網(wǎng)絡拓撲結構知識

1、網(wǎng)絡拓撲結構知識網(wǎng)絡的拓撲結構是拋開網(wǎng)絡物理連接來討論網(wǎng)絡系統(tǒng)的連接形式,網(wǎng)絡中各站點相互連接的方法和形式稱為網(wǎng)絡拓撲.拓撲圖給出網(wǎng)絡效勞器、工作站的網(wǎng)絡配置和相互間的連接,它的結構主要有星型結構、總線結構、樹型結構、網(wǎng)狀結構、蜂窩狀結構、分布式結構等.星型結構星型結構是指各工作站以星型方式連接成網(wǎng).網(wǎng)絡有中央節(jié)點,其他節(jié)點工作站、效勞器都與中央節(jié)點直接相連,這種結構以中央節(jié)點為中央,因此又稱為集中式網(wǎng)絡.它具有如下特點：結構簡單,便于治理；限制簡單,便于建網(wǎng)；網(wǎng)絡延遲時間較小,傳輸誤差較低.但缺點也是明顯的：本錢高、可靠性較低、資源共享水平也較差.環(huán)型結構環(huán)型結構由網(wǎng)絡中假設干節(jié)點通過點到點

2、的鏈路首尾相連形成一個閉合的環(huán),這種結構使公共傳輸電纜組成環(huán)型連接,數(shù)據(jù)在環(huán)路中沿著一個方向在各個節(jié)點間傳輸,信息從一個節(jié)點傳到另一個節(jié)點.環(huán)型結構具有如下特點：信息流在網(wǎng)中是沿著固定方向流動的,兩個節(jié)點僅有一條道路,故簡化了路徑選擇的限制；環(huán)路上各節(jié)點都是自舉限制,故限制軟件簡單；由于信息源在環(huán)路中是串行地穿過各個節(jié)點,當環(huán)中節(jié)點過多時,勢必影響信息傳輸速率,使網(wǎng)絡的響應時間延長；環(huán)路是封閉的,不便于擴充；可靠性低,一個節(jié)點故障,將會造成全網(wǎng)癱瘓；維護難,對分支節(jié)點故障定位較難.總線型結構總線結構是指各工作站和效勞器均掛在一條總線上,各工作站地位平等,無中央節(jié)點限制,公用總線上的信息多以基帶

3、形式串行傳遞,其傳遞方向總是從發(fā)送信息的節(jié)點開始向兩端擴散,如同播送電臺發(fā)射的信息一樣,因此又稱播送式計算機網(wǎng)絡.各節(jié)點在接受信息時都進行地址檢查,看是否與自己的工作站地址相符,相符那么接收網(wǎng)上的信息.總線型結構的網(wǎng)絡特點如下：結構簡單,可擴充性好.當需要增加節(jié)點時,只需要在總線上增加一個分支接口便可與分支節(jié)點相連,當總線負載不允許時還可以擴充總線；使用的電纜少,且安裝容易；使用的設備相對簡單,可靠性高；維護難,分支節(jié)點故障查找難.分布式結構分布式結構的網(wǎng)絡是將分布在不同地點的計算機通過線路互連起來的一種網(wǎng)絡形式,分布式結構的網(wǎng)絡具有如下特點：由于采用分散限制,即使整個網(wǎng)絡中的某個局部出現(xiàn)故障

