计算机网络的拓扑结构与通信

拓扑（topology）学是一种研究与大小、距离无关的几何图形特性的方法。“网络拓扑结构”是由网络节点设备和通信介质通过物理连接所构成的逻辑结构图。网络拓扑结构是从逻辑上表示网络服务器、工作站的网络配置和互相之间的连接方式和服务关系。在选择择拓扑结构时，主要考虑的因素有：不同设备所担当的角色（或者设备间服务的关系）、各节点设备的工作性能要求、安装的相对难易程度、重新配置的难易程度、维护的相对难易程度、通信介质发生故障时受到影响的设备的情况。

计算机网络常用的几种拓扑结构如图1-3所示。

图1-3　计算机网络的拓扑结构

1．星形拓扑结构

星形拓扑结构（star topology）又称集中式拓扑结构，是因集线器或交换机连接的各节点呈星状（也就是放射状）分布而得名。在这种拓扑结构的网络中有中央结点（集线器，或交换机），其他节点（工作站、服务器）都与中央结点直接相连。星形拓扑结构是目前应用最广、实用性最好的一种拓扑结构，这主要是因为它非常容易实现网络的扩展。无论在局域网中，还是在广域网中都可以见到它的身影，但其主要还是应用于有线以太局域网中。

星型网络具有结构简单、便于管理、集中控制、故障诊断和隔离容易等优点，但共享能力较差，通信线路利用率不高，中心节点一旦出现故障会造成整个网络的瘫痪。

2．环形拓扑结构

环形拓扑结构（ring topology）是由节点和连接节点的通信线路组成的一个闭合环，环形网络中信息是按一定方向从一个节点传输到下一个节点，形成一个闭合环流，环形信道是一种广播式信道，可采用令牌控制方式控制各个节点发送和接收信息。环形拓扑结构在城域网和传输网中有较多应用。

环形网络具有网络路径选择效率高、网络组建和冗余实现简单等优点。但也存在着实现成本较高，扩充不方便，存在节点瓶颈等缺点。

3．总线型拓扑结构(www.xing528.com)

总线型拓扑结构（bus topology）网络中所有设备通过连接器并行连接到一条传输电缆（通常称之为中继线、总线、母线或干线）上。总线型结构网络所采用的传输介质一般为同轴电缆（包括粗同轴电缆和细同轴电缆，也有采用光纤的）。

总线型拓扑结构的网络具有结构简单、便于扩充、无源工作、需要设备和电缆数量少、价格低廉等优点。缺点主要有故障诊断和定位困难。

4．树形拓扑结构

树形拓扑结构（tree topology）也称为多级星形结构，它的形状像一棵倒置的树，顶端是树根，树根以下带分支，每个分支还可再带分支，如图1-3（d）所示。各节点按层次进行连接，信息交换主要在上、下节点之间进行，相邻及同层节点之间一般不进行数据交换或数据交换量较少。树形网是一种分层网，一般一个分支和节点的故障不影响另一分支和节点的工作，任何一个节点送出的信息都可以传遍整个网络站点，是一种广播式网络。一般树形网上的链路具有一定的专用性，无须对原网做任何改动就可以扩充工作站。

树形拓扑结构具有易于扩展、故障隔离容易等特点，如果某一分支的节点或线路发生故障，很容易将故障分支与整个系统隔离开来。但是，各个节点对根节点的依赖性大，如果根节点发生故障，则全网不能正常工作。

5．网状拓扑结构

网状拓扑结构（mesh topology）又称无规则型拓扑结构。在这种结构中，各节点之间通过传输介质彼此互联，构成一个网状结构。网状拓扑结构又有“全网状结构”和“半网状结构”两种。所谓“全网状结构”就是指网络中任何两个节点间都是相互连接的。而所谓的“半网状结构”是指网络中并不是每个节点都与网络的其他所有节点连接，可能只是一部分节点间有互联。所以网状拓扑结构的布线是相当复杂的，布线成本也非常高，因为每个节点要用多条电缆与其他节点依次连接。网状拓扑结构主要用于广域网中，这时它们连接的不再是终端用户PC 节点，而是网络设备结点，如网络中的交换机、路由器等设备。广域网中采用网状拓扑结构的主要目的就是通过实现链路或路由线路的冗余，提高网络的可靠性。当然，一般不会在整个广域网中而只是在骨干网络中采用这种拓扑结构。

网状拓扑结构具有较高的可靠性，因为这种拓扑结构中各节点的连接存在冗余线路，任何单一连接线路中断都不会影响网络的整体连接。但其结构复杂，配置也很复杂，实现起来成本可能很高（特别在广域网环境），也不易管理、维护和进行网络扩展。同样，由于节点间存在多条冗余线路，导致容易出现路由环路，或者二层环路（如果连接的结点是交换机），路由配置复杂。

6．混合型拓扑结构

将总线型、星形、环形、树形等拓扑结构混合起来，取其优点构成的拓扑结构称为混合型拓扑结构。混合型网络结构是目前局域网，特别是分布型大中型局域网中应用最广泛的网络拓扑结构，它可以解决单一网络拓扑结构的部分性能限制。