ネットワークトポロジー

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ネットワーク トポロジは、通信ネットワークの要素 (リンクノードなど) の配置です。[1] [2]ネットワーク トポロジは、コマンド アンド コントロール無線ネットワーク、[3]産業用フィールドバスコンピュータ ネットワークなど、さまざまなタイプの通信ネットワークの配置を定義または説明するために使用できます

ネットワーク トポロジは、ネットワークのトポロジ[ 4]構造であり、物理的または論理的に表すことができます。これはグラフ理論[3]の応用であり、通信デバイスはノードとしてモデル化され、デバイス間の接続はノード間のリンクまたはラインとしてモデル化されます。物理トポロジはネットワークのさまざまなコンポーネントの配置 (デバイスの位置やケーブルの設置など) であり、論理トポロジはネットワーク内のデータの流れを示します。ノード間の距離、物理的な相互接続、伝送速度、または信号タイプが 2 つの異なるネットワーク間で異なる場合がありますが、それらの論理トポロジは同一である場合があります。ネットワークの物理トポロジはOSI モデルの物理層の特定の問題です。

ネットワーク トポロジの例は、一般的なコンピュータ ネットワーク インストールであるローカル エリア ネットワーク( LAN ) に見られます。LAN 内の任意のノードには、ネットワーク内の他のデバイスへの 1 つまたは複数の物理リンクがあります。これらのリンクをグラフィカルにマッピングすると、ネットワークの物理トポロジを表すために使用できる幾何学的形状が得られます。LAN では、リングバスメッシュスターなど、さまざまな物理トポロジが使用されています。逆に、コンポーネント間のデータ フローをマッピングすると、ネットワークの論理トポロジが決まります。対照的に、車両で一般的なコントローラ エリア ネットワークは、主に分散されています。常に物理バス トポロジーを介してセンサーおよびアクチュエーターと相互接続された 1 つまたは複数のコントローラーの 制御システムネットワーク。

トポロジー

さまざまなネットワーク トポロジの図。

ネットワーク トポロジには、物理​​トポロジと論理トポロジの 2 つの基本的なカテゴリがあります。[5]

デバイスをリンクするために使用される伝送媒体レイアウトは、ネットワークの物理トポロジです。導電性媒体または光ファイバー媒体の場合、これはケーブルのレイアウト、ノードの位置、およびノー​​ドとケーブル間のリンクを指します。[1]ネットワークの物理トポロジは、ネットワーク アクセス デバイスとメディアの機能、必要な制御またはフォールト トレランスのレベル、および配線または電気通信回線に関連するコストによって決まります。

対照的に、論理トポロジは、信号がネットワーク メディア上で動作する方法[6]、またはデバイスの物理的な相互接続に関係なく、あるデバイスから次のデバイスにデータがネットワークを通過する方法です。[7]ネットワークの論理トポロジは、必ずしも物理トポロジと同じではありません。たとえば、リピーター ハブを使用する元のツイスト ペア イーサネットは、物理的なスター トポロジー上で実行される論理バス トポロジーでした。トークン リングは論理的なリング トポロジですが、メディア アクセス ユニットから物理的なスターとして配線されます。物理的には、AFDXは、複数のデュアル冗長イーサネット スイッチのカスケード スター トポロジにすることができます。ただし、AFDX仮想リンクは、タイム スイッチの単一送信機バス接続としてモデル化されているため、以前に航空機で使用された単一送信機バス トポロジの安全モデルに従います。論理トポロジは、多くの場合、メディア アクセス制御の方法およびプロトコルと密接に関連しています。一部のネットワークでは、ルーターとスイッチ の構成を変更することで、論理トポロジを動的に変更できます。

リンク

デバイスをリンクしてコンピューター ネットワークを形成するために使用される伝送メディア (文献では物理メディアと呼ばれることが多い) には、電気ケーブル(イーサネットHomePNA電力線通信G.hn )、光ファイバー(光ファイバー通信)、と電波(ワイヤレス ネットワーク)。OSI モデルでは、これらはレイヤー 1 と 2 (物理レイヤーとデータ リンク レイヤー) で定義されます。