4、,也不會影響全網(wǎng)的操作,因而具有很高的可靠性；網(wǎng)中的路徑選擇最短路徑算法,故網(wǎng)上延遲時間少,傳輸速率高,但限制復雜；各個節(jié)點間均可以直接建立數(shù)據(jù)鏈路,信息流程最短；便于全網(wǎng)范圍內(nèi)的資源共享.缺點為連接線路用電纜長,造價高；網(wǎng)絡治理軟件復雜；報文分組交換、路徑選擇、流向限制復雜；在一般局域網(wǎng)中不采用這種結構.樹型結構樹型結構是分級的集中限制式網(wǎng)絡,與星型相比,它的通信線路總長度短,本錢較低,節(jié)點易于擴充,尋找路徑比擬方便,但除了葉節(jié)點及其相連的線路外,任一節(jié)點或其相連的線路故障都會使系統(tǒng)受到影響.網(wǎng)狀拓撲結構在網(wǎng)狀拓撲結構中,網(wǎng)絡的每臺設備之間均有點到點的鏈路連接,這種連接不經(jīng)濟,只有每個站點都

5、要頻繁發(fā)送信息時才使用這種方法.它的安裝也復雜,但系統(tǒng)可靠性高,容錯水平強.有時也稱為分布式結構.蜂窩拓撲結構蜂窩拓撲結構是無線局域網(wǎng)中常用的結構.它以無線傳輸介質微波、衛(wèi)星、紅外等點到點和多點傳輸為特征,是一種無線網(wǎng),適用于城市網(wǎng)、校園網(wǎng)、企業(yè)網(wǎng).在計算機網(wǎng)絡中還有其他類型的拓撲結構,如總線型與星型混合.總線型與環(huán)型混合連接的網(wǎng)絡.在局域網(wǎng)中,使用最多的是總線型和星型網(wǎng)絡拓撲結構是指用傳輸媒體互聯(lián)各種設備的物理布局.將參與LAN工作的各種設備用媒體互聯(lián)在一起有多種方法,實際上只有幾種方式能適合LAN的工作.如果一個網(wǎng)絡只連接幾臺設備,最簡單的方法是將它們都直接相連在一起,這種連接稱為點對點連

6、接.用這種方式形成的網(wǎng)絡稱為全互聯(lián)網(wǎng)絡,如下列圖所示.PCPC圖中有6個設備,在全互聯(lián)情況下,需要15條傳輸線路.如果要連的設備有n個,所需線路將到達nn-1/2條!顯而易見,這種方式只有在涉及地理范圍不大,設備數(shù)很少的條件下才有使用的可能.即使屬于這種環(huán)境,在LAN技術中也不使用.我們所說的拓撲結構,是因為當需要通過互聯(lián)設備如路由器互聯(lián)多個LAN時,將有可能遇到這種廣域網(wǎng)WAN的互聯(lián)技術.目前大多數(shù)網(wǎng)絡使用的拓撲結構有3種：-星行拓撲結構-環(huán)行拓撲結構-總線型拓撲結1 .星型拓撲結構星型結構是最古老的一種連接方式,大家每天都使用的 都屬于這種結構,如下列圖所示.其中,圖(a)為 網(wǎng)的星型結構

7、,圖(b)為目前使用最普遍的以太網(wǎng)(Ethernet)星型結構,處于中央位置的網(wǎng)絡設備稱為集線器,英文名為Hub.(a) 網(wǎng)的星行結構(b)以Hub為中央的結構這種結構便于集中限制,由于端用戶之間的通信必須經(jīng)過中央站.由于這一特點,也帶來了易于維護和平安等優(yōu)點.端用戶設備由于故障而停機時也不會影響其它端用戶間的通信但這種結構非常不利的一點是,中央系統(tǒng)必須具有極高的可靠性,由于中央系統(tǒng)一旦損壞,整個系統(tǒng)便趨于癱瘓.對此中央系統(tǒng)通常采用雙機熱備份,以提升系統(tǒng)的可靠性.這種網(wǎng)絡拓撲結構的一種擴充便是星行樹,如下列圖所示.每個Hub與端用戶的連接仍為星型,Hub的級連而形成樹.然而,應當指出,Hub級

