通信工程師互聯(lián)網(wǎng)技術(shù)考試拓撲結(jié)構(gòu)

　　4.1.3 拓撲結(jié)構(gòu)

局域網(wǎng)的主要特征由網(wǎng)絡(luò)的拓撲結(jié)構(gòu)、所采用的協(xié)議類型及介質(zhì)訪問控制方法決定。本節(jié)介紹局域網(wǎng)使用的拓撲結(jié)構(gòu)形式。局域網(wǎng)中所采用的協(xié)議類型和介質(zhì)訪問控制方法將在后繼小節(jié)中介紹。

局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)是指連接網(wǎng)絡(luò)設(shè)備的傳輸介質(zhì)的鋪設(shè)形式，局域網(wǎng)的拓撲結(jié)構(gòu)主要有星型、總線型、環(huán)型和混合型。

　　1.星型結(jié)構(gòu)

星型結(jié)構(gòu)由中心節(jié)點和分支節(jié)點構(gòu)成。各個分支節(jié)點與中心節(jié)點間均具有點到點的物理連接，分支節(jié)點之間沒有直接的物理通路。如果分支節(jié)點間需要傳輸信息，必須通過中心節(jié)點進行轉(zhuǎn)發(fā)；或者由中心節(jié)點周期性地詢問各分支節(jié)點，協(xié)助分支節(jié)點進行信息的轉(zhuǎn)發(fā)。星型結(jié)構(gòu)可以通過級聯(lián)的方式很方便地將網(wǎng)絡(luò)擴展到很大的規(guī)模。星型結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)拓撲結(jié)構(gòu)圖如圖4-2（a）所示。

圖4-2局域網(wǎng)的基本拓撲結(jié)構(gòu)圖

由于在這種結(jié)構(gòu)的網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，中心節(jié)點是控制中心，任意兩個分支節(jié)點間的通信最多只需兩步，所以傳輸速度很快，而且星型網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)簡單、建網(wǎng)方便、便于控制和管理。但是，這種網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的可靠性很大程度上取決于中心節(jié)點的可靠性，對中心節(jié)點的可靠性和冗余度要求很高。一旦中心節(jié)點出現(xiàn)故障，則會導(dǎo)致全網(wǎng)癱瘓。

在計算機網(wǎng)絡(luò)中，星型拓撲結(jié)構(gòu)通常用集線器（Hub）或交換機作為中心連接設(shè)備。集線器包括多個端口，可以連接多臺計算機。集線器工作在物理層，是擴充網(wǎng)絡(luò)、連接更多工作站的網(wǎng)絡(luò)設(shè)備之一，只具有放大和重發(fā)數(shù)據(jù)的功能。它的工作原理是數(shù)據(jù)從一臺成員計算機發(fā)送到集線器上以后，被轉(zhuǎn)發(fā)到集線器中的其他所有端口上，供網(wǎng)絡(luò)上的每位用戶使用。使用集線器作中心節(jié)點的優(yōu)點是在集線器正常工作的情況下，局部的線路故障只會在局部造成影響，不會影響整個網(wǎng)絡(luò)的通信。由于集線器上的指示燈能夠告知該點的計算機是否正常連通，所以能夠很快查到故障點？而且網(wǎng)絡(luò)的增容非常方便，需要在網(wǎng)絡(luò)中添加計算機時，只需要在新增加的計算機和集線器之間用網(wǎng)線互連即可。

集線器有很多種，每種都具有特定的功能，提供不同等級的服務(wù)。有些集線器會在分發(fā)之前對弱信號進行重新生成，有些集線器會整理信號的時序以提供所有端口間的同步數(shù)據(jù)通信。

如前所述，集線器并不處理或檢查其上的通信量，僅將一個端口接收的信號重復(fù)地分發(fā)給其他端口，以此來擴展物理介質(zhì)。所有連接到集線器的設(shè)備共享同一介質(zhì)，因此它們也共享同一個沖突域、廣播和帶寬。

在采用交換機作中間節(jié)點的星型網(wǎng)絡(luò)中，交換機根據(jù)收到的數(shù)據(jù)幀中的MAC地址決定數(shù)據(jù)幀應(yīng)發(fā)向交換機的哪個端口。因為端口間的幀傳輸彼此屏蔽，因此節(jié)點發(fā)送的幀在通過交換機時不會與其他節(jié)點發(fā)送的幀產(chǎn)生沖突，這樣可以極大地減少沖突的發(fā)生？

1.總線型結(jié)構(gòu)

總線型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是將各個節(jié)點設(shè)備和一根總線相連。網(wǎng)絡(luò)中所有節(jié)點的工作站都是通過總線進行信息傳輸?shù)??？偩€型拓撲結(jié)構(gòu)如圖4-2（b）所示。工作站發(fā)出的數(shù)據(jù)組成幀，數(shù)據(jù)幀沿著總線向兩端傳播，每個數(shù)據(jù)幀中都含有源地址和目標地址，工作站監(jiān)視總線上的信號，并將發(fā)送給自己的數(shù)據(jù)復(fù)制下來。由于總線是共享介質(zhì)，多個站同時發(fā)送數(shù)據(jù)時會發(fā)生沖突，因此需要采用介質(zhì)訪問控制協(xié)議來防止沖突的發(fā)生，如帶有沖突檢測的載波監(jiān)聽多路訪問CSMA/CD技術(shù)。

