淺析網絡拓撲結構及應用

袁芳

摘要文章通過對計算機網絡拓撲結構的概念、分類、特點的介紹，在分析其復雜網絡結構的基礎上，探討出各種計算機網絡拓撲結構模型的優缺點也及其在實際應用范圍，提高網絡系統設計的可靠性、安全性。

關鍵詞網絡拓撲應用計算機網絡計算機網絡是現代通信技術與計算機技術相結合的產物。所謂計算機網絡，就是把分布在不同地理區域的計算機與專門的外部設備用通信線路互連起來，從而使眾多的計算機相互之間可以進行信息的傳遞，共享彼此的硬件、軟件、數據信息等資源。

網絡拓撲結構就是指用傳輸媒體把計算機等各種設備互相連接起來的物理布局，是指互連過程中構成的幾何形狀，它能表示出網絡服務器、工作站的網絡配置和互相之間的連接。網絡拓撲結構可按形狀分類，分別有：星型、環型、總線型、樹型、總線/星型和網狀型拓撲結構。

1 星型拓撲結構

如果把網絡中的計算機終端看成每一個結點的話，星型拓撲結構的布局與其他拓撲結構的不一樣，它由中央結點和周圍結點相連而組成。結構是以中央結點為中心，周圍有各結點，這些結點與中央結點相連接，形成一個星形方式。中央結點與各結點通過點對點方式連接，中央結點執行集中式通信控制策略，所以相對來講中央結點在整個網絡系統中承擔了相當繁重的任務，系統對中央結點的配置就會有相當高的要求，通常情況為了保證網絡通訊的正常，會另外配置一臺一模一樣的計算機作為中央結點的備份。最常見的星型拓撲結構如圖1所示。

如果按星型拓撲結構來進行組網，網絡中任何兩個結點計算機要進行通信都必須通過中央結點來進行控制。那么能成為中央結點的這臺計算機必須具有以下三個方面的主要功能：（1）對要進行通信的雙方進行通信可能性的判斷，并為雙方建立通信物理連接；（2）保證雙方通信過程中這一通路完全暢通；（3）在通信結束或通信不成功時，可以及時拆除通道。

星型拓撲結構作為最早使用的一種網絡構成方式，目前也算是使用率最高且使用面最廣的一種組網方式。綜合地說，星型拓撲結構具有以下特點：（1）網絡結構相對簡單，集中控制易于維護，容易實現組網；（2）網絡延遲時間短，傳輸誤碼率低；（3）網絡共享能力較差，通信線路利用率不高，中央節點負擔過重；（4）可同時連雙絞線、同軸電纜及光纖等多種媒介。

2 環型拓撲結構

一般情況下我們把環形拓撲結構中的計算機稱為環路接口，環形網中各環路接口采取首尾相連的方式，形成閉合環形通信線路，數據會沿著一個方向在這個環路上進行傳輸。位于這個環路上任何結點所發送的請求如果被通過就可以向環路發送信息。深入分析這條環線的特點，由于位于這條環線上的結點計算機公用，所以只要其中一個結點發送的信息都會經過環中所有的環路接口。發送的信息流中含有的目的地址與環上某環路接口地址相符時，此信息就被該目的結點的環路接口所接收，信息到此不會自動消失，而是會繼續傳至下面所有的環路接口，直至傳回到發送該信息的環路接口結點為止。目前使用的環形網中的數據可以進行單向和雙向傳輸。最常見的環形拓撲結構如圖2所示：

環形網的特點是：（1）信息依靠兩個相鄰的環路接口沿固定方向傳送；（2）某個結點都有自舉控制的功能；（3）由于信息會經過環路上的所有環路接口，當環路過多時就會影響數據傳輸效率，網絡響應時間變長；（4）一環扣一環的連接方式會讓其中一個環路接口的故障造成整個網絡的癱瘓，增加維護難度；（5）由于環路是封閉的，所以擴充不方便。

環形網也是微機局域網常用拓撲結構之一，適合信息處理系統和工廠自動化系統。1985年IBM公司推出的令牌環形網（IBM Token Ring）是其典范。在FDDI得以應用推廣后，這種結構也廣泛得到采用。

3 總線拓撲結構

總線拓撲結構是用一條電纜把所有節點計算機相互之間以線性方式連接起來的布局方式，這條重要的電纜也就是總線，位于總線上的各個結點計算機地位相等。最常見的總線形拓撲結構如圖3所示：

在采用總線拓撲結構構建的網絡中，所有網上計算機都通過相應的硬件接口直接連在這條總線上，任何一個結點發出的信息都會沿著這條總線同時向兩個方向進行傳播，位于這條總線中任何一個結點計算機都能夠接收信息，但只有目的結點才會從總線上把需要的信息拷貝下來。由于信息的傳播方式是同時向四周傳播，類似于廣播電臺的功能，所以我們又把總線式網絡稱為廣播式網絡。總線的負荷能力較強，但不能超出它的負荷范圍；另外還要注意總線不能無限制延長，而且在這條總線上的結點數量也是有限的。

總線拓撲結構的特點主要有：（1）結構簡單，數據入網靈活，便于擴充；（2）不需要中央結點，不會因為一個結點的故障而影響其他結點數據的傳輸，故可靠性高，網絡響應速度快；（3）所需外圍設備少、電纜或其他連接媒體相對價格低，安裝也很方便；（4）由于發送信息的方式采用的是廣播式的工作方式，所以共享資源能力強。

為了解決干擾問題，我們在總線兩端連接端結器，主要為了與總線進行阻抗匹配，最大限度吸收傳送端部的能量，避免信號反射回總線時產生不必要的干擾。

4 樹形拓撲結構

樹形結構它是在總線網的基礎上把整個電纜連接成樹型，樹枝分層每個分支點都有一臺計算機（如圖4）。樹形網采用分層控制，沿著這棵樹的結構可以很迅速地找到相應的分支和結點路徑進行信息廣播。樹形拓撲結構具有一些優勢。具有布局靈活，可擴展性好的特點，而且其容錯能力較強，當頁結點出現故障時，不會影響其他分支結，這一優點為工作提供了不少便利。但還是明白的是：除了葉節點及其相連的線路外，其他部分的工作還是會受影響的。

5 總線/星型拓撲結構

總線/星型拓撲結構就是總線型和星型的一種組合方式，內層的網絡采用總線型，用一條或多條總線把計算機等設備連接起來，每一組以總線方式相連的小網絡又呈星型分布。總線材料一般采用同軸電纜，星型傳輸媒體可使用價格比較便宜的雙絞線。采用這種總線/星型拓撲結構，既解決了總線型拓撲結構連接用戶數量上的限制，又解決了星型拓撲結構在傳輸距離上的限制，很好地吸收了兩者的優點，又彌補了雙方的缺點。

6 網狀拓撲結構

前面的幾種網絡拓撲結構主要用于構建小型的局域網性質的網絡，當面對一些大型網絡的構建時，一般采用的就是網狀拓撲結構了。同樣，網狀拓撲結構也是一種組合型拓撲結構，它是將多個利用前面介紹的拓撲結構組成的子網或局域網連接起來而構成。網狀拓撲結構一般用于Internet骨干網上，使用路由算法發送數據的最佳路徑。但在實際應用中，是根據具體需要，幾種拓撲結構綜合使用。不同的傳輸介質所適應的拓撲結構的性能比較見表1。