعلومات مبدئياً إلى محور مركزي ومن هناك يتم نقلها إلى مضيف جهاز الاستقبال، كما يمكن أن يكون المحور المركزي جهاز كمبيوتر أيضاً حيث يعمل كخادم.

كل عقدة في هذا الهيكل تحمل عنواناً محدداً يساعد في إرسال واستقبال الرسالة في الشبكة، وعلى سبيل المثال عندما يعمل المحول كخادم فإنّه يستخدم لتخزين عناوين كاملة للعقد المتصلة به، وعندما تتطلب أي عقدة معينة إرسال البيانات فإنّ المحول يفهم أي عقدة يجب أن تنقل البيانات لأنّها تحتوي على عناوين جميع العقد.

وحيث أنّه عندما يعمل المحور كخادم فإنّه لا يمتلك القدرة على تخزين العناوين، وفي هذه الحالة يرسل المحور الرسائل إلى جميع العقد في الشبكة، ويحدد جهاز الاستقبال العنوان المقابل لعقدة الإرسال ويستقبل المعلومات، وعندما يكون هناك فشل في أي من العقد في الشبكة فإنّه لا يظهر أي تأثير على العقد الأخرى بينما عندما يكون هناك فشل في المحور المركزي، فإنّ الشبكة الإجمالية تتوقف عن العمل.

وعندما لا يكون لدى أي من شبكات الهيكل النجمي حق الوصول إلى موارد الشبكة فإنّ المحور يعتبر إمّا فاشلاً أو محملاً بشكل زائد، وفي هذه الحالة يجب إعادة ضبط المحور عن طريق الضغط على مفتاح إعادة الضبط، وعند إجراء إعادة التعيين في كثير من الأحيان فقد تكون هناك فرص لفشل مكونات الأجهزة أو الحد الممتد لعرض النطاق الترددي للشبكة، لذلك يجب تنفيذ الإجراء المقابل بناءً على نشاط الفشل.

مزايا استخدام طوبولوجيا النجوم

• كل عقدة متصلة بشكل منفصل، وبالتالي فإن فشل عقدة واحدة أو ارتباطها ووسائط الإرسال لا يؤثر على أي عقد أخرى.

• يمكن إضافة عقد جديدة إلى الشبكة ببساطة عن طريق توصيلها بالمحول.

• تميل شبكات النجوم إلى تحقيق أداء أعلى، حيث يتم تمرير الرسالة إلى المستلم المقصود فقط

• إدارة مركزية للشبكة من خلال استخدام الحاسب المركزي أو المحور أو المحول.

• من السهل إضافة كمبيوتر آخر إلى الشبكة.

• في حالة فشل أحد أجهزة الكمبيوتر على الشبكة، تستمر بقية الشبكة في العمل بشكل طبيعي.

عيوب استخدام طوبولوجيا النجمة

• تفشل الشبكة بأكملها في حالة فشل المحول نظراً لعدم تمكن أي عقدة من الاتصال.

• تتطلب البنية النجمية السلكية الكثير من الكابلات، وقد يكون هذا مكلفًا في شبكة كبيرة.

تطبيقات استحدام طبولوجيا النجوم

• تميل طبولوجيا النجوم إلى أنّ توجد في المؤسسات الكبيرة مثل المؤسسات التعليمية والشركات، حيث يكون الأداء العالي أمراً ضرورياً.

• قد تكون تكلفة التنفيذ أعلى، خاصةً عند استخدام محول أو جهاز توجيه كجهاز شبكة مركزي.

• يحدد جهاز الشبكة المركزية الأداء وعدد العقد التي يمكن للشبكة التعامل معها.

• في حالة فشل الكمبيوتر المركزي أو لوحة الوصل أو المحول، تنقطع الشبكة بالكامل ويتم فصل جميع أجهزة الكمبيوتر عن الشبكة.

• توجد أيضًا في الشبكات المنزلية، خاصة تلك اللاسلكية، وفي هذه الحالة يوفر جهاز التوجيه المزود بنقطة وصول لاسلكية “WAP” الاتصال المركزي لجميع العقد.

ملاحظة:“WAP” هي اختصار لـ wireless access point”.