8、連的個數(shù)是有限制的,并隨廠商的不同而有變化.HubPCPCPCPCPC還應指出,以Hub構成的網(wǎng)絡結構,雖然呈星型布局,但它使用的訪問媒體的機制卻仍是共享媒體的總線方式.2 .環(huán)型網(wǎng)絡拓撲結構環(huán)型結構在LAN中使用較多.這種結構中的傳輸媒體從一個端用戶到另一個端用戶直到將所有端用戶連成環(huán)型,如圖5所示.這種結構顯而易見消除了端用戶通信時對中央系統(tǒng)的依賴性.1N+1PCPC環(huán)行結構的特點是,每個端用戶都與兩個相臨的端用戶相連,因而存在著點到點鏈路,但總是以單向方式操作.于是,便有上游端用戶和下游端用戶之稱.例如圖5中用戶N是用戶N+1的上游端用戶,N+1是N的下游端用戶.如果N+1端需將數(shù)據(jù)發(fā)送

9、到N端,那么幾乎要繞環(huán)一周才能到達N端.環(huán)上傳輸?shù)娜魏螆笪亩急仨毚┻^所有端點,因此,如果環(huán)的某一點斷開,環(huán)上所有端間的通信便會終止.為克服這種網(wǎng)絡拓撲結構的脆弱,每個端點除與一個環(huán)相連外,還連接到備用環(huán)上,當主環(huán)故障時,自動轉到備用環(huán)上.3 .總線拓撲結構總線結構是使用同一媒體或電纜連接所有端用戶的一種方式,也就是說,連接端用戶的物理媒體由所有設備共享,如下列圖所示.使用這種結構必須解決的一個問題是保證端用戶使用媒體發(fā)送數(shù)據(jù)時不能出現(xiàn)沖突.在點到點鏈路配置時,這是相當簡單的.如果這條鏈路是半雙工操作,只需使用很簡單的機制便可保證兩個端用戶輪流工作.在一點到多點方式中對線路的訪問依靠限制端的探詢

10、來確定.然而,在LAN環(huán)境下,由于所有數(shù)據(jù)站都是平等的不能采取上述機制.對此,研究了一種在總線共享型網(wǎng)絡使用的媒體訪問方法：帶有碰撞檢測的載波偵聽多路訪問,英文縮寫成CSMA/CD.PCPCPCPCPC這種結構具有費用低、數(shù)據(jù)端用戶入網(wǎng)靈活、站點或某個端用戶失效不影響其它站點或端用戶通信的優(yōu)點.缺點是一次僅能一個端用戶發(fā)送數(shù)據(jù),其它端用戶必須等待到獲得發(fā)送權.媒體訪問獲取機制較復雜.盡管有上述一些缺點,但由于布線要求簡單,擴充容易,端用戶失效、增刪不影響全網(wǎng)工作,所以是網(wǎng)絡技術中使用最普遍的一種.按網(wǎng)絡拓撲結構劃分網(wǎng)絡的拓撲結構是指網(wǎng)絡中通信線路攬線和計算機、以及其他組件的物理布局.網(wǎng)絡的拓撲

11、結構影響網(wǎng)絡的性能.選擇哪種拓撲結構與具體的網(wǎng)絡要求相關.網(wǎng)絡拓撲結構主要影響網(wǎng)絡設備的類型、設備的水平、網(wǎng)絡的擴張潛力、網(wǎng)絡的治理模式等等.總線型網(wǎng)絡總線型網(wǎng)絡也稱線形總線拓撲,是最簡單也是最常見的一種組網(wǎng)方法.總線型網(wǎng)絡是網(wǎng)絡中所有的站點共享一條數(shù)據(jù)通道.總線型網(wǎng)絡的優(yōu)點在于安裝簡單方便,需要鋪設的電纜最短,本錢低,某個站點的故障一般不會影響整個網(wǎng)絡.總線型網(wǎng)絡的缺點是介質的故障會導致網(wǎng)絡癱瘓,總線網(wǎng)平安性低,監(jiān)控比擬困難,并且增加新站點不如星型網(wǎng)容易.總線型網(wǎng)絡是一種被動的拓撲結構,一條數(shù)據(jù)線上的計算機只接收網(wǎng)上的數(shù)據(jù),不負責將數(shù)據(jù)從一臺計算機傳送到另一臺計算機.在主動的拓撲結構中,計算

