هناك العديد من الطرق المختلفة لبناء شبكة الكمبيوتر^{(computer network)} . أصبحت طوبولوجيا الشبكة المعشقة^(Mesh) ببطء المعيار الذهبي الجديد للشبكات المنزلية ، ولكن ماذا يعني أن يكون لديك "هيكل شبكي"؟

سنشرح أهم الأشياء التي تحتاج إلى معرفتها حول طوبولوجيا الشبكة ، ولماذا تعتبر تقنية الشبكة المعشقة فريدة من نوعها ، ولماذا أصبحت شائعة جدًا. 

ماذا تعني "الطوبولوجيا"؟

تشير الطوبولوجيا إلى كيفية ترتيب الأشياء فيما يتعلق ببعضها البعض. على سبيل المثال ، لا تُستخدم الخريطة الطوبولوجية لمنطقة ما كثيرًا للتنقل المفصل ، ولكنها تُظهر ترتيب "الصورة الكبيرة" لنقاط الاهتمام.

في سياق علوم الكمبيوتر والشبكات ، يشير الهيكل إلى كيفية ارتباط عناصر الشبكة ببعضها البعض. يصف العقد على الشبكة التي يمكنها الاتصال مباشرة قبل المرور عبر عقدة أخرى.

أنواع أخرى من طوبولوجيا الشبكة

هناك خمسة أنواع عامة من طوبولوجيا الشبكة ، لكل منها مزاياها وعيوبها.

تحتوي شبكات طوبولوجيا الناقل الخطي^{(Linear Bus Topology )} على جميع العقد المتصلة بكبل واحد. يُعرف هذا الكبل باتصال "العمود الفقري" ، مع وجود "طرف إنهاء" في كل طرف من طرفي هذا الكبل الرئيسي. تتدفق البيانات^(Data) فقط في اتجاه واحد في كل مرة ، والمعروف باسم نظام "أحادي الاتجاه".

هذا إعداد بسيط للشبكة ولا يتطلب الكثير من الكابلات. ومع ذلك ، فإن الضعف في هيكل الناقل هو أن الشبكة بأكملها تتوقف عن العمل إذا حدث خطأ ما في كابل العمود الفقري. من الصعب أيضًا تحديد أي جهاز على الشبكة قد يتسبب في حدوث مشكلات ، مما يجعل استكشاف الأخطاء وإصلاحها يستغرق وقتًا طويلاً.

^{(Ring Topology )}لا تحتوي شبكات Ring Topology على كبل واحد به محولات في كل طرف. بدلاً من ذلك ، يتم ترتيب جميع العقد في دائرة ، حيث تحتوي كل عقدة دائمًا على عقدة أخرى على كلا الجانبين. على عكس شبكات طوبولوجيا الناقل الخطي ، تعمل شبكات الهيكل الحلقية في وضع الازدواج الكامل بحيث يمكن إرسال البيانات واستلامها في وقت واحد. مثل طوبولوجيا الناقل ، فإن أي خطأ في الكبل يؤدي إلى تعطل الشبكة بالكامل.

شبكات Star Topology^{(Star Topology )} هي أكثر أنواع الشبكات المنزلية شيوعًا اليوم. هنا ، جميع العقد في الشبكة لها اتصال مباشر بجهاز مركزي. يمكن أن يكون هذا مفتاح شبكة أو لوحة وصل أو جهاز توجيه. تتدفق كل حركة مرور الشبكة عبر هذا الجهاز الأساسي.

أحد عيوب هذا الهيكل هو احتمال ازدحام الشبكة ، وبالطبع الجهاز المحوري كنقطة فشل واحدة. كما يتطلب أيضًا كابلات أكثر بكثير من طبولوجيا الشبكة المذكورة أعلاه في شبكة سلكية.

ومع ذلك ، في معظم الشبكات المنزلية ، هذه ليست مشكلة لأن معظم الأجهزة متصلة بالموجه اللاسلكي باستخدام Wi-Fi ، مع Ethernet محجوز لعدد قليل من الأجهزة.

تأخذ طوبولوجيا الشجرة (المعروفة أيضًا باسم الطوبولوجيا النجمية الموسعة ، والمعروفة أيضًا باسم الطوبولوجيا الهرمية)^{(Tree Topology (aka Expanded Star Topology, aka Hierarchical Topology) )} فكرة شبكة طوبولوجيا النجوم وتوسعها إلى بنية تشبه الشجرة. على سبيل المثال ، جهاز التوجيه المنزلي الخاص بك هو مركز الهيكل النجمي الخاص بك ، ولكنه عقدة على نجم أكبر مع جهاز توجيه محلي ، وهو عقدة على نجم أكبر. 

