6.3　网络拓扑结构

网络拓扑结构是指用传输媒体对各种设备进行连接的物理布局，即用什么方式把网络中的计算机等设备连接起来。网络中的计算机等设备要实现互连，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”，它描述了网络设备是如何连接在一起的。目前常见的网络拓扑结构主要有：总线型拓扑结构、环形拓扑结构、星形拓扑结构、混合型拓扑结构和其他拓扑结构等。下面分别对这几种网络拓扑结构一一介绍。

6.3.1总线型拓扑结构

总线型拓扑结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式。也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，各工作站地位平等，无中心结点控制，公用总线上的信息传递方向总是从发送信息的结点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此又称广播式计算机网络。各结点在接收信息时都进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相符，如果相符则接收网上的信息。

这种网络拓扑结构中所有设备都直接与总线相连，它所采用的介质一般是同轴电缆（包括粗缆和细缆），不过现在也有采用光缆作为总线型传输介质的，如ATM网、Cable Modem所采用的网络等都属于总线型网络结构，它的拓扑结构示意图如图6-3所示。

1.总线型拓扑结构的优点

①组网费用低。从示意图中可以看出这样的结构根本不需要另外的互连设备，而是直接通过一条总线进行连接，所以组网费用较低。

②网络用户扩展较灵活。需要扩展用户时只需添加一个交换机即可，但所能连接的用户数量有限。

③维护较容易。单个结点失效不影响整个网络的正常通信。但是如果总线出了问题，则整个网络或者相应主干网段就瘫痪了。

2.总线型拓扑结构的缺点

①一次仅能为一个端用户发送数据，其他端用户必须等待直到获得发送权。

②因为各结点是共用总线带宽的，所以其传输速率会随着接入网络的用户的增多而下降。

③由于共用一条总线，所以要解决两个或多个结点同时向一个结点发送信息的碰撞问题，这对实时性要求较高的场合不太适用。

6.3.2　环形拓扑结构

环形拓扑结构中的各结点通过有源接口连接在一条闭合的环形通信线路中，是点对点式结构。环形网中每个结点对占用环路传送数据都有相同权力，它发送的信息流按环路设计的流向流动。为了提高可靠性，可采用双环或多环等冗余措施来解决。目前的环形结构中采用了一种多路访问部件MAU，当某个结点发生故障时，可以自动旁路，隔离故障点，这也使其可靠性得到了提高。

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”。在这种网络中，“令牌”是在环形连接中依次传递，所用的传输介质一般是同轴电缆。这种拓扑结构网络示意图如图6-4所示。

图6-4只是一个示意图，实际上大多数情况下，这种拓扑结构的网络不会是所有计算机真的要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环的封闭的，因为在实际组网过程中因地理位置的限制不易将环的两端实际连接起来。

1.环形拓扑结构的优点

（1）网络结构简单，投资最小

从其网络结构示意图中可以看出，组成网络的设备除了各工作站就是传输介质（同轴电缆）和一些连接器材，没有价格昂贵的结点集中设备，如集线器和交换机。

（2）传输速率较快

在令牌网中允许达16Mbit/s的传输速率，它比普通的10Mbit/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100Mbit/s的网速，远比16Mbit/s要高。

（3）实时性好，信息吞吐量大

环形网的周长可达200km，结点可达几百个，保证了实时性和信息吞吐量的要求。

2.环形拓扑结构的缺点

（1）适用范围有限

这种网络结构一般仅适用于IEEE 802.5的令牌网（Token Ring Network）。

（2）维护困难

从其网络结构可以看出，整个网络各结点间是直接串联，这样任何一个结点出了故障都会造成整个网络的中断、瘫痪，因而维护起来非常不便。另外，因为同轴电缆所采用的是插针式的接触方式，所以非常容易造成接触不良，致使网络中断，而且其查找起来也非常困难，这一点相信维护过这类网络的人会深有体会。

（3）扩展性能差

环形拓扑结构网络的扩展性能远不如星形拓扑结构网络好，如果要新添加或移动结点，就必须中断整个网络，在环的两端做好连接器才能连接。也正是因为这些原因，这种网络所能实现的功能最为简单，仅能支持一般的文件服务模式。

6.3.3　星形拓扑结构

星形拓扑结构是目前局域网中应用得最为普遍的一种结构，企业网络几乎都是采用这一方式。星形网络几乎是Ethernet（以太网）网络专用，它是因网络中的各工作站结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，各结点呈星状分布而得名。这类网络目前用得最多的传输介质是双绞线，如常见的五类线、超五类双绞线等。它的基本连接图如图6-5所示。

它以中央结点为中心，一个结点向另一个结点发送数据，必须向中央结点发出请求，一旦建立连接，这两个结点之间就有一条专用连接线路，信息传输通过中央结点的存储-转接来完成。这种结构要求中央结点的可靠性很高，否则出现故障就会危及整个网络。

1.星形拓扑结构的优点

（1）容易实现

星形拓扑结构一般采用通用的双绞线，这种传输介质相对来说比较便宜，如目前正品五类双绞线仅为1.5元/米左右，而同轴电缆最便宜的也要2元/米，光缆就更不用说了。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）结点扩展、移动方便

结点扩展时只需从集线器或交换机等集中设备中拉一条线即可，而要移动一个结点只需把相应结点设备移到新结点上即可，而不会像环形网络那样“牵一发而动全身”。

（3）维护容易

一个结点出现故障不会影响其他结点，可任意拆走故障结点。

（4）网络传输数据快

目前的以太网接入速度可达1000Mbit/s～10Gbit/s。

2.星形拓扑结构的缺点

星形拓扑结构的确定在于其采用广播信息传送方式。采用这种方式，任何一个结点发送信息在整个网中的结点都可以收到，其在网络方面存在一定的安全隐患，但这在局域网中使用影响不大。

6.3.4　混合型拓扑结构

混合型拓扑结构是由前面所讲的星形结构和总线型结构的网络结合在一起的网络结构，这样的拓扑结构能更好地满足较大网络的拓展要求，解决星形网络在传输距离上的局限，而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形网络与总线型网络的优点，在缺点方面得到了一定的弥补。布线方式就是我们常见的综合布线方式，混合型网络拓扑结构示意图如图6-6所示。

1.混合型拓扑结构的优点

（1）应用相当广泛

它解决了星形和总线型拓扑结构的不足，满足了大公司组网的实际需求。

（2）扩展相当灵活

它继承了星形拓扑结构的优点。

（3）速度较快

因为其骨干网采用高速的同轴电缆或光缆，所以整个网络在速度上不会受太多的限制。

2.混合型拓扑结构的缺点

（1）较难维护

这主要受到总线型网络拓扑结构的制约，如果总线断了，则整个网络也就瘫痪了，但是如果是分支网段出了故障，则不会影响整个网络的正常运作。另外，整个网络结构非常复杂，维护起来不容易。

（2）支持用户有限

其同样具有总线型网络结构的网络速率会随着用户的增多而下降的弱点。

（3）结点数量有限

由于仍采用广播式的消息传送方式，所以在总线长度和结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。

6.3.5　其他拓扑结构

局域网拓扑结构很多，除了上述几种拓扑结构以外，还有一些其他的拓扑结构，如树形结构和网状结构。这两种结构在实际组网过程中很少用到，这里只做简单介绍。

1.树形结构

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。像总线型结构一样，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。

2.网状结构

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，就构成了网状结构。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ATM局域网使用这种结构。