12、機可將數(shù)據(jù)傳送下去.總線型網(wǎng)絡星型網(wǎng)絡在星型拓撲中各站點計算機通過攬線與中央站多為Hub集線器相連,數(shù)據(jù)信息從計算機通過集線器傳送到網(wǎng)上所有計算機.星型網(wǎng)絡的特點是很容易在網(wǎng)絡中增加新的站點,數(shù)據(jù)的平安性和優(yōu)先級容易限制,易實現(xiàn)網(wǎng)絡監(jiān)控,但由于所有計算機都連接到一點,網(wǎng)絡規(guī)模較大時,需要大量的攬線,并且,如果集線器出現(xiàn)故障,整個網(wǎng)絡會癱瘓.如果網(wǎng)絡中的某一臺計算機或者攬線出現(xiàn)了故障不會影響整個網(wǎng)絡的運行,網(wǎng)絡中除去這太計算機以外的局部都可以正常運行.星型網(wǎng)絡實物圖星型網(wǎng)絡示意圖環(huán)形網(wǎng)絡環(huán)形網(wǎng)絡拓撲將各站點的計算機通過攬線連成一個封閉的環(huán)形.環(huán)形拓撲不需要終結器.數(shù)據(jù)信號會沿著環(huán)行的一個方向進行

13、傳播,依次通過每一臺計算機.環(huán)形網(wǎng)容易安裝和監(jiān)控,但容量有限,網(wǎng)絡建成后,難以增加新的站點.由于數(shù)據(jù)信號是依次通過每一臺計算機的,所以網(wǎng)絡中的任何一臺機器出現(xiàn)故障都會影響整個網(wǎng)絡的正常工作.環(huán)形網(wǎng)絡網(wǎng)絡拓撲是指網(wǎng)絡中各個端點相互連接的方法和形式.網(wǎng)絡拓撲結構反映了組網(wǎng)的一種幾何形式.局域網(wǎng)的拓撲結構主要有總線型、星型、環(huán)型以及混合型拓撲結構.1.6.1總線型拓撲結構總線型拓撲結構采用單根數(shù)據(jù)傳輸線作為通信介質,所有的站點都通過相應的硬件接口直接連接到通信介質,而且能被所有其他的站點接受.圖1-6所示為總線型拓撲結構示意圖.總線型網(wǎng)絡結構中的節(jié)點為效勞器或工作站,通信介質為同軸電纜.由于所有的節(jié)

14、點共享一條公用的傳輸鏈路,所以一次只能由一個設備傳輸.這樣就需要某種形式的訪問限制策略,來決定下一次哪一個節(jié)點可以發(fā)送.一般情況下,總線型網(wǎng)絡采用載波監(jiān)聽多路訪問/沖突檢測(CSMA/CD)限制策略.50Q終端匹配器通信介質圖1-6總線型拓撲結構當分組經(jīng)總線型網(wǎng)絡信息發(fā)送的過程為：發(fā)送時,發(fā)送節(jié)點對報文進行分組,然后一次一個地址依次發(fā)送這些分組,有時要與其他工作站傳來的分組交替地在通信介質上傳輸.過各節(jié)點時,目標節(jié)點將識別分組的地址,然后將屬于自己的分組內(nèi)容復制下來.總線型拓撲結構在局域網(wǎng)中得到廣泛的應用,主要優(yōu)點有：布線容易、電纜用量小.總線型網(wǎng)絡中的節(jié)點都連接在一個公共的通信介質上,所以需

