计算机网络拓扑结构：星型、环型、总线型及复合型

2023-11-04 理论教育版权反馈

【摘要】：目前，常见的网络拓扑结构主要有四大类：星型结构、环型结构、总线型结构及星型和总线型结合的复合型结构。在星型拓扑结构中，中央节点为集线器，其他外围节点为服务器或工作站，通信介质为双绞线或光纤。总线型结构在局域网中得到了广泛的应用，这种拓扑结构的网络有以下特点。这种网络拓扑结构的最大缺点是一次仅能由一个端用户发送数据，而其他端用户必须等待，直到获得发送权为止。

网络中的计算机等设备要实现互联，就需要以一定的结构方式进行连接，这种连接方式就叫作拓扑结构。目前，常见的网络拓扑结构主要有四大类：星型结构、环型结构、总线型结构及星型和总线型结合的复合型结构。

1.星型结构

星型拓扑结构由中央节点和通过点到点链路连接到中央节点的各节点组成。这种结构是目前在局域网中应用最为普遍的一种，在企业网络中几乎都是采用这一方式。星型网络几乎是以太网（Ethernet）网络专用，它是因网络中的各工作站节点设备通过一个网络集中设备（如集线器或者交换机）连接在一起，各节点呈星状分布而得名的。

在星型拓扑结构中，中央节点为集线器，其他外围节点为服务器或工作站，通信介质为双绞线或光纤。由于所有节点往外传输都必须经过中央节点来处理，因此，网络对中央节点的要求比较高。

星型拓扑结构信息传输的过程为：某一工作站有信息发送时，将向中央节点申请，中央节点响应该工作站，并为该工作站与目的工作站或服务器建立会话。此时，就可进行无延时的会话了。

这种星型的网络拓扑结构如图1-4所示。

星型结构网络的基本特点如下。

（1）比较容易实现。它采用的传输介质一般都是通用的双绞线，这种传输介质相对来说比较便宜。这种拓扑结构主要应用于IEEE 802.2、IEEE 802.3标准的以太局域网中。

（2）节点扩展、移动方便。节点扩展时只需要从集线器或交换机等集中设备中拉一条线即可，而要移动一个节点只需要把相应节点设备移到新节点即可，不需要像环型网络那样“牵其一而动全局”。

（3）维护起来很方便。一个节点出现故障不会影响其他节点的连接，可任意拆走故障节点。

（4）采用广播信息传送方式。任何一个节点发送信息在整个网中的节点都可以收到，这在信息保密方面存在一定的隐患，但在局域网中使用影响不大。

（5）网络传输数据快。这一点从目前最新的100Mb/s～10Gb/s以太网接入速度可以看出。

2.环型结构

环型拓扑结构是一个像环一样的闭合链路，所有的通信共享一条物理通道，即连接网中所有节点的点到点链路。这种结构的网络形式主要应用于令牌网中，在这种网络结构中，各设备是直接通过电缆来串接的，最后形成一个闭环，整个网络发送的信息就是在这个环中传递，通常把这类网络称为“令牌环网”。这种环型的网络拓扑结构如图1-5所示。

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图1-4　星型结构

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图1-5　环型结构

如图1-5所示只是一种示意图，实际上在大多数情况下，这种拓扑结构的网络不会是所有计算机真的连接成物理上的环形。一般情况下，环的两端是通过一个阻抗匹配器来实现封闭的，因为在实际组网过程中因地理位置的限制，不一定真的做到环的两端物理连接。

环型结构网络的基本特点如下。

（1）这种网络结构一般仅适用于IEEE 802.5的令牌网，在这种网络中，“令牌”在环型连接中依次传递，所用的传输介质一般是同轴电缆。

（2）这种网络实现非常简单，投资最小。可以从其网络结构示意图中看出，组成这个网络除了各工作站就是传输介质——同轴电缆，以及一些连接器材，没有价格昂贵的节点集中设备，如集线器和交换机。但也正因为这样，这种网络所能实现的功能最为简单，仅能当作一般的文件服务模式。

（3）传输速度较快。在令牌网中允许有16Mb/s的传输速度，它比普通的10Mb/s以太网要快许多。当然随着以太网的广泛应用和以太网技术的发展，以太网的速度也得到了极大提高，目前普遍都能提供100Mb/s的网速，远比16Mb/s要高。(www.chuimin.cn)