ローカル エリア ネットワーク ( LAN ) テクノロジで広く採用されている伝送メディアファミリは、総称してイーサネットと呼ばれます。イーサネットを介したネットワーク デバイス間の通信を可能にするメディアとプロトコルの標準は、IEEE 802.3で定義されています。イーサネットは、銅ケーブルとファイバー ケーブルの両方を介してデータを送信します。ワイヤレス LAN 規格 ( IEEE 802.11で定義されたものなど) は電波を使用し、他の規格は伝送媒体として赤外線信号を使用します。電力線通信では、建物の電力ケーブルを使用してデータを送信します。

有線技術

端から発光するガラス糸の束
光ファイバー ケーブルは、あるコンピューター/ネットワーク ノードから別のコンピューター/ネットワーク ノードに光を伝送するために使用されます。

以下の有線技術の順序は、大まかに、伝送速度が最も遅いものから最も速いものの順です。

  • 同軸ケーブルは、ケーブル テレビ システム、オフィス ビル、およびローカル エリア ネットワークのその他の作業現場で広く使用されています。ケーブルは、絶縁層 (通常は誘電率の高い柔軟な素材) で囲まれた銅線またはアルミニウム線で構成されており、絶縁層自体は導電層で囲まれています。導体間の絶縁により、ケーブルの特性インピーダンスが維持され、ケーブルの性能が向上します。伝送速度は、2 億ビット/秒から 5 億ビット/秒以上の範囲です。
  • ITU-T G.hnテクノロジは、既存のホーム ワイヤリング(同軸ケーブル、電話線、電力線) を使用して、高速 (最大 1 ギガビット/秒) のローカル エリア ネットワークを作成します。
  • プリント回路基板の信号トレースは、ボードレベルのシリアル通信、特に特定のタイプの集積回路間で一般的であり、一般的な例はSPIです。
  • リボン ケーブル(ツイストされておらず、場合によってはシールドもされていない) は、シリアル プロトコルの費用対効果の高いメディアであり、特に金属製の筐体内、または銅の編組または箔内で巻かれたもの、短距離、またはより低いデータ レートで使用されます。EMC、長さ、および帯域幅の制約が許せ、シールドまたはツイスト ペア ケーブルを使用せずに、つまり「フラット」または「リボン」ケーブル、またはハイブリッド フラット/ツイスト リボン ケーブルを使用して、いくつかのシリアル ネットワーク プロトコルを展開できます [8] RS-422 RS-485 [9] CAN [10] GPIB SCSI [11]など。
  • ツイストペアは、すべての電気通信で最も広く使用されている媒体です。[要出典]ツイストペアケーブルは、ツイストペアになった銅線で構成されています。通常の電話線は、2 本の絶縁された銅線をより対にして構成されています。コンピュータ ネットワーク ケーブル ( IEEE 802.3で定義されている有線イーサネット) は、音声とデータの両方の伝送に使用できる 4 対の銅線ケーブルで構成されています。2本のワイヤをより合わせて使用​​することで、クロストーク電磁誘導を低減. 伝送速度は、毎秒 200 万ビットから毎秒 100 億ビットの範囲です。ツイスト ペア ケーブルには、非シールド ツイスト ペア (UTP) とシールド ツイスト ペア (STP) の 2 つの形式があります。各フォームには、さまざまなシナリオで使用できるように設計された、いくつかのカテゴリ レーティングがあります。
赤と青の線で世界地図
世界中の海底光ファイバー通信ケーブルを示す 2007 年の地図。
  • 光ファイバーグラスファイバーです。それはデータを表す光のパルスを運びます。金属ワイヤに対する光ファイバーのいくつかの利点は、伝送損失が非常に低く、電気的干渉の影響を受けないことです。光ファイバーは複数の波長の光を同時に運ぶことができるため、データの送信速度が大幅に向上し、最大で 1 秒あたり数兆ビットのデータ速度を実現できます。光ファイバーは、非常に高いデータ レートを伝送する長距離ケーブルに使用でき、大陸を相互接続するための海底通信ケーブルに使用されます。