15、要的電纜長度短,減少了安裝費用,易于布線和維護.可靠性高.總線結構簡單,從硬件觀點來看,十分可靠.易于擴充.在總線型網(wǎng)絡中,如果要增加長度,可通過中繼器加上一個附加段；如果需要增加新節(jié)點,只需要在總線的任何點將其接入.易于安裝.總線型網(wǎng)絡的安裝比擬簡單,對技術要求不是很高.總線型拓撲結構雖然有許多優(yōu)點,但也有自己的局限性: 故障診斷困難.雖然總線拓撲簡單,可靠性高,但故障檢測卻不容易.由于具有總線拓撲結構的網(wǎng)絡不是集中限制,故障檢測需要在網(wǎng)上各個節(jié)點進行. 故障隔離困難.對于介質的故障,不能簡單地撤消某工作站,這樣會切斷整段網(wǎng)絡. 中繼器配置.在總線的干線根底上擴充時,可利用中繼器,需要重新設

16、置,包括電纜長度的裁剪,終端匹配器的調整等. 通信介質或中間某一接口點出現(xiàn)故障,整個網(wǎng)絡隨即癱瘓. 終端必須是智能的.由于接在總線上的節(jié)點有介質訪問限制功能,因此必須具有智能,從而增加了站點的硬件和軟件費用.1.6.2 星型拓撲結構星型拓撲結構是中央節(jié)點和通過點到點鏈路連接到中央節(jié)點的各節(jié)點組成.利用星型拓撲結構的交換方式有電路交換和報文交換,尤以電路交換更為普遍.一旦建立了通道連接,可以沒有延遲地在連通的兩個節(jié)點之間傳送數(shù)據(jù).工作站到中央節(jié)點的線路是專用的,不會出現(xiàn)擁擠的瓶頸現(xiàn)象.圖1-7所示為星型拓撲結構圖.外國不點外國節(jié)臣外國節(jié)點中央節(jié)點外國節(jié)點外國節(jié)直圖1-7星型拓撲結構星型拓撲結構中

17、,中央節(jié)點為集線器HUB,其他外圍節(jié)點為效勞器或工作站；通信介質為雙絞線或光纖.星型拓撲結構被廣泛的應用于網(wǎng)絡中智能主要集中于中央節(jié)點的場合.由于所有節(jié)點的往外傳輸都必須經(jīng)過中央節(jié)點來處理,因此,對中央節(jié)點的要求比擬高.星型拓撲結構信息發(fā)送的過程為：某一工作站有信息發(fā)送時,將向中央節(jié)點申請,中央節(jié)點響應該工作站,并將該工作站與目的工作站或效勞器建立會話.此時,就可以進行無延時的會話了.星型拓撲結構的優(yōu)點為： 可靠性高.在星型拓撲的結構中,每個連接只與一個設備相連,因此,單個連接的故障只影響一個設備,不會影響全網(wǎng). 方便效勞.中央節(jié)點和中間接線都有一批集中點,可方便地提供效勞和進行網(wǎng)絡重新配置.

18、 故障診斷容易.如果網(wǎng)絡中的節(jié)點或者通信介質出現(xiàn)問題,只會影響到該節(jié)點或者通信介質相連的節(jié)點,不會涉及整個網(wǎng)絡,從而比擬容易判斷故障的位置.星型拓撲結構雖有許多優(yōu)點,但也有缺點： 擴展困難、安裝費用高.增加網(wǎng)絡新節(jié)點時,無論有多遠,都需要與中央節(jié)點直接連接,布線困難且費用高. 對中央節(jié)點的依賴性強.星型拓撲結構網(wǎng)絡中的外圍節(jié)點對中央節(jié)點的依賴性強,如果中央節(jié)點出現(xiàn)故障,那么全部網(wǎng)絡不能正常工作.1.6.3 環(huán)型拓撲結構環(huán)型拓撲結構是一個像環(huán)一樣的閉合鏈路,在鏈路上有許多中繼器和通過中繼器連接到鏈路上的節(jié)點.也就是說,環(huán)型拓撲結構網(wǎng)絡是由一些中繼器和連接到中繼器的點到點鏈路組成的一個閉合環(huán).在環(huán)