（4）维护困难。从其网络结构可以看到，整个网络中各节点间是直接串联的，一方面任何一个节点出了故障都会造成整个网络的中断、瘫痪，维护起来非常不便；另一方面因为同轴电缆采用的是插针式的接触方式，所以非常容易造成接触不良、网络中断等故障，而且排查起来非常困难。

（5）扩展性能差。环型的结构决定了它的扩展性能远不如星型的结构好，如果要新添加或移动节点，就必须中断整个网络。

3.总线型结构

总线型拓扑结构采用单根数据传输线作为通信介质，所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到通信介质上。总线型网络结构中的节点为计算机服务器或工作站，通信介质为同轴电缆。总线型网络的拓扑结构如图1-6所示。

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图1-6　总线型结构

由于所有的节点共享一条公用的传输链路，所以一次只能由一个设备传输，这样就需要某种形式的访问控制策略来决定哪一个节点可以发送。一般情况下，总线型网络采用载波监听多路访问/冲突检测（CSMA/CD）控制策略。

总线型网络信息传输的过程为：发送时，发送节点对报文进行分组，然后一次一个地址依次发送这些分组，有时要与其他工作站传来的分组交替地在通信介质上传输。当分组经过各节点时，目标节点将识别分组的地址，然后将属于自己的分组内容复制下来。

总线型结构在局域网中得到了广泛的应用，这种拓扑结构的网络有以下特点。

（1）组网费用低。从图1-6中可以看出，这样的结构根本不需要另外的互联设备，它直接通过一条总线进行连接，所以组网费用较低。

（2）这种网络中的各个节点是共用总线带宽的，所以在传输速度上会随着接入网络用户数的增多而出现下降。

（3）这种拓扑结构的网络用户扩展较灵活。需要扩展用户时只需要添加一个接线器即可，但所能连接的用户数量有限。

（4）维护起来较容易。单个节点失效不影响整个网络的正常通信。但是如果总线一断，则整个网络或者相应主干网段就断了。

（5）这种网络拓扑结构的最大缺点是一次仅能由一个端用户发送数据，而其他端用户必须等待，直到获得发送权为止。

4.混合型拓扑结构

混合型网络拓扑结构是由前面所讲的星型结构和总线型结构的网络结合在一起的网络结构，这样的拓扑结构更能满足较大网络的拓展，解决星型网络在传输距离上的局限，同时又解决了总线型网络在连接用户数量上的限制。这种网络拓扑结构同时兼顾了星型网络与总线型网络的优点，并在缺点方面得到了一定的弥补。

混合型网络拓扑结构主要用于较大型的局域网中，如果一个公司有几栋在地理位置上分布较远的建筑物（当然是同一小区中），如果单纯用星型网络来组建整个公司的局域网，因受到星型网络传输介质双绞线的单段传输距离（100m）的限制很难成功；如果单纯采用总线型结构来布线，则很难承受公司的计算机网络规模的需求。结合这两种拓扑结构，在同一栋楼层采用双绞线的星型结构，而不同楼层采用同轴电缆的总线型结构，在楼与楼之间也采用总线型结构。传输介质视楼与楼之间的距离而定，如果距离较近（500m以内）可以采用粗同轴电缆作为传输介质，如果在180m之内可以采用细同轴电缆作为传输介质，但是如果超过500m则只能采用光缆或者粗缆加中继器了。这种布线方式就是常见的综合布线方式。混合型拓扑结构网络的基本特点如下。

（1）应用广泛。这主要是因为这种拓扑结构解决了星型和总线型拓扑结构的不足，满足了较大范围组网的实际需求。

（2）扩展灵活。这主要是继承了星型拓扑结构的优点。但由于仍采用广播式的消息传送方式，所以在总线长度和节点数量上也会受到限制，不过在局域网中不存在太大的问题。

（3）速度较快。因为其骨干网采用高速的同轴电缆或光缆，所以整个网络在传输速度上不会受太多的限制。

（4）较难维护。这主要受到总线型网络拓扑结构的制约，如果总线断，则整个网络也就出现瘫痪，但是如果是分支网段出了故障，则仍不影响整个网络的正常运行。

（5）这种拓扑结构的网络数据传输速率会随着用户的增多而下降。

计算机网络拓扑结构：星型、环型、总线型及复合型

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