网络通信的拓扑结构详解

1.网络拓扑结构

在网络中，通过传输线路互连的点称为节点，节点也可定义为网络中通向任何一个分支的端点，或通向两个或两个以上分支的公共点。各个节点互连的方式和型式称为网络拓扑。常用的拓扑结构有树形、星形、总线型和环形等，如图7-12所示。

图7-12 网络拓扑结构

（1）树形结构

树形结构在分级分布通信系统中广泛使用。其特点是，通信控制软件比较简单，而且为控制和差错处理提供了一个集中点。结构中处于较高位置的站点控制位于它下面的那些站点的数据通信。同级站点的数据传输要通过上一级站点的转接来实现。当某一级站点发生故障时，它下级站点的通信就会瘫痪，而它上级站点的通信仍能进行，只是不能与该站点进行通信。若一个上级站点连接的下级站点较多，数据通信量较大时。会发生“瓶颈阻塞”问题。

（2）总线型结构

总线型结构是利用总线把所有节点连接起来，其特点是所有站点共享一个公共通信总线，总线不封闭，容易挂接新的站点或摘除旧站点。在主干链路（总线）上，任何时刻只允许两站间进行通信，两个节点间通过总线直接通信，速度快，延迟开销小。某站点发生故障时，对整个系统的影响较小。通信协议简单，但有时会出现争用总线控制权，而降低传输效率的问题。通信总线一旦发生故障，整个通信系统就会瘫痪。为了解决这个问题，通常采用冗余总线。通信介质常使用双绞线、同轴电缆或光纤，特别适用于工业控制领域，是工业控制局域网中常用的拓扑结构。

（3）星形结构

星形结构是以中央节点为中心与各个节点连接组成，网络中任何两个节点要进行通信都由中央控制站点控制并转换。其特点是：结构简单、控制容易、数据流向明确、便于程序集中开发和资源共享。但由于中央控制站点负责整个系统的数据交换，存在着“瓶颈阻塞”和“危险集中”两大问题。如果采用冗余中央控制站点的方法来解决，则会增加系统的复杂程度和成本。在小系统、通信不频繁的场合可以使用。上位计算机（也称主机、监控计算机、中央处理机）通过点到点的方式与各现场处理器（也称从机、下位机）进行通信就是一种星形结构。星形结构可使用双绞线为传输介质。

（4）环形结构(www.xing528.com)

环形结构是环形网中各个节点首尾顺序连接形成。一个环在多数情况下，信息是以一个方向在环上从源点传递到目的点。每个站都是通过一个中继器连接到网络上，数据以分组形式发送，由于多节点共用一条环线，需对此进行控制，以决定每个站什么时候可把信息放在环上发送，每个节点都有控制发送和接收的访问逻辑，环形网络常用传输速率高达10Mbit/s的双绞线作为传输介质。其特点是：结构简单、挂接或摘除节点容易、安装费用低。每个站点的任务就是接收相邻上一站点发送的数据，然后把数据发送到相邻的下一个站点上。各站点之间可采用不同的传输媒体和不同的传输速度。在数据通信频繁的场合，它的传输效率比较高。但某个站点发生故障会阻塞信息通路，可靠性较差，节点较多时会影响传输效率。

2.介质访问控制

介质访问控制也称传输控制，是指对网络通道占有权的管理和控制。常用的有CSMA/CD、Token Bus、Token Ring等。

（1）CSMA/CD

CSMA/CD是一种总线争用协议，它一般用于总线网，每个站都能独立地决定帧的发送。如两个站或多个站同时发送，即产生冲突，同时发送的所有帧都会出错。每个站必须有能力判断冲突是否发生，如发生冲突，则应等待随机时间间隔后重发，以避免再次发生冲突。

（2）Token Ring

令牌环由一组用传输介质串联成一个环的站组成，环中有一个令牌在循环传送。任何一个站要发送数据，都必须等待循环的令牌通过该站。令牌是一种特殊的位组合，是一种发送权标志，如其形式可为01111111，表示空令牌。希望发送数据帧的站等到空令牌来后，将空令牌改成忙令牌，其形式为01111110，然后紧接着传送数据帧。数据信息一个比特接一个比特地附加到环上，环上信息从一站到下一站地环行。所寻址的目的站在信息经过时复制此信息，最后由发送该信息的站从环上撤除此信息，并将忙令牌改为空令牌，传至后面的站，使之获得发送权。

（3）Token Bus

CSMA/CD介质访问控制采用总线争用方式，具有结构简单、在轻负载下延迟小等优点，随着负载的增加，冲突概率增加，性能明显下降；令牌环访问控制在重负载下利用率高，性能对传输距离不敏感且公平访问，但环形网结构复杂并存在检错能力和可靠性差等问题。令牌总线介质访问控制（Token Bus）是在综合上面两种介质访问控制的优点的基础上形成的一种介质访问控制方法。