価格は、ビジネスにおける有線と無線のテクノロジ オプションを区別する主な要因です。ワイヤレス オプションは、有線のコンピューター、プリンター、およびその他のデバイスを購入することで経済的な利益をもたらす可能性がある価格プレミアムを要求します。ハードワイヤード テクノロジ製品の購入を決定する前に、選択の制約と制限を確認する必要があります。ビジネスと従業員のニーズは、コストに関する考慮事項よりも優先される場合があります。[12]

無線技術

バック グラウンドでルーターと黒のラップトップ
パーソナル コンピュータは、ワイヤレス リンクを使用してネットワークに接続されることが非常に多い
  • 地上マイクロ波 – 地上マイクロ波通信は、衛星放送受信アンテナに似た地球ベースの送信機と受信機を使用します。地上のマイクロ波は低ギガヘルツ範囲にあり、すべての通信が見通し内に制限されます。中継局の間隔は約 50 km (30 マイル) です。
  • 通信衛星 – 衛星は、地球の大気によってそらされないマイクロ波電波を介して通信します。衛星は宇宙空間に配置され、通常は赤道上 35,786 km (22,236 マイル) の静止軌道にあります。これらの地球周回システムは、音声、データ、テレビ信号を受信して​​中継することができます。
  • セルラーおよび PCS システムは、いくつかの無線通信技術を使用します。システムは、カバーされる地域を複数の地理的エリアに分割します。各エリアには、あるエリアから次のエリアに通話を中継するための低電力送信機または無線中継アンテナ デバイスがあります。
  • 無線およびスペクトラム拡散技術 – ワイヤレス ローカル エリア ネットワークは、デジタル セルラーに似た高周波無線技術と低周波無線技術を使用します。無線 LAN は、スペクトラム拡散技術を使用して、限られたエリアで複数のデバイス間の通信を可能にします。IEEE 802.11は、 Wi-Fiとして知られるオープン スタンダードのワイヤレス電波技術の一般的なフレーバーを定義します
  • 自由空間光通信は、通信に可視光または不可視光を使用します。ほとんどの場合、見通し内伝播が使用され、通信デバイスの物理的な配置が制限されます。

エキゾチックな技術

エキゾチックなメディアを介してデータを転送するためのさまざまな試みがありました。

どちらの場合も往復遅延時間が長く、双方向通信は遅くなりますが、大量の情報の送信を妨げることはありません。

ノード

ネットワーク ノードは、伝送媒体で伝送される電気、光、または無線信号の送信機および受信機への伝送媒体の接続ポイントです。ノードはコンピューターに関連付けられている場合がありますが、特定のタイプでは、ノードにマイクロコントローラーしかないか、プログラム可能なデバイスがまったくない場合があります。最も単純なシリアル構成では、1 つのRS-232トランスミッタを 1 組のワイヤで 1 つのレシーバに接続し、1 つのリンクで 2 つのノードを形成するか、ポイント ツー ポイント トポロジーを形成します。一部のプロトコルでは、単一のノードが送信または受信のみを許可されます (たとえば、ARINC 429 )。他のプロトコルには、1 つのチャネルで送信と受信の両方が可能なノードがあります (たとえば、CANでは、1 つのバスに多数のトランシーバを接続できます)。従来のコンピュータ ネットワークのシステムビルディング ブロックには、ネットワークインターフェイス コントローラ(NIC)、リピータハブブリッジスイッチルータモデムゲートウェイ、およびファイアウォールが含まれます。ほとんどの場合、物理ネットワーク トポロジを超えたネットワークの問題に対処し、ネットワーク上の単一ノードとして表すことができます。特定の物理ネットワーク トポロジ。

ネットワーク インターフェイス

ATM用ポート付きネットワークインタフェース回路
アクセサリ カード形式のATMネットワーク インターフェイス。多くのネットワーク インターフェイスが組み込まれています。

