ネットワークトポロジ（Network Topology）とは、トラフィック量や必要な情報の流れの特性に応じて、ネットワークノード間の位置関係や接続形態を決定することです。ネットワーク トポロジとは、伝送メディアによって相互接続されたさまざまなデバイスの物理的なレイアウトを指し、ネットワークを構成するメンバーの特定の物理 (実) または論理 (仮想) 配置を指します。
適切なネットワーク トポロジを選択する理由 通信回線のコストは通信システムのかなりの部分を占めるため、最適なネットワーク トポロジを設計することは、通信ネットワーク全体のコストを経済的に節約するだけでなく、ネットワークの信頼性と堅牢性を確保します。また、フロー制御、リンク容量の割り当て、ネットワーク遅延などの指標にも貢献します。
主に、スター構造、リング構造、ツリー構造、ネットワーク構造、バス構造の 5 種類のネットワーク トポロジがあります。ネットワーク構造は、ハイパーキューブ、不規則、ブロック、完全相互接続などのさまざまな形式に分割できます。
1.スタートポロジー
スター ネットワークの主な特徴は、ネットワーク内の任意のノードとの通信を完了するために、任意のノードが最大 2 つのホップしか必要としない中央制御ノードを備えていることです。スター トポロジの概略図を次の図に示します。
利点: ネットワークの構築と保守が比較的容易で、遅延が少なく、ネットワーク構造が単純です。
短所: ネットワークの規模が大きくなるにつれて、その信頼性が低下します. 中央制御ノードは、このタイプのネットワークのボトルネックです. 中央ノードが麻痺すると、ネットワーク全体が麻痺することを意味します.
2.リングトポロジー
リングネットワークでは、各ノードはエンドツーエンドで接続されて閉じたリングを形成し、情報はリングに沿ってポイントごとにのみ送信でき、リング上のどのノードも情報の送信を要求できます。このタイプのネットワークの特徴は、情報の伝送方向が固定されており、2 つのノード間の通信経路が一意であるということです。ノードの 1 つが壊れて回線がブロックされた場合、高い信頼性で自動的に反対方向に送信します。リング トポロジの概略図を次の図に示します。
利点: リアルタイム サービスに適しており、情報の送信方向が固定されています。
短所：リングネットワーク上のノード数が多い場合、競合が発生し、伝送速度に影響を与えるため、拡張が不便です。
3. ツリー トポロジー
ツリー型ネットワークは代表的な階層構造ネットワークであり、通信回線が短く、拡張が容易で、ネットワーク構築のコストが低い。最後のリーフ ノードを除いて、他の非マスター ノードまたは非トランク ラインに障害が発生した場合、影響を受けるのはローカル ネットワークだけです。しかし、最上位のマスター ノードが損傷すると、スター ネットワークと同様にネットワーク全体が麻痺します。このタイプのネットワークは、軍用システムと同じ階層構造を持っているため、階層型ネットワークに適しており、軍用通信でより一般的に使用されています。ツリー トポロジの概略図を次の図に示します。
利点: ノードを拡張するのに便利です; 構造は簡単です; リンクは双方向伝送をサポートします.
短所: 高レベルのノードに障害が発生すると、リンク全体に大きな影響が及びます。
4.メッシュトポロジー
分散構造ネットワークとも呼ばれるメッシュ ネットワークは、最も複雑なネットワークですが、最も堅牢なネットワークでもあります。ネットワークノードは通常、相互に通信するための複数のパスを持っています. したがって、各ノードにはルーティング戦略とフロー制御が必要です. ネットワーク全体の管理は比較的複雑であり、このタイプのネットワークを構築するコストは比較的高くなります. 最も典型的なメッシュ ネットワークは完全に相互接続されています。つまり、下の図に示すように、任意のノードが他のノードと直接接続されています。
この方法では、ネットワークのトラフィカビリティが向上し、遅延が少なくなりますが、対応するコストが高くなり、柔軟性が低下します。ネットワークに既に N 個のノードがある場合、ネットワークに新しいノードを追加する場合は、N 個の回線を追加する必要があり、建設コストは比較的高くなります。したがって、実際のネットワーク設計では、ネットワークの信頼性と経済性の妥協点を見つけて、最小のコストでパフォーマンス指標を満たすネットワークを構築します。
メリット：信頼性が高い。
短所: 高コスト、複雑なネットワーク構造、保守と拡張が困難。
5. バスのトポロジー
バス型ネットワークのすべてのノードは共通のバスに接続され、バスの両端で信号はターミネータによって反射され、各ノードは T 型コネクタによってバスに接続されます。ネットワーク内のいずれかのノードに問題が発生しても、他のノードに損傷を与えることはなく、ネットワークは依然として障害を受けず、バスに障害が発生した場合にのみ、ネットワークに影響を与えます。このタイプのネットワークは、拡張が容易であるという特徴があり、ネットワークの物理構造は単純です。バストポロジの概略図を下図に示します。
利点: ノードの拡張が容易で、チャネルの使用率が高い。
短所: バスに障害が発生し、ネットワーク全体が麻痺します。
参考記事：
OPNETベースの短波協調通信システムの研究と性能分析 - 林観英