總線型結(jié)構(gòu)可使用的通信介質(zhì)包括同軸電纜、雙絞線及光纖。雙絞線價格便宜，便于安裝；同軸電纜和光纖則能提供更高的數(shù)據(jù)速率，連接更多的設(shè)備，傳輸?shù)木嚯x也更遠。在總線型結(jié)構(gòu)中，總線的負載能力是有限的，這是由通信介質(zhì)本身的物理性能決定的。因此總線網(wǎng)絡(luò)中工作站節(jié)點的數(shù)量是有限的。如果工作站節(jié)點的數(shù)最超出了總線的負載能力，就需要延長總線的長度，并加入相當數(shù)量的附加轉(zhuǎn)接部件，使總線負載達到容量要求。

總線型結(jié)構(gòu)易于布線和維護：結(jié)構(gòu)簡單；傳輸介質(zhì)是無源元件，從硬件的角度看，十分可靠；可擴充性好，節(jié)點設(shè)備的插入與拆除都非常方便。另外，總線結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)節(jié)點間響應(yīng)速度快、共享資源能力強、設(shè)備投入量少、成本低、安裝使用方便。當某個工作站節(jié)點出現(xiàn)故障時，對整個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)影響較小。因此，總線型結(jié)構(gòu)網(wǎng)絡(luò)是使用最普遍的一種網(wǎng)絡(luò)。但是，由于所有工作站間的通信均通過一條共用的總線，所以實時性較差。而且總線拓撲網(wǎng)鉻不是集中控制的，所以故障檢測功能要在網(wǎng)絡(luò)的各個站點上進行：在擴展總線的干線長度時，需重新配置中繼器、剪裁電纜、調(diào)整終端器等；總線上的站點需要具備介質(zhì)訪問控制功能，增加了站點的硬件和軟件費用。

以太網(wǎng)和令牌總線網(wǎng)采用的是總線型結(jié)構(gòu)。

2.環(huán)型結(jié)構(gòu)

環(huán)型結(jié)構(gòu)是指網(wǎng)絡(luò)中各節(jié)點通過一條首尾相連的通信鏈路連接起來，形成的一個閉合的環(huán)，拓撲結(jié)構(gòu)如圖4-2（c）所示。工作站通過環(huán)接口設(shè)備（如中繼器）接入環(huán)路。當某個節(jié)點有數(shù)據(jù)發(fā)送時，首先將數(shù)據(jù)發(fā)送到對應(yīng)的環(huán)接口設(shè)備，并沿環(huán)路發(fā)往其下行的環(huán)接口設(shè)備，該設(shè)備對其進行轉(zhuǎn)發(fā)或者遞交給設(shè)備附接的節(jié)點。環(huán)接口設(shè)備通常從一端接收數(shù)據(jù)，從另一端發(fā)出數(shù)據(jù)。因此整個環(huán)路中的數(shù)據(jù)是單向流動的。環(huán)型結(jié)構(gòu)中各工作站地位相等，相互獨立。如果某個工作站節(jié)點出現(xiàn)故障，此工作站節(jié)點就會自動旁路，不影響全網(wǎng)的工作，可靠性較高。兩個工作站節(jié)點之間僅有-條通路，系統(tǒng)中無信道選擇問題：但在傳輸路徑過長、傳輸經(jīng)過的節(jié)點數(shù)過多的情況下，將導(dǎo)致數(shù)據(jù)的端到端傳送時延過大。因此。環(huán)型網(wǎng)絡(luò)在短距離、拓撲結(jié)構(gòu)簡單時具有較大的優(yōu)勢，但不適用于大規(guī)模的長途骨干網(wǎng)。

由于環(huán)型網(wǎng)絡(luò)是一系列點對點鏈路串接起來的，所以可以使用任何傳輸介質(zhì)。最常用的是價格較低廉的雙絞線；使用同軸電纜則可獲得較高的帶寬：而光纖則能提供更大的數(shù)據(jù)傳輸速率。

環(huán)型網(wǎng)絡(luò)的典型代表是令牌環(huán)局域網(wǎng)。在令牌環(huán)網(wǎng)絡(luò)中，擁有“令牌”的設(shè)備才能在網(wǎng)絡(luò)中傳輸數(shù)據(jù)，以此來保證在某一時間內(nèi)網(wǎng)絡(luò)中只有一臺設(shè)備可以傳送信息。

4.混合型結(jié)構(gòu)

混合型結(jié)構(gòu)就是將上述各種拓撲混合起來的結(jié)構(gòu)，常見的有樹型（總線型結(jié)構(gòu)的演變或者總線和星型的混合）、環(huán)星型（星型和環(huán)型拓撲的混合）等。

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