ネットワーク インターフェイス コントローラ(NIC) は、コンピューターに伝送メディアへのアクセス機能を提供し、低レベルのネットワーク情報を処理する機能を備えたコンピューターハードウェアです。例えば、NICは、ケーブルを受け入れるためのコネクタ、またはワイヤレス送信および受信のためのアンテナ、および関連する回路を有することができる。

NIC は、NIC またはコンピュータ全体の ネットワーク アドレス宛てのトラフィックに応答します。

イーサネットネットワークでは、各ネットワーク インターフェイス コントローラに固有のメディア アクセス制御(MAC) アドレスがあり、通常はコントローラの永続メモリに保存されます。ネットワーク デバイス間のアドレスの競合を回避するために、電気電子技術者協会(IEEE) は MAC アドレスの一意性を維持および管理しています。イーサネット MAC アドレスのサイズは 6オクテットです。最も重要な 3 つのオクテットは、NIC の製造元を識別するために予約されています。これらのメーカーは、割り当てられたプレフィックスのみを使用して、製造するすべてのイーサネット インターフェイスの下位 3 つのオクテットを一意に割り当てます。

リピーターとハブ

リピータ、ネットワーク信号を受信し、不要なノイズを除去して再生する電子デバイスです。信号は、信号が劣化することなく長距離をカバーできるように、おそらく別の伝送媒体を使用して、より高い電力レベルで障害物の反対側に再送信される場合があります。商用リピーターは、R ​​S-232セグメントを 15 メートルから 1 キロメートル以上に拡張しました。[15]ほとんどのツイスト ペア イーサネット構成では、100 メートルを超えるケーブルにはリピータが必要です。光ファイバーを使用すると、リピーターは数十キロ、場合によっては数百キロも離れている可能性があります。

リピータは OSI モデルの物理層内で動作します。つまり、リピータまたはリピータ ペア全体で、物理プロトコルにエンドツーエンドの変更はありません。たとえリピータの両端間で異なる物理層が使用されている場合でも同様です。 、またはリピータ ペア。リピータは、信号を再生成するのに少し時間がかかります。これにより、ネットワークのパフォーマンスに影響を与える伝播遅延が発生し、適切な機能に影響を与える可能性があります。その結果、多くのネットワーク アーキテクチャでは、連続して使用できるリピータの数が制限されています (例: イーサネット5-4-3 ルール) 。

複数のポートを備えたリピーターは、ハブ、イーサネット ネットワークのイーサネット ハブ、USB ネットワークのUSB ハブとして知られています。

ブリッジ

ネットワーク ブリッジは、 OSI モデルデータ リンク層(レイヤー 2) で2 つのネットワーク セグメント間のトラフィックを接続およびフィルタリングして、単一のネットワークを形成します。これにより、ネットワークのコリジョン ドメインが壊れますが、統一されたブロードキャスト ドメインは維持されます。ネットワーク セグメンテーションは、大規模で混雑したネットワークを、より小規模で効率的なネットワークの集合体に分割します。

ブリッジには、次の 3 つの基本的なタイプがあります。

  • ローカル ブリッジ: LAN を直接接続
  • リモート ブリッジ: LAN 間にワイド エリア ネットワーク (WAN) リンクを作成するために使用できます。接続リンクがエンド ネットワークより遅いリモート ブリッジは、大部分がルーターに置き換えられています。
  • ワイヤレス ブリッジ: LAN に参加したり、リモート デバイスを LAN に接続したりするために使用できます。

スイッチ

ネットワーク スイッチは、各フレームの宛先 MAC アドレスに基づいてポート間でOSI レイヤ 2 データグラム(フレーム)を転送およびフィルタリングするデバイスです[16] スイッチは、接続されているすべてのポートではなく、通信に関与する物理ポートにのみフレームを転送するという点で、ハブとは異なります。これは、マルチポート ブリッジと考えることができます。[17]受信したフレームの送信元アドレスを調べて、物理ポートを MAC アドレスに関連付けることを学習します。不明な送信先がターゲットになっている場合、スイッチは送信元以外のすべてのポートにブロードキャストします。通常、スイッチには多数のポートがあり、デバイスのスター トポロジを促進し、追加のスイッチをカスケード接続します。