ترتبط الشبكات الهيكلية النجمية المختلفة أيضًا بكابل العمود الفقري ، لذا فإن "جذع" الهيكل الشجري عبارة عن شبكة ناقل خطي ، و "الفروع" عبارة عن شبكات طوبولوجيا نجمية.

ضع في اعتبارك تصميمات الشبكة العامة هذه أثناء تفريغ الهيكل الشبكي.

شبكة طوبولوجيا

توفر شبكة الهيكل^{(Mesh Topology)} الشبكي اتصالاً مباشرًا بين أي عقدتين. على عكس طوبولوجيا الحافلات أو الحلقة ، لا يتعين على حركة مرور الشبكة المرور عبر كل عقدة على الشبكة للوصول إلى وجهتها. ولا يجب أن تمر حركة مرور الشبكة عبر محور مركزي كما هو الحال مع طوبولوجيا النجوم. يمكن لأي عقدتين الاتصال بشكل خاص ، دون أي فرصة لأي شخص آخر على الشبكة للتنصت.

هذا صحيح بالنسبة للشبكات المعشقة الكاملة^{(full mesh)} ، ولكن هناك نوعان من طوبولوجيا الشبكة المعشقة ، لذلك دعونا نفك ضغط الأول باختصار.

طوبولوجيا الشبكة الكاملة مقابل طوبولوجيا الشبكة الجزئية^{(Full Mesh Topology Versus Partial Mesh Topology)}

هناك نوعان من طوبولوجيا الشبكة. في شبكات Full Mesh ، تحتوي ^{(Full Mesh )}كل^(every) عقدة على الشبكة على اتصال من نقطة إلى نقطة مع كل عقدة أخرى. هذا يعني أنه بغض النظر عن مكان وجود عقدتين على الشبكة ، فهناك اتصال سلكي أو لاسلكي مباشر بينهما. يتطلب هذا أكثر الأسلاك تعقيدًا مع عدد التوصيلات بسرعة مع كل عقدة مضافة.

تمتلك شبكة Partial Mesh نفس الفلسفة الأساسية في تصميمها حيث تتصل العقد الموجودة على الشبكة مباشرةً بالعقد الأخرى ، ولكن لا يتم توصيل كل عقدة بكل عقدة أخرى. كل عقدة متصلة بعقدة أخرى على الأقل ، وغالبًا ما تكون أكثر من عقدة واحدة ، لكن الشبكة الجزئية ليست معقدة تقريبًا.

مزايا شبكة طوبولوجيا

الميزة الرئيسية للشبكة المعشقة الكاملة هي الاتصالات الزائدة عن الحاجة. حتى في حالة فشل الاتصال المباشر بين أي عدد من العقد ، فيمكنهم دائمًا الوصول من خلال التوجيه عبر عقدة شبكة أخرى ، حتى لو لم يكن بهذه السرعة. والأفضل من ذلك ، أنه من السهل تحديد مكان الخطأ حسب التصميم ، لذا فإن إصلاح الأشياء سهل نسبيًا.

وبهذا المعنى ، فإن الشبكات المعشقة الكاملة تشبه الإنترنت ككل ، حيث يتوفر دائمًا مسار واحد قابل للتطبيق على الأقل لنقل البيانات ، حتى لو تعطلت قطاعات الشبكة الكبيرة. توفر الشبكات المعشقة الجزئية عددًا أقل من التكرار ، على الرغم من أن مصممي الشبكات يمكنهم التركيز على منح العقد الأكثر أهمية معظم التوصيلات ، وتحقيق التوازن بين التكرار والتكلفة والتعقيد.

إلى جانب كونها زائدة عن الحاجة ، تتمتع الشبكات المعشقة بميزة كبيرة فيما يتعلق بأداء الشبكة حيث يمكن للعقد جميعًا إرسال واستقبال البيانات في وقت واحد ، واختيار المسارات الأكثر كفاءة عبر الشبكة. وهذا يعني أداءً موثوقًا للشبكات بزمن انتقال منخفض ومثالي لإعدادات إنترنت الأشياء^(IoT) ( إنترنت ^(Internet)الأشياء^(Things) ) في المنازل الذكية.

