网络系统拓扑结构-《计算机网络—原理、技术与应用》

1.网络拓扑结构

拓扑（Topology）的概念是由图论中的相关概念演变而来，是一种研究与大小、形状无关的点、线、面特点的数学方法。所谓网络拓扑结构，是指以拓扑系统的方法来研究计算机网络的结构。在计算机网络中，抛开网络中的各种具体的设备，把工作站、服务器、网络连接器等网络结点的实体抽象为“点”，把网络中的通信介质抽象为“线”。从拓扑学的观点看网络系统，就抽象出了网络系统的具体化的结构，形成“点”与“线”组成的几何图形关系，形成了网络的拓扑结构。

网络拓扑结构分：总线型、星形、环形、树形与网状（全互连形、不规则形）结构5种。

2.网络拓扑结构

（1）星形结构

星形结构由一个功能较强的转接中心及连到中心的从结点组成。各从结点之间不能直接进行通信，结点之间的通信必须经过转接结点来实现。星形结构如图1-7a所示。

图1-7 网络拓扑结构图

a）星形 b）树形 c）总线型 d）环形 e）网状-不规则形 f）网状-全互连形

星形结构有两类，一类是转接中心仅起到为各从结点连通的功能，另一类为转接中心是一个功能很强的计算机，并具有转接和数据处理的双重功能；第二类转接中心也可成为从结点的共享资源地，转接中心也可按存储转发方式工作。

（2）树形结构

联网结点以树形方式组成，如图1-7b所示。每个结点都为网络设备或计算机，越靠近树根的结点，其处理能力越强。树形结构（或称层次结构）如仅有两级，即变为星形结构。

（3）总线型结构

总线型结构是由一条公用总线连接若干结点所形成的网络，如图1-7c所示。总线型网络采用广播通信方式，即由一个结点发出的信息可被网络上的所有结点所接收。因多个结点连到一条公用总线上，所以必须采取一种网络介质访问的规程来分配信道，以保证在一段时间内，只允许一个结点传输信息。

总线型结构中，作为数据通信必经之路的总线，其负载能力是有限的，负载能力大小由通信介质本身物理性能决定，所以总线型结构网络中结点的个数是有限的。

（4）环形结构

环形结构由通信线路将各个结点连接成一个闭合的环。数据在环上实施单向的流动，每个结点按位转发所经过的信息，使用令牌控制协调各结点的发送，任意两结点都可通信。如图1-7d所示。

（5）网状结构

网状结构分为两种。其一，点—点部分连接的不规则形。结点之间是否用点—点线路专线连接，要依据其间信息流量及网络所处地理位置确定。如某些结点间的通信可由其他结点中继转发且不太影响网络性能，则无必要直接互连。当地域范围很大且结点数目较多时，通常多采用部分结点连接的任意拓扑结构，如图1-7e所示。其二，点—点全连接结构。这种结构，每一结点与网上其他所有结点都有通信线路连接，其优点是无需路由选择，通信迅速，但网络连接复杂，成本较高，如图1-7f所示。

3.计算机网络分类(www.xing528.com)

在对计算机网络拓扑分析的基础上，通常也对计算机网络进行分类。分类是为了从不同角度观察、研究和应用网络，以便能全面了解各种网络特性，为网络的规划设计及工程实施、运行管理及应用部署提供理论原则和工程依据。通常，从广义计算机网络的范畴分析，一个具体的计算机网络可能会属于多种分类。

（1）按网络覆盖的地域范围划分

网络按所覆盖的地理范围可将其分为3种：

1）局域网（LocalAreaNetwork，LAN）。局域网是指在一定范围内使各种数据设备互连在一起，其作用范围一般为几十米到数千米内可进行数据通信的计算机网。局域网可按照多种方法再行分类，如按网络所采用传输媒质分，按网络拓扑结构分，按信息传输方法分和按网络介质访问方法分。所谓介质访问方法，即传输介质访问的策略，也称为网络控制方法。它是指如何控制网络中节点之间的信息传输。

