1.3 计算机网络的拓扑结构_计算机网络原理与应用技术-QQ阅读玄幻男生网

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1.3 计算机网络的拓扑结构

网络拓扑结构是计算机网络节点和通信链路所组成的逻辑几何形状。拓扑结构将物理实体抽象成与物理实体的大小、位置和形状无关的点，将与实体相连接的线路抽象成线。一般用拓扑学的方法来研究计算机网络的结构，将计算机网络中节点与通信链路之间的几何关系表示成网络结构。这些节点和链路所组成的几何图形就是计算机网络的拓扑结构。网络的拓扑结构对于计算机网络的可靠性、稳定性和通信费用都有重大的影响。例如，计算机网络设计和安装完成后，可能需要添加或移动某些网络用户，这些用户可能在同一楼层的相同或不同的办公室中，也可能在其他楼层或其他大楼内。在这种情况下，不同计算机网络的拓扑结构的扩展性能是大不相同的。在设计和选择使用何种网络拓扑结构时，应该考虑组网的主要用途、今后是否需要扩大网络的规模和是否有其他网络要与这个网络连接等多个方面。计算机网络有很多种拓扑结构，最常用的网络拓扑结构有：总线型结构、环型结构、星型结构、树型结构、网状结构和混合型结构。

1.3.1 总线型结构

总线型结构采用一条单根的通信线路（总线）作为公共的传输通道，所有的节点都通过相应的接口直接连接到总线上，并通过总线进行数据传输。例如，在一根电缆上连接了组成网络的计算机或其他共享设备（如打印机等），如图1-6所示。由于单根电缆仅支持一条信道，因此连接在电缆上的计算机和其他共享设备共享电缆的所有带宽。连接在总线上的设备越多，网络发送和接收数据就越慢。

图1-6 总线型拓扑结构

总线型网络使用广播式传输技术。总线上的所有节点都可以发送数据到总线上，数据沿总线传播。但是，由于所有节点共享同一条公共通道，所以在同一时刻只允许一个站点发送数据。当一个节点发送数据并在总线上传播时，数据可以被总线上的其他所有节点接收。各站点在接收数据后，分析目的物理地址，再决定是否接收该数据。粗、细同轴电缆以太网就是这种结构的典型代表。

总线型拓扑结构具有如下特点：

（1）结构简单、灵活，易于扩展；共享能力强，便于广播式传输。

（2）网络响应速度快，但负荷重时性能迅速下降；局部站点故障不影响整体，可靠性较高。但是如果总线出现故障，则将影响整个网络。

（3）易于安装，费用低。

1.3.2 环型结构

环型结构是各个网络节点通过环接口连在一条首尾相接的闭合环型通信线路中，如图1-7所示。每个节点设备只能与它相邻的一个或两个节点设备直接通信。如果要与网络中的其他节点通信，数据需要依次经过两个通信节点之间的每个设备。环型网络既可以是单向的，也可以是双向的。单向环型网络的数据绕着环向一个方向发送，数据所到达环中的每台设备都将数据接收，经再生放大后将其转发出去，直到数据到达目标节点为止；双向环型网络中的数据能在两个方向上进行传输，因此设备可以和两个邻近节点直接通信。如果一个方向的环中断了，数据还可以向相反的方向在环中传输，最后到达其目标节点。

图1-7 环型拓扑结构

环型结构有两种类型，即单环结构和双环结构。令牌环（Token Ring）是单环结构的典型代表，光纤分布式数据接口（FDDI）是双环结构的典型代表。

环型拓扑结构具有如下特点：

（1）在环型网络中，各工作站间无主从关系，结构简单；信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好。

（2）两个节点之间仅有唯一的路径，简化了路径选择，但可扩充性差。

（3）可靠性差。任何线路或节点的故障，都有可能引起全网故障，且故障检测困难。

1.3.3 星型结构

星型结构的每个节点都由一条点对点的链路与中心节点（公用中心交换设备，如交换机、集线器等）相连，如图1-8所示。星型网络中的一个节点如果向另一个节点发送数据，首先将数据发送到中央设备，然后由中央设备将数据转发到目标节点。信息的传输是通过中心节点的存储转发技术实现的，并且只能通过中心节点与其他节点通信。星型网络是局域网中最常用的拓扑结构。

星型拓扑结构具有如下特点：

（1）结构简单，便于管理和维护；易实现结构化布线；结构易扩充，易升级。

（2）通信线路专用，电缆成本高。

（3）星型结构的网络由中心节点控制与管理，中心节点的可靠性基本上决定了整个网络的可靠性。

（4）中心节点负担重，易成为信息传输的瓶颈，且中心节点一旦出现故障，会导致全网瘫痪。