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2023-11-25
局域网拓扑结构设计-网络工程与设计
【摘要】：逻辑拓扑结构指计算机网络中信息流动的逻辑关系，物理拓扑结构指计算机网络各个组成部分之间的物理连接关系。同一网络的逻辑拓扑结构和物理拓扑结构可能相同，也可能不同。局域网的拓扑结构决定了局域网的工作原理和数据传输方法，一旦选定一种局域网的拓扑结构，则同时需要选择一种适合于该拓扑结构的局域网工作方法和信息的传输方式。目前，局域网的拓扑结构主要有星形、环形、总线型以及网状等。图3-4 网状拓扑结构
拓扑学（Topology）是一种研究与大小、距离无关的几何图形特性的方法。在计算机网络中，采用拓扑的方法，抛开网络中的具体设备，把工作站、服务器等网络设备抽象为“点”，把网络中的传输介质抽象为“线”，这样从拓扑学的观点看计算机网络系统，就形成了由点、线组成的几何图形，我们称这种采用拓扑学方法抽象出的网络结构为计算机网络的拓扑结构。
局域网的拓扑结构有逻辑拓扑结构和物理拓扑结构之分。逻辑拓扑结构指计算机网络中信息流动的逻辑关系，物理拓扑结构指计算机网络各个组成部分之间的物理连接关系。具有相同逻辑拓扑结构的计算机网络可以具有不同的物理拓扑结构；具有相同物理拓扑结构的计算机网络可以具有不同的逻辑拓扑结构。同一网络的逻辑拓扑结构和物理拓扑结构可能相同，也可能不同。
局域网的拓扑结构决定了局域网的工作原理和数据传输方法，一旦选定一种局域网的拓扑结构，则同时需要选择一种适合于该拓扑结构的局域网工作方法和信息的传输方式。目前，局域网的拓扑结构主要有星形、环形、总线型以及网状等。
1.总线型拓扑结构
使用总线拓扑（Bus Topology）的网络采用单根传输线作为传输介质，局域网所有的站点都通过相应的硬件接口直接连接到一条作为公共传输介质的总线上，其拓扑结构如图3-1所示。
作为总线的通信连线可以是同轴电缆、双绞线，也可以是光纤、无线介质。目前，10BASE-T、100BASE-T使用这种拓扑结构。它仅仅支持一种信道，每个工作站结点共享总线的全部容量。网络中的每个工作站结点都能接收在总线上传输的数据，因此它又可以看成一种端到端的拓扑结构，使用这种结构必须解决的一个问题是确保各工作结点在发送数据时不能出现冲突，因此研究人员开发了一种在总线共享型网络使用的媒体访问控制方法：带有冲突检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）。
图3-1 总线型拓扑结构
在总线型结构中，单根总线作为数据通信必经的信号线的负载能力是有限的，这也是由通信介质本身的物理性能决定的，这就限制了总线型结构网络中工作站结点的个数。如果工作站结点的个数超出了总线负载能力，就需要延长总线的长度，并加入相当数量的附加转接部件，使总线负载达到负载要求。
树形结构是总线型的延伸，它是一个分层分支的结构。一个分支和结点故障不影响其他分支和结点的工作。像总线结构一样，它也是一种广播式网络。任何一个结点发送的信息，其他结点都能接收。此种结构的优点是在原网上易于扩充，但缺点是线路利用率不如总线型结构高。
总线拓扑的优点是：电缆长度短，易于布线和维护；结构简单，传输介质又是无源元件，从硬件的角度看，十分可靠。总线拓扑的缺点是：因为总线拓扑的网不是集中控制的，所以故障检测需要在网上的各个站点上进行；在扩展总线的干线长度时，需重新配置中继器、剪裁电缆、调整终端器等；总线上的站点需要介质访问控制功能，这就增加了站点的硬件和软件费用。
2.星形拓扑结构
在星形拓扑（Star Topology）结构中，网络中的各结点都连接到一个中心设备上，由该中心设备向目的结点传送信息，其拓扑结构如图3-2所示。(www.chuimin.cn)
图3-2 星形拓扑结构
在星形网中，可以在不影响系统其他设备工作的情况下，非常容易地增加和减少设备。星形拓扑的优点是：利用中央结点可方便地提供服务和重新配置网络；单个连接点的故障只影响一个设备，不会影响全网，容易检测和隔离故障，便于维护；任何一个连接只涉及中央结点和一个站点，因此控制介质访问的方法很简单，从而访问协议也十分简单。星形拓扑的缺点是：每个站点直接与中央结点相连，需要大量电缆，因此费用较高；如果中央结点产生故障，则全网不能工作，所以对中央结点的可靠性和冗余度要求很高。
3.环形拓扑结构
在环型拓扑（Ring Topology）结构中，网络中的结点通过点到点链路与相邻结点连接，构成闭合的环型，环中数据沿着一个方向绕环逐站传输，其拓扑结构如图3-3所示。
图3-3 环形拓扑结构
环形网络的一个典型代表是令牌环局域网，它的传输速率为4Mbit/s或16Mbit/s，这种网络结构最早由IBM推出，但现在被其他厂家采用。在环型网络中，信息在环中沿着每个结点单向传输，因此，环中任何一段的故障都会使各站之间的通信受阻，网络失效。其优点是各站点容易协调，易检测网络的运行状况。
4.网状拓扑结构
在一组结点中，将任意两个结点通过物理信道连接成一组不规则的形状，就构成网状结构（如图3-4所示）。利用专门负责数据通信和传输的结点构成的网状网络，入网设备直接接入结点机进行通信。网状网络通常利用冗余的设备和线路来提高网络的可靠性，因此，结点机可以根据当前的网络信息流量有选择地将数据发往不同的线路。它的优点是最大限度地提供了专用带宽；缺点是造价高，结构较复杂，目前在ATM局域网中使用这种结构。
图3-4 网状拓扑结构
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