概要

ネットワークトポロジーとは、コンピュータネットワークを形づくるリンクと機器の配置を指します。ここには、ケーブルや無線リンク、ハードウェアの物理的な配置だけでなく、データがたどる論理的な経路も含まれます。物理トポロジーと論理トポロジーは一致しないことがあり、たとえば機器が物理的には円形に並んでいても、論理的にはスターとして動作する場合があります。トポロジーは、性能、障害耐性、コスト、拡張性に影響するため、ネットワーク設計の基本概念です。

主な種類

  • バス：機器が1本の共有媒体に接続する方式です。構成は سادهで安価ですが、衝突の影響を受けやすく、規模にも制約があります。
  • スター：各機器が中央のハブまたはスイッチに接続されます。1本のリンク障害が個別に切り離されやすいため、家庭やオフィスで広く使われます。
  • リング：機器が閉じた輪を作り、各ノードは2つの隣接ノードに接続されます。データは一方向または双方向に循環し、アクセス制御にトークンパッシングを使う方式もあります。
  • メッシュ：機器同士を複数経路で相互接続し、冗長性と高可用性を確保します。フルメッシュは全ノードが互いに接続され、パーシャルメッシュは重要なノード同士を中心に接続します。
  • ツリー（階層型）：枝分かれする構造で、スターやバスの区画を階層的に組み合わせ、大規模ネットワークで用いられます。
  • ハイブリッド：上記の方式を組み合わせ、特定の技術的・経済的要件に対応します。

特徴と設計上の考慮点

トポロジーを選ぶ際、技術者はスループット、遅延、信頼性、コスト、拡張のしやすさを比較します。メッシュは耐障害性に優れますが、配線量と複雑さが増します。スターやツリーは管理しやすい一方で、中央機器に障害が集中しやすいという弱点があります。また、選択はプロトコルや機器とも関係します。たとえば、現代のスイッチドEthernetは、配線上はスターに見えても、論理的にはポイント・ツー・ポイント接続の集合のように振る舞います。

歴史と発展

初期のネットワーク実験や電話システムが、一般的なトポロジーの形成に影響を与えました。LAN技術では、共有媒体のバス方式、トークンベースのリング方式、そして後のスイッチド・ファブリックなど、さまざまなモデルが試され、それぞれがトポロジーの有用性に影響しました。近年では、データセンター・ファブリック、仮想化、ソフトウェア定義ネットワーキングによって、仮想リンクが物理インフラに重なるオーバーレイトポロジーも登場しています。

用途、例、重要な区別

トポロジーは利用目的に応じて選ばれます。小規模な家庭やオフィスのネットワークでは、簡単さからスター構成が一般的です。キャンパスや企業ネットワークでは、階層型のツリー設計が用いられます。重要なインフラやバックボーンネットワークでは、冗長性を確保するためにメッシュ構造が採用されることがあります。ここで大切なのは、物理トポロジー（実際のケーブルや無線リンク）と論理トポロジー（フレームやパケットがたどる経路）を区別することです。同じ物理配置でも、プロトコルや機器によって複数の論理トポロジーを支えられます。基本用語については、ノードや関連する用語集の項目も参照してください。