19、型網(wǎng)中,所有的通信共享一條物理通道,即連接網(wǎng)中所有節(jié)點的點到點鏈路.圖1-8為環(huán)型拓撲結構.節(jié)點節(jié)點節(jié)點通信介質圖1-8環(huán)型拓撲結構其中,每個中繼器通過單向傳輸鏈路連接到另外兩個中繼器,形成單一的閉合通路,所有的工作站都可通過中繼器連接到環(huán)路上.任何一個工作站發(fā)送的信號,都可以沿著通信介質進行傳播,而且能被所有其他的工作站接收.中繼器為環(huán)型網(wǎng)提供了3種根本功能：數(shù)據(jù)發(fā)送到環(huán)中,接收數(shù)據(jù)和從環(huán)中刪除數(shù)據(jù).它能夠接收一個鏈路上的數(shù)據(jù),并以同樣的速度串行地把該數(shù)據(jù)送到另一條鏈路上,即不在中繼器中緩沖.由通信介質及中繼器所構成的通信鏈路是單向的,即能在一個方向上傳輸數(shù)據(jù),而且所有的鏈路是單向的,即能在

20、一個方向上圍繞著環(huán)進行循環(huán).環(huán)型拓撲結構的交換方式采用分組交換.由于多個工作站共享同一環(huán),因此需要對此進行限制,以便決定每個站在什么時候可以把分組放在環(huán)上.一般情況下,環(huán)型拓撲結構網(wǎng)絡采用令牌環(huán)(TokenRing)的介質訪問限制.信息發(fā)送的過程為：如果某一站點希望將報文發(fā)送到另一目的站點,那么它需要將這個報文分成假設干個分組.每個分組包括一段數(shù)據(jù)再加上一些限制信息,其中限制信息包括目的站點的地點.發(fā)送信息的站點依次把每個分組放到環(huán)上之后,通過其他中繼器進行循環(huán)；環(huán)中的所有中繼器都將分組的地址與該中繼器連接的節(jié)點的地址相比擬,當?shù)刂贩蠒r,該站點就接收該分組.環(huán)型拓撲結構具有以下優(yōu)點： 電纜長

21、度短.環(huán)型拓撲結構所需的電纜長度與總線型相當,但比星型要短. 適用于光纖.光纖傳輸速度高,環(huán)型拓撲網(wǎng)絡是單向傳輸,十分適用于光纖通信介質.如果在環(huán)型拓撲網(wǎng)絡中把光纖作為通信介質,將大大提升網(wǎng)絡的速度和增強抗干擾的能力. 無過失傳輸.由于采用點到點通信鏈路,被傳輸?shù)男盘栐诿恳还?jié)點上再生,因此,傳輸信息誤碼率可減到最少.環(huán)型拓撲結構的缺點為： 可靠性差.在環(huán)上傳輸數(shù)據(jù)是通過接在環(huán)上的每個中繼器完成的,所以任何兩個節(jié)點間的電纜或者中繼器故障都會導致全網(wǎng)故障. 故障診斷困難.由于環(huán)上的任一點出現(xiàn)故障都會引起全網(wǎng)的故障,所以難于對故障進行定位. 調整網(wǎng)絡比擬困難.要調整網(wǎng)絡中的配置,例如擴大或縮小,都是比擬困難的.1.6.4混合型拓撲結構混合型拓撲結構是指綜合性的一種拓撲結構.組建混合型拓撲結構的網(wǎng)絡有利于發(fā)揮網(wǎng)絡拓撲結構的優(yōu)點,克服相應的局限.圖1-9為一個混合型拓撲結構.節(jié)點中央節(jié)點節(jié)點5.&#