تتمتع الشبكات المعشقة^(Mesh) بخصوصية استثنائية نظرًا لأن البيانات تنتقل بين أجهزة الشبكة في أنظمة الشبكة الكاملة.

أخيرًا ، تتمتع الشبكات المعشقة بقابلية تطوير ممتازة دون التأثير سلبًا على أداء الشبكة أو عرض النطاق الترددي. يمكن أن تنمو الشبكة المعشقة عضوياً بمرور الوقت عن طريق إضافة عقد جديدة وربطها بأقرب عقد (شبكة جزئية) أو جميع الملاحظات الأخرى (شبكة كاملة).

عيوب شبكة الطوبولوجيا

العيبان الرئيسيان لطوبولوجيا الشبكة هما التكلفة والتعقيد. تساعد إعدادات الشبكة الجزئية في موازنة هذه المشكلات ، لكن الشبكة السلكية الكاملة تشبه شبكة اتصالات العنكبوت.

تتمتع الشبكات المعشقة^(Mesh) باستهلاك طاقة أعلى من أنواع الشبكات الأخرى. ذلك لأن جميع العقد يجب أن تكون نشطة وقيد التشغيل لتوفير مسارات توجيه للبيانات. هناك أيضًا عبء صيانة كبير حيث يجب إصلاح أو استبدال العقد الفردية التي تطور المشكلات لأي سبب من الأسباب للحفاظ على أداء الشبكة.

الشبكات المعشقة اللاسلكية في المنزل

شبكات المناطق^{(Area Networks)} المحلية ( LAN^(LANs) ) المستخدمة في المنزل كانت تقليديًا شبكات طوبولوجيا نجمية. تتصل جميع الأجهزة بجهاز توجيه مركزي سواء عن طريق Wi-Fi أو Ethernet . تتزايد الحاجة إلى الاتصال بالإنترنت في المنزل بأكمله مع ظهور الأجهزة الذكية والأجهزة المنزلية.

يمكن أن يتسبب الجهاز المركزي في حدوث اختناقات في الأداء ويحد من وصول كل من الاتصالات السلكية والإشارات اللاسلكية دون استخدام مكررات أو موسعات^{(repeaters or extenders)} . تأتي أجهزة إعادة الإرسال والموسعات بتكوينات معقدة وأداء شبكة أسوأ ، لذا فهي ليست الحل المثالي للشبكات المنزلية بالكامل.

تعد أجهزة توجيه الشبكة المعشقة^(Mesh) في المنزل مثالاً على الشبكات المعشقة الجزئية أو ربما نوعًا من الطوبولوجيا المختلطة. ليست كل العقد متصلة بكل عقدة. بدلاً من ذلك ، تتصل العقدة الأساسية بشبكة WAN ( شبكة المنطقة الواسعة^{(Wide Area Network)} ) ، وهي طريقة أخرى للإشارة إلى الإنترنت الأكبر خارج الشبكة المنزلية.

هذه العقدة الأساسية متصلة مباشرة بأجهزة مثل أجهزة الكمبيوتر المحمولة والهواتف الذكية ، ولكنها تقوم أيضًا بإعداد اتصالات لاسلكية مخصصة لوحدات الشبكة المتداخلة الأخرى. يتصل كل^(Every) جهاز توجيه شبكي بوحدة الشبكة التالية بأفضل سرعة وموثوقية اتصال. يمكن أن يكون هذا الاتصال عبر شبكة Wi-Fi أو من خلال "ربط " إيثرنت^{(Ethernet “)} ، حيث يربط كبل عالي السرعة بعض وحدات الموجه الشبكي.

عندما تتحرك الأجهزة في جميع أنحاء المنزل ، يتم تسليمها بسلاسة بين وحدات الشبكة حيث تقوم كل وحدة بنقل المسار إلى الإنترنت. لا يتم استخدام عقد العميل^(Client) مثل الهواتف الذكية كجزء من الشبكة. لا يتم توجيه أي حركة مرور عبر جهاز عميل مباشرة إلى جهاز آخر. تمر كل حركة المرور إلى أقرب عقدة جهاز توجيه شبكي. إذا كنت ترغب في توسيع الشبكة لتحسين الأداء أو التغطية ، فأضف المزيد من وحدات الشبكة.

