计算机网络中的资源主要包括硬件资源、软件资源和数据资源。在网络中共享资源通常需要被授予适当的权限。一方面，通信系统为计算机之间的数据传送和资源共享提供了重要的支持；另一方面，由于计算机技术渗透到通信领域中，又极大地提高了通信网络的性能与智能。从用户的角度看，计算机网络可以理解为一个具有透明的数据传输机制和资源共享、协同工作的综合信息处理系统。......
2025-09-30
网络物理拓扑：计算机网络技术基础
【摘要】：图1—23星形网络星形拓扑采用集中式通信控制策略，所有的通信均由中央结点控制。图1—24环形网络环形拓扑结构主要具有以下优点：数据传输质量高。单个结点故障会引起整个网络的瘫痪。环形网平时使用的比较少，主要用于跨越较大地理范围的网络，环形拓扑更适用于网间网等超大规模的网络。图1—25树状拓扑网状拓扑又称为无规则拓扑。
在研究计算机网络拓扑结构的时候，我们可以采用拓扑学中一种研究与大小形状无关的点、线特性的方法，即抛开网络中的具体设备，把工作站、服务器等网络单元抽象为“结点”，把网络中的电缆等通信介质抽象为“线”，这样，从拓扑学的观点来看，计算机网络就变成了点和线组成的几何图形，人们称它为网络的拓扑结构。
网络中的结点有两类：一类是只转接和交换信息的转接结点，它包括结点交换机、集线器和终端控制器等；另一类是访问结点，它包括主计算机和终端等，它们是信息交换的源结点和目的结点。
网络的拓扑类型较多，基本的拓扑类型有以下3种：总线型、星形、环形，如图1—21所示。
图1—21 网络的拓扑结构
1.总线型结构
如图1—22所示，总线型网络是将各个结点用一根总线相连起来。总线网络上的数据以电子信号的形式发送给网络中的所有计算机，但只有计算机地址与信号中的目的地址相匹配的计算机才能接收到。由于所有站点共享一条传输链路，在任何时刻，网络中只有一台计算机可以发送信息，其他需要发送信息的计算机只有等待，直到网络空闲时才能发送信息。这就需要有一种访问控制策略来决定下一次哪个站点可以发送，在总线型网络中，通常采取分布式访问控制策略。
图1—22 总线型网络
数据发送时，发送站将报文分成若干组，然后一个一个地依次发送这些分组，网络较忙时，还要与其他站点的分组交替地在介质上传输。当分组经过各个站点时，目的站点将识别分组地址，然后复制这些分组的内容。在这种结构中，总线仅仅是一个传输介质，通告处理分布在各个站点内进行。
为了消除信号反射，在传输介质的两端需要安装终结器，用于吸收传送到电缆端点的信号。在总线型网络中，传输介质的每一个端点都必须连接到某个器件上，任何开放的缆线端口都必须接入终结器以阻止信号的反射。如果网络中的缆线被分成两部分或者缆线的一端没有连接器件，网络会由于断开部分没有终结器而发生信号反射，使其处于失效的状态，数据通信终止。但此时网络中各个站点计算机仍可作为独立计算机进行工作。
2.星形结构
星形拓扑是由中央结点和与中央结点直接通过各自独立的电缆连接起来的站点组成的，中央结点（交换机或集线器）位于网络的中心，其他站点通过中央结点进行数据通信，如图1—23所示。
图1—23 星形网络
星形拓扑采用集中式通信控制策略，所有的通信均由中央结点控制。一个站点需要传送数据时首先向中央结点发出请求，要求与目的站点建立连接；连接建立完成后，该站点才向目的站点发送数据。由于网络上需要进行数据交换的结点比较多，中央结点必须建立和维持许多并行数据通路，这种集中式传输控制使得网络的协调与管理更容易，但也成为一个潜在的影响网络速度的瓶颈。
3.环形结构
如图1—24所示，环形结构中的各结点是连接在一条首尾相连的闭合环形线路中的。环形网络中的信息传送是单向的，即沿一个方向从一个结点传到另一个结点。由于信息按固定方向单向流动，两个结点之间仅有一条通路，所以系统中无信道选择的问题。在环形网络中，当信息流中的目的地址与环上的某个结点的地址相符时，信息被该结点接收，再根据不同的控制方法决定信息不再继续向下传送或信息继续流向下一个结点，一直流回到发送该信息的结点为止。因此，任何结点的故障均能导致环路不能正常工作。目前已有许多解决这些矛盾的办法，如建立双环结构等。
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图1—24 环形网络
环形拓扑结构主要具有以下优点：
（1）数据传输质量高。由于网络中的中继设备对信号的再生放大，信号衰减得极慢，适合远距离传送数据。
（2）可以使用各种介质。环形网是点到点、一个结点一个结点的连接，可以使用各种网络传输介质，包括光纤。
（3）网络实时性好。每两台计算机之间只有一条通道，数据流向上路径选择简化，运行速度高，可以避免数据冲突。
但其缺点也很明显，主要有以下缺点：
（1）网络扩展困难。由于网络是一个封闭的环，需要扩展网络时，站点的配置比较困难，而删除网络中的站点也不容易。
（2）网络可靠性不高。单个结点故障会引起整个网络的瘫痪。
（3）故障诊断困难。由于单个结点故障会引起整个网络的故障，所以出现故障时需要对每个结点进行检测，以确定故障所在，难度较大。
环形网平时使用的比较少，主要用于跨越较大地理范围的网络，环形拓扑更适用于网间网等超大规模的网络。最常见的采用环形拓扑的网络主要有令牌环网、FDDI（光纤分布式数据接口）网络和CDDI（铜线电缆分布式数据接口）网络。
通常情况下，局域网常采用星形、星形/环形、星形/总线型拓扑结构，而网际互联的拓扑常采用网状结构，如环形或总线型的主干网、分层的星形结构。
此外，网络还有两种拓扑结构：树状拓扑和网状拓扑。
树状拓扑可以看成星形拓扑的扩展，如图1—25所示，在树状拓扑结构中，结点按层次进行连接，信息交换主要在上下结点之间进行，相邻及同层结点之间一般不进行数据交换或数据交换量小。树状拓扑网络适用于汇集信息的应用要求。
图1—25 树状拓扑
网状拓扑又称为无规则拓扑。在网状拓扑中，结点之间的连接是任意的，无规律可言，如图1—26所示。
图1—26 网状拓扑
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