局域网是在小型计算机和微型计算机大量推广使用后逐步发展起来的，其组网方便、成本低，建网周期短、见效快、应用广、使用灵活，易于发挥与增强网络功能。

局域网主要特点：①较高的通信速率。目前局域网通信传输率通常在0～10000Mbit/s。②较好通信质量。数据传输误码率低，通常为每传送10⁸～10¹²位可能错1位。③支持多种通信传输介质。如同轴电缆、双绞线、光缆和无线（无线电、红外线等），并可利用现有通信线路。④支持简单的点对点通信或多点通信方式。允许低速、高速的各种外部设备或不同型号计算机接入网络，实现点对点或多点之间的通信，使网络资源得到充分发挥。⑤信号传输方式为基带传输。所谓基带传输方式指网络传输的是没有经过改变的“0”、“1”数字信号。在基带传输中，媒体通信频带全部被一路信号所占用，即只有一个信道。当局域网采用星形或总线型的拓扑结构时，这时该种局域网络称为以太网。

2）广域网（Wide Area Network，WAN）。广域网范围一般为覆盖几十到几千千米。广域网是相对于局域网而言的，一般指网络节点之间在地理位置上跨距较大，如跨城市或跨地区。广域网通常由若干计算机子网（局域网）或网络工作站、或主机以及公用通信线路所构成。

3）城域网（Metropolitan Area Network，MAN）。城域网的作用范围通常在WAN与LAN之间，其运行方式可选WAN或LAN。

（2）按通信传输方式划分

根据该种方式，网络又可划分为两种：点对点传播方式与广播式传播方式。点对点传播方式的网是以点对点的连接方式，将各个计算机连接起来，拓扑结构有：星形、树形、环形和网状；广播式传播方式的网络是用一个共同的传输介质把各计算机连接起来，拓扑结构有：以同轴电缆方式连接起来的总线型网络或以星形方式连接的网络。

（3）按网络控制方式划分

按网络所采用的控制方式，可将计算机网络分为集中式和分布式两种网络形式。

集中式网络的控制功能集中在一个或几个结点上，所有信息流都必须经过这些结点。因此，这些结点成为网络的控制中心，而其他结点则较少控制能力。星形网络和树形网络都是集中式网络，集中式网络的主要优点是实现简单。

分布式网络不存在一个控制中心，网络中任一个结点至少和另外两个结点相连，信息从一个结点到达另一个结点时可能有多条路径，同时，网络中的各个结点都以平等的地位相互协调工作和交换信息，并能够共同完成一个任务，分组交换、网状形网络属于分布式网络。分布式网络具有信息处理的分散性、高可靠性、可扩充性等优点，是计算机网络的发展方向。目前大多数广域网的主干网已做成分布式方式，采用高通信速率，提高网络性能。而对大量非主干网，为降低成本，仍采用集中式和采用较低通信速率。

（4）按网络应用环境划分

根据网络运行环境的不同，计算机网络主要可分为部门网、企业网（或园区网）两种。

部门网：部门网络一般局限于一个部门或几个大楼内建立。网络的规模通常由几个到几十个工作站、一个到多个服务器以及可共享的打印机等外设组成。在大型企业网和校园网中，通常包含多个部门网络，它们通过网桥、路由器或其他方式互连。部门网络中的信息一般在部门内流动，只有少量的信息流跨越部门网到其他的网中进行交换。部门网络规模较小但技术成熟，网络管理也比较简单。目前部门网络最流行的是以太网，传输速率在10～1000 Mbit/s，能满足高速和大容量的信息流通和交换的需要。

企业网：一般指能覆盖整个企业、公司、大型商场或某些机构（如银行系统）的网络。它通常包含若干地理上分散的子公司、分厂或分支机构。企业网络通常由两级网络构成，其底层是部门网络，高层则是互连部门网络的主干网络。主干网上载有整个企业重要信息资源。特大型企业或机构还通过广域网将各地企业主干网连接起来。企业网不仅规模大，而且拥有多种类型的网络，配置大量硬件和软件，成为现代企业活动的神经中枢。企业网管理较复杂，需配备专门网管人员管理与维护网络。与企业网形式及功能相类似的还有校园网、社区网等。