كما ترى ، فإن الشبكات اللاسلكية "المعشقة" للاستخدام المنزلي لا تتطابق تمامًا مع قالب الشبكة المعشقة الفعلية. بدلاً من ذلك ، يبدو الأمر أشبه بامتلاك العديد من شبكات الهيكل النجمي المرتبطة ببعضها البعض بواسطة مجموعة من الاتصالات الفرعية المعشقة المخصصة. 

ومع ذلك ، هذا هو حل الشبكة المنزلية^{(seamless home network solution)} الأكثر تقدمًا وسلاسة . واحد يمكن أن نوصي به لأي شخص ، بافتراض أن ميزانيتك ستمتد إلى هذه التكنولوجيا الجديدة.

What Is Mesh Network Topology?

There are many different wayѕ to build a computer network. Mesh network topology is slowly becoming the new gold standard for home networks, but what does it mean to have a “mesh topology”?

We’ll explain the most important things you need to know about network topology, why mesh technology is unique, and why it’s becoming so popular. 

What Does “Topology” Mean?

Topology refers to how things are arranged in relation to each other. For example, an area’s topological map isn’t used much for detailed navigation, but it shows the “big picture” arrangement of points of interest.

In the context of computer science and networks, topology refers to how the elements of a network are linked together. It describes which nodes on a network can communicate directly before going through another node.

Other Types of Network Topology

There are five general types of network topology, each with its advantages and disadvantages.

Linear Bus Topology networks have all nodes connected to a single cable. This cable is known as a “backbone” connection, with a “terminator” at each end of this main cable. Data only flows in one direction at a time, known as a “half-duplex” system.

This is a simple network setup that doesn’t require much cabling. However, the weakness in a bus topology is that the entire network stops functioning if anything goes wrong with the backbone cable. It’s also hard to pinpoint which device on the network might be causing issues, making troubleshooting time-consuming.

Ring Topology networks don’t have a single cable with terminators on each end. Instead, all the nodes are arranged in a circle, with every node always having another node on both sides. Unlike linear bus topology networks, ring topology networks operate in a full-duplex mode so that data can be sent and received simultaneously. Like bus topology, any fault in the cable brings the whole network down.

Star Topology networks are the most common type of home network today. Here, all of the nodes in the network have a direct connection to a central device. This can be a network switch, hub, or router. All network traffic flows through this primary device.

One disadvantage of this topology is the potential for network congestion and, of course, the hub device as a single point of failure. It also requires much more cabling than the above network topologies in a wired network.

However, in most home networks, this is a non-issue since most devices are connected to the wireless router using Wi-Fi, with Ethernet reserved for a handful of devices.

Tree Topology (aka Expanded Star Topology, aka Hierarchical Topology) takes the idea of a star topology network and expands it into a tree-like architecture. For example, your home router is the center of your star topology, but it’s a node on a bigger star with a local router, which is a node on an even bigger star. 

The different star topology networks are also connected to a backbone cable, so the “trunk” of the tree topology is a linear bus network, and the “branches” are star topology networks.

Keep these general network designs in mind as we unpack mesh topology.

Mesh Topology

A Mesh Topology network offers a direct connection between any two nodes. Unlike bus or ring topologies, network traffic doesn’t have to pass through every node on the network to reach its destination. Nor does network traffic have to pass through a central hub as it does with a star topology. Any two nodes can communicate privately, with no chance that anyone else on the network can eavesdrop.

That’s true of full mesh networks, but there are two types of mesh network topology, so let’s briefly unpack the first.

Full Mesh Topology Versus Partial Mesh Topology

There are two types of mesh topology. In Full Mesh networks, every node on the network has a point-to-point connection to every other node. This means that no matter where two nodes are located on the network, there’s a direct wired or wireless connection between them. This requires the most complex wiring with the number of connections rapidly with every node added.

A Partial Mesh network has the same basic philosophy in its design that nodes on the network connect directly to other nodes, but not every node is connected to every other node. Every node is connected to at least one other node, and often more than one, but the partial mesh isn’t nearly as complex.

The Advantages of Mesh Topology

The main advantage of a full mesh network is redundant connections. Even if a direct connection between any number of nodes fails, they can always get through by routing through another network node, even if it isn’t as fast. Even better, it’s easy to pinpoint where the fault is by design, so fixing things is relatively easy.

In that sense, full mesh networks are like the internet as a whole, where at least one viable route for data transmission is always available, even if large network segments go down. Partial mesh networks offer less redundancy, although the network designers can concentrate on giving the most critical nodes the most connections, balancing redundancy, cost, and complexity.