マルチレイヤ スイッチは、レイヤ 3 アドレッシングまたは追加の論理レベルに基づいてルーティングできます。スイッチという用語は、ルーターやブリッジなどのデバイス、および負荷やアプリケーション コンテンツ (Web URL識別子など) に基づいてトラフィックを分散できるデバイスを含むために大まかに使用されることがよくあります。

ルーター

ADSL電話回線とイーサネットネットワーク ケーブルの接続を示す一般的な家庭または小規模オフィスのルーター

ルーター、パケットまたはデータグラムに含まれるルーティング情報 (レイヤー 3 からのインターネット プロトコル情報) を処理することによって、ネットワーク間でパケットを転送するインターネットワーキングデバイスです。ルーティング情報は、多くの場合、ルーティング テーブル(または転送テーブル)と連携して処理されます。ルーターはルーティング テーブルを使用して、パケットの転送先を決定します。ルーティング テーブルの宛先には、データが入る可能性があるため「ブラック ホール」インターフェースとも呼ばれる「ヌル」インターフェースを含めることができますが、そのデータに対してそれ以上の処理は行われません。つまり、パケットは破棄されます。

モデム

モデム(MODulator-DEModulator) は、もともとデジタル ネットワーク トラフィック用に設計されていないワイヤーやワイヤレスを介してネットワーク ノードを接続するために使用されます。これを行うために、1つまたは複数のキャリア信号デジタル信号によって変調され、送信に必要な特性を与えるように調整できるアナログ信号が生成されます。モデムは、デジタル加入者線技術 を使用して、電話回線に一般的に使用されます。

ファイアウォール

ファイアウォールは、ネットワーク セキュリティとアクセス ルールを制御するためのネットワーク デバイスです通常、ファイアウォールは、認識されたソースからのアクションを許可する一方で、認識されていないソースからのアクセス要求を拒否するように構成されています。ネットワーク セキュリティにおいてファイアウォールが果たす重要な役割は、サイバー攻撃の絶え間ない増加と並行して大きくなっています。

分類

ネットワーク トポロジの研究では、ポイント ツー ポイント、バス、スター、リングまたは円形、メッシュ、ツリー、ハイブリッド、またはデイジー チェーンの 8 つの基本トポロジが認識されます。[18]

ポイントツーポイント

2 つのエンドポイント間に専用リンクを使用する最も単純なトポロジ。ポイント ツー ポイント トポロジのバリエーションの中で最も理解しやすいのは、ユーザーにとって、2 つのエンドポイントに永続的に関連付けられているように見えるポイント ツー ポイント通信チャネルです。子供のブリキ缶電話は、物理的な専用チャネル の一例です。

回線交換またはパケット交換技術を使用して、ポイントツーポイント回線を動的にセットアップし、必要がなくなったらドロップできます。交換ポイントツーポイント トポロジは、従来のテレフォニーの基本モデルです。

永続的なポイント ツー ポイント ネットワークの価値は、2 つのエンドポイント間の通信が妨げられないことです。オンデマンドのポイントツーポイント接続の価値は、サブスクライバーの潜在的なペアの数に比例し、メトカーフの法則として表されています。

デイジー チェーン

デイジー チェーン接続は、各コンピューターを次のコンピューターに直列に接続することによって実現されます。メッセージが回線の途中にあるコンピューターに向けられている場合、各システムは宛先に到達するまで順番にメッセージをバウンスします。デイジー チェーン ネットワークは、線形とリングの 2 つの基本的な形式を取ることができます。

  • 線形トポロジでは、 1台のコンピューターと次のコンピューターの間に双方向リンクが配置されます。ただし、コンピューティングの初期には、各コンピューター (両端のコンピューターを除く) に 2 つの受信機と 2 つの送信機が必要だったため、これは高価でした。
  • チェーンの両端にあるコンピュータを接続することで、リング トポロジを形成できます。ノードがメッセージを送信すると、そのメッセージはリング内の各コンピューターによって処理されます。リングの利点は、送信機と受信機の数を半分にできることです。メッセージは最終的にループするため、送信は双方向である必要はありません。または、リングを使用して耐障害性を向上させることもできます。特定のリンクでリングが切断された場合、送信はリバース パスを介して送信されるため、単一の障害が発生した場合でもすべてのノードが常に接続されます。

バス

バス ネットワーク トポロジ

バス トポロジを使用するローカル エリア ネットワークでは、各ノードはインターフェイス コネクタによって単一の中央ケーブルに接続されます。これは「バス」であり、バックボーンまたはトランクとも呼ばれます。ネットワーク内のノード間の すべてのデータ伝送は、この共通の伝送媒体を介して伝送され、ネットワーク内のすべてのノードで同時に受信できます。[1]

目的の受信側マシンのアドレスを含む信号は、ソース マシンからバスに接続されたすべてのマシンに双方向に送信され、目的の受信側が見つかるまで送信され、データが受け入れられます。マシン アドレスがデータの意図したアドレスと一致しない場合、信号のデータ部分は無視されます。バス トポロジは 1 本のワイヤのみで構成されているため、他のトポロジよりも実装コストが低くなりますが、その節約分はネットワークの管理コストが高くなるため相殺されます。さらに、ネットワークは 1 本のケーブルに依存しているため、ネットワークの単一障害点になる可能性があります。このトポロジでは、転送されるデータに任意のノードからアクセスできます。

リニアバス

リニア バス ネットワークでは、ネットワークのすべてのノードが、2 つのエンドポイントだけを持つ共通の伝送媒体に接続されます。電気信号がバスの終端に到達すると、信号がラインに反射され、不要な干渉が発生します。これを防ぐために、バスの 2 つのエンドポイントは通常、ターミネータと呼ばれるデバイスで終端されます

分散バス

分散型バス ネットワークでは、ネットワークのすべてのノードが、伝送媒体のメイン セクションにブランチを追加することによって作成された、3 つ以上のエンドポイントを持つ共通の伝送媒体に接続されます。物理的な分散型バス トポロジは、まったく同じように機能します。すべてのノードが共通の伝送媒体を共有するため、物理的なリニア バス トポロジとして使用できます。

スター

スター ネットワーク トポロジ

スター トポロジでは、すべての周辺ノード (コンピュータ ワークステーションまたはその他の周辺機器) が、ハブまたはスイッチと呼ばれる中央ノードに接続されます。ハブがサーバーで、周辺機器がクライアントです。スター ネットワークとして分類されるために、ネットワークは必ずしもスターに似ている必要はありませんが、ネットワーク上のすべての周辺ノードが 1 つの中央ハブに接続されている必要があります。ネットワークを通過するすべてのトラフィックは、信号リピータとして機能する中央ハブを通過します。

スター トポロジは、設計と実装が最も簡単なトポロジと考えられています。スター トポロジの利点の 1 つは、ノードを簡単に追加できることです。スター トポロジの主な欠点は、ハブが単一障害点になることです。また、すべての周辺通信は中央のハブを通過する必要があるため、集約された中央の帯域幅が大規模なクラスターのネットワークのボトルネックになります。

拡張星

拡張スター ネットワーク トポロジは、中央ノードと周辺(または「スポーク」) ノード間の 1 つまたは複数のリピータによって物理スター トポロジを拡張します。リピータは、物理層の最大伝送距離、つまり中央ノードと周辺ノード間のポイント ツー ポイント距離を延長するために使用されます。リピータを使用すると、中央ノードの送信電力だけを使用した場合よりも、さらに長い送信距離が可能になります。リピータを使用すると、物理層のベースとなっている標準の制限を克服することもできます。