Besides being redundant, mesh networks have a significant advantage regarding network performance since nodes can all send and receive data simultaneously, choosing the most efficient routes through the network. This means reliable, low latency networking performance perfect for IoT (Internet of Things) setups in smart homes.

Mesh networks have exceptional privacy since data moves between network devices in full mesh systems.

Finally, mesh networks have excellent scalability without negatively affecting network performance or bandwidth. A mesh network can grow organically over time by adding new nodes and hooking them into the nearest nodes (partial mesh) or all other notes (full mesh).

The Disadvantages of Mesh Topology

The two main disadvantages of mesh topology are cost and complexity. Partial mesh setups help balance these issues, but a full-mesh, wired network is like a spider’s web of connections.

Mesh networks have higher power consumption than other network types. That’s because all nodes must be active and turned on to provide routing paths for data. There’s also a significant maintenance burden since individual nodes that develop issues for any reason must be fixed or replaced to maintain network performance.

Wireless Mesh Networks in the Home

Local Area Networks (LANs) used in the home have traditionally been star topology networks. All devices connect to a central router, whether by Wi-Fi or Ethernet. The need for internet connectivity in the entire home is growing with the rise of smart devices and home appliances.

A centralized device can cause performance bottlenecks and limit the reach of both wired connections and wireless signals without using repeaters or extenders. Repeaters and extenders come with complex configurations and worse network performance, so they aren’t the ideal solution for whole-home networking.

Mesh network routers in the home are an example of partial mesh networks or perhaps a type of hybrid topology. Not all nodes are connected to every node. Instead, the primary node connects to the WAN (Wide Area Network), which is another way of referring to the greater internet beyond your home network.

That primary node is connected directly to devices like laptops and smartphones, but it also sets up dedicated wireless connections to other mesh network units. Every mesh router connects to the following mesh unit with the best connection speed and reliability. That connection can be over Wi-Fi or through Ethernet “backhaul,” where a high-speed cable connects some mesh router units.

As devices move around the home, they are seamlessly handed off between mesh units as each one relays the path to the internet. Client nodes such as smartphones are not used as part of the mesh. No traffic is routed through one client device directly to another. All traffic passes to the nearest mesh router node. If you want to expand the network to improve performance or coverage, add more mesh units.

As you can see, “mesh” wireless networks for home use don’t quite match the template of an actual mesh network. Instead, it’s more like having several star-topology networks linked together by a set of dedicated mesh sub-connections. 

Still, this is the most advanced and seamless home network solution. One we can recommend to anyone, assuming your budget will stretch to this new technology.

Related posts

• Wireless Networking Tools مجانا ل Windows 10

• كيفية تعطيل Networking في Windows Sandbox في Windows 10

• Reset Network Adapters باستخدام Network Reset feature في Windows 11

• كيفية استخدام شبكة Xbox في نظام التشغيل Windows 10 للتحقق من اتصالك بـ Xbox Live

• 8 طرق سهلة لاستكشاف أخطاء اتصال الشبكة وإصلاحها

• كيفية الاتصال بسجل بعيد في Windows 7 و 10

• إصلاح خطأ "يتعذر على Windows الاتصال بهذه الشبكة"

• Cisco Packet Tracer Networking Simulation Tool وبدائلها المجانية

• كيفية وضع أجهزة معينة في القائمة البيضاء على شبكتك المنزلية لمنع المتسللين

• كيف يعمل التحويل التلقائي لـ HDMI

• إجبار Windows 7 على استخدام الاتصال السلكي عبر الاتصال اللاسلكي

• يوضح HDG: ما المقصود بمنفذ الكمبيوتر وما هي الأغراض المستخدمة فيه؟

• مراجعة كتاب - شبكة منزلية لاسلكية للدمى

• لا يمكن الاتصال ب Xbox Live؛ Fix Xbox Live Networking issue في Windows 10

• ما هي الرسائل المعشقة وكيف تعمل؟

• يوضح HDG: ما هي شبكة الكمبيوتر؟

• كيفية إصلاح "فشل التنزيل: خطأ في الشبكة" على Chrome

• كيفية إصلاح "لا يمكن تجديد عنوان IP" في Windows

• كيفية تقدير متطلبات النطاق الترددي لموقع العمل أو الشبكة

• تشرح HDG: ما هو المجال المتوقف وما هي مزاياه؟