リピータがハブまたはスイッチに置き換えられた物理拡張スター トポロジは、ハイブリッド ネットワーク トポロジの一種であり、物理階層スター トポロジと呼ばれますが、一部のテキストでは 2 つのトポロジを区別していません。

物理階層スター トポロジは、ティア スター トポロジとも呼ばれます。このトポロジは、スター ネットワークが相互に接続されている点でツリー トポロジとは異なります。ティア スター トポロジは中央ノードを使用しますが、ツリー トポロジは中央バスを使用し、スター バス ネットワークとも呼ばれます。

配られた星

分散型スターは、中央または最上位の接続ポイント (たとえば、2 つ以上の '関連するスター接続ノードまたは「スポーク」とともに、スタックされたハブ)。

リング

リング ネットワーク トポロジ

リング トポロジは、閉ループのデイジー チェーンです。データはリングを一方向に移動します。あるノードが別のノードにデータを送信すると、データは宛先に到達するまでリング上の各中間ノードを通過します。中間ノードは、信号を強く保つためにデータを繰り返します (再送信します)。[5]すべてのノードはピアです。クライアントとサーバーの階層関係はありません。1 つのノードがデータを再送信できない場合、そのノードはバス内の前後のノード間の通信を切断します。

利点:

  • ネットワークの負荷が増加すると、そのパフォーマンスはバス トポロジよりも優れています。
  • ワークステーション間の接続を制御するためのネットワーク サーバーは必要ありません。

短所:

  • 集約ネットワーク帯域幅は、2 つのノード間の最も弱いリンクによってボトルネックになります。

メッシュ

完全にメッシュ化されたネットワークの値は、すべてのエンドポイントを含む任意の 2 つのエンドポイントの通信グループがリードの法則によって近似されると仮定すると、サブスクライバー数の指数に比例します。

完全に接続されたネットワーク

完全に接続されたメッシュ トポロジ

完全に接続されたネットワークでは、すべてのノードが相互接続されています。(グラフ理論では、これは完全グラフと呼ばれます。) 最も単純な全結合ネットワークは、2 ノード ネットワークです。完全に接続されたネットワークでは、パケット交換ブロードキャストを使用する必要はありませんただし、接続数はノード数に応じて二次的に増加するため、次のようになります。

このため、大規模なネットワークでは実用的ではありません。この種のトポロジは、トリップしてネットワーク内の他のノードに影響を与えることはありません。

部分的に接続されたネットワーク

部分的に接続されたメッシュ トポロジ

部分的に接続されたネットワークでは、特定のノードが 1 つの他のノードに接続されます。ただし、一部のノードはポイントツーポイント リンクで 2 つ以上の他のノードに接続されています。これにより、ネットワーク内のすべてのノード間の接続に必要な費用や複雑さを伴うことなく、物理的に完全に接続されたメッシュ トポロジの冗長性の一部を利用できます。

ハイブリッド

ハイブリッド トポロジは、ハイブリッド ネットワークとも呼ばれます。[19]ハイブリッド ネットワークは、結果として得られるネットワークが標準的なトポロジ (バス、スター、リングなど) の 1 つを示さないように、2 つ以上のトポロジを組み合わせます。たとえば、ツリー ネットワーク(またはスターバス ネットワーク) は、スター ネットワークがバス ネットワークを介して相互接続されたハイブリッド トポロジです[20] [21]ただし、別のツリー ネットワークに接続されたツリー ネットワークは、依然としてトポロジー的にはツリー ネットワークであり、別個のネットワーク タイプではありません。ハイブリッド トポロジは、2 つの異なる基本ネットワーク トポロジが接続されている場合に常に生成されます。

スターリング ネットワークは、マルチステーション アクセス ユニット(MAU) を集中ハブとして 使用して接続された2 つ以上のリングネットワークで構成されます。

Snowflake トポロジは、スター ネットワークのスター ネットワークです。[引用が必要]

他の 2 つのハイブリッド ネットワーク タイプは、ハイブリッド メッシュ階層スターです。[20]

集中化

スター トポロジは、すべての周辺ノード (コンピュータなど) を中央ノードに接続することで、ネットワーク障害の可能性を減らします物理的なスター トポロジがイーサネットなどの論理バス ネットワークに適用されると、この中央ノード (従来はハブ) が、任意の周辺ノードから受信したすべての送信をネットワーク上のすべての周辺ノードに再ブロードキャストします。これには発信元ノードも含まれることがあります。このように、すべての周辺ノードは、中央ノードのみに送信し、中央ノードから受信することによって、他のすべてのノードと通信することができます。伝送障害周辺ノードを中央ノードにリンクすると、その周辺ノードが他のすべてのノードから分離されますが、残りの周辺ノードは影響を受けません。ただし、欠点は、中央ノードの障害がすべての周辺ノードの障害を引き起こすことです。

中央ノードが受動的である場合、発信元ノードは、それ自体の送信のエコーの受信を許容できなければなりません。これは、双方向の往復 送信時間 (つまり、中央ノードとの間) に加えて、中央ノードで生成された遅延によって遅延されます。中央ノード。アクティブスター ネットワークには、通常、エコー関連の問題を防ぐ手段を備えたアクティブな中央ノードがあります。

ツリー トポロジ(別名階層トポロジ) は、階層に配置されたスター ネットワークの集合と見なすことができますこのツリー構造には、他の 1 つのノードとのみ送受信する必要があり、リピータまたはリジェネレータとして機能する必要のない個々の周辺ノード (リーフなど) があります。スター型ネットワークとは異なり、セントラル ノードの機能は分散されている場合があります。

したがって、従来のスター型ネットワークと同様に、個々のノードは、ノードへの伝送経路の単一点障害によって、依然としてネットワークから分離される可能性があります。リーフを接続するリンクに障害が発生すると、そのリーフは分離されます。非リーフ ノードへの接続に障害が発生すると、ネットワークのセクション全体が残りの部分から分離されます。

すべての信号をすべてのノードにブロードキャストすることで発生するネットワーク トラフィックの量を軽減するために、ネットワークに接続されているノードの ID を追跡できる、より高度な中央ノードが開発されました。これらのネットワーク スイッチは、通常のデータ転送中に各ポートで「リッスン」し、データ パケットを調べて、接続されている各ノードのアドレス/識別子と、保持されているルックアップ テーブルに接続されているポートを記録することにより、ネットワークのレイアウトを「学習」します。記憶に。このルックアップ テーブルにより、今後の送信を意図した宛先にのみ転送することができます。

分権化

部分的に接続されたメッシュ トポロジでは、パスの 1 つを提供するリンクに障害が発生した場合に冗長パスを提供するために、それらの間に 2 つ以上のパスを持つ少なくとも 2 つのノードがあります。分散化は、単一のデバイスを中央ノードとして使用する場合に存在する単一点障害の欠点を補うためによく使用されます (たとえば、スターおよびツリー ネットワーク)。2 つのノード間のホップ数を制限する特別な種類のメッシュは、ハイパーキューブです。メッシュ ネットワークの任意の分岐点の数により、設計と実装がより困難になりますが、分散型の性質により非常に便利です。

これは、いくつかの点で、線形またはリング トポロジを使用して複数の方向でシステムを接続するグリッド ネットワークに似ています。たとえば、多次元リングにはトロイダルトポロジーがあります。

完全に接続されたネットワーク完全なトポロジ、または完全なメッシュ トポロジは、ノードのすべてのペア間に直接リンクがあるネットワーク トポロジです。n 個のノードを持つ完全に接続されたネットワークでは、直接リンク。このトポロジで設計されたネットワークは、通常、セットアップに非常に費用がかかりますが、ノード間の多数の冗長リンクによって提供されるデータの複数のパスにより、高度な信頼性が提供されます。このトポロジは、主に軍事用途で見られます。

も参照

参考文献

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外部リンク

  • Tetrahedron Core Network:四面体構造を適用して復元力のある部分メッシュ 3 次元キャンパス バックボーン データ ネットワークを作成