淺談網絡拓撲結構在現實中的應用

靳立武

網絡拓撲結構是指用傳輸媒體互連各種設備的物理布局，就是用什么方式把網絡中的計算機等設備連接起來。網絡拓撲是網絡形狀，或者是它在物理上的連通性，構成網絡的拓撲結構有很多種，拓撲圖給出網絡服務器、工作站的網絡配置和相互間的連接，它的結構主要有星型結構、環型結構、總線結構。

一、星型

星型結構是最古老的一種連接方式，大家每天都使用的電話屬于這種結構。目前一般網絡環境都被設計成星型拓撲結構。星型網是目前廣泛而又首選使用的網絡拓撲設計之一。

星型結構是指各工作站以星型方式連接成網。網絡有中央節點，其他節點（工作站、服務器）都與中央節點直接相連，這種結構以中央節點為中心，因此又稱為集中式網絡。

星型拓撲結構便于集中控制，因為端用戶之間的通信必須經過中心站。由于這一特點，也帶來了易于維護和安全等優點。端用戶設備因為故障而停機時也不會影響其它端用戶間的通信。同時星型拓撲結構的網絡延遲時間較小，傳輸誤差較低。但這種結構非常不利的一點是，中心系統必須具有極高的可靠性，因為中心系統一旦損壞，整個系統便趨于癱瘓。對此中心系統通常采用雙機熱備份，以提高系統的可靠性。

現有的數據處理和聲音通信的信息網大多采用星型網，目前流行的專用小交換機PBX（Private Branch Exchange），即電話交換機就是星型網拓撲結構的典型實例。它在一個單位內為綜合語音和數據工作站交換信息提供信道，還可以提供語音信箱和電話會議等業務，是局域網的一個重要分支。

在星型網中任何兩個節點要進行通信都必須經過中央節點控制。因此，中央節點的主要功能有三項：當要求通信的站點發出通信請求后，控制器要檢査中央轉接站是否有空閑的通路，被叫設備是否空閑，從而決定是杏能建立雙方的物理連接；在兩臺設備通信過程中要維持這一通路；當通信完成或者不成功要求拆線時，中央轉接站應能拆除上述通道。

由于中央節點要與多機連接，線路較多，為便于集中連線，目前多采用一種稱為集線器（HUB）或交換設備的硬件作為中央節點。

二、環型

環型結構在LAN中使用較多。這種結構中的傳輸媒體從一個端用戶到另一個端用戶，直到將所有的端用戶連成環型。數據在環路中沿著一個方向在各個節點間傳輸，信息從一個節點傳到另一個節點。這種結構顯而易見消除了端用戶通信時對中心系統的依賴性。

環行結構的特點是：每個端用戶都與兩個相臨的端用戶相連，因而存在著點到點鏈路，但總是以單向方式操作，于是便有上游端用戶和下游端用戶之稱；信息流在網中是沿著固定方向流動的，兩個節點僅有一條道路，故簡化了路徑選擇的控制；環路上各節點都是自舉控制，故控制軟件簡單；由于信息源在環路中是串行地穿過各個節點，當環中節點過多時，勢必影響信息傳輸速率，使網絡的響應時間延長；環路是封閉的，不便于擴充；可靠性低，一個節點故障，將會造成全網癱瘓；維護難，對分支節點故障定位較難。

三、總線型

總線上傳輸信息通常多以基帶形式串行傳遞，每個節點上的網絡接口板硬件均具有收、發功能，接收器負責接收總線上的串行信息并轉換成并行信息送到PC工作站；發送器是將并行信息轉換成串行信息后廣播發送到總線上，總線上發送信息的目的地址與某節點的接口地址相符合時，該節點的接收器便接收信息。由于各個節點之間通過電纜直接連接，所以總線型拓撲結構中所需要的電纜長度是最小的，但總線只有一定的負載能力，因此總線長度又有一定限制，一條總線只能連接一定數量的節點。

因為所有的節點共享一條公用的傳輸鏈路，所以一次只能由一個設備傳輸。需要某種形式的訪問控制策略、來決定下一次哪一個站可以發送。通常采取分布式控制策略。發送時，發送站將報文分成分組.然后一次一個地依次發送這些分組。有時要與其它站來的分組交替地在介質上傳輸。當分組經過各站時，目的站將識別分組的地址。然后拷貝下這些分組的內容。這種拓撲結構減輕了網絡通信處理的負擔，它僅僅是一個無源的傳輸介質，而通信處理分布在各站點進行。

在總線兩端連接有端結器（或終端匹配器），主要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產生不必要的干擾。

總線結構是使用同一媒體或電纜連接所有端用戶的一種方式，也就是說，連接端用戶的物理媒體由所有設備共享，各工作站地位平等，無中央節點控制，公用總線上的信息多以基帶形式串行傳遞，其傳遞方向總是從發送信息的節點開始向兩端擴散，如同廣播電臺發射的信息一樣，因此又稱廣播式計算機網絡。各節點在接受信息時都進行地址檢査，看是否與自己的工作站地址相符，相符則接收網上的

使用這種結構必須解決的一個問題是確保端用戶使用媒體發送數據時不能出現沖突。在點到點鏈路配置時，這是相當簡單的。如果這條鏈路是半雙工操作，只需使用很簡單的機制便可保證兩個端用戶輪流工作。在一點到多點方式中，對線路的訪問依靠控制端的探詢來確定。然而，在LAN環境下，由于所有數據站都是平等的，不能采取上述機制。對此，研究了一種在總線共享型網絡使用的媒體訪問方法：帶有碰撞檢測的載波偵聽多路訪問，英文縮寫成CSMA/CD0

這種結構具有費用低、數據端用戶入網靈活、站點或某個端用戶失效不影響其它站點或端用戶通信的優點。缺點是一次僅能一個端用戶發送數據，其它端用戶必須等待到獲得發送權；媒體訪問獲取機

制較復雜、維護難，分支節點故障査找難。盡管有上述一些缺點，但由于布線要求簡單，擴充容易，端用戶失效、增刪不影響全網工作，所以是LAN技術中使用最普遍的一種。

四、無線電通信

傳輸線系統除同軸電纜、雙絞線、和光纖外，還有一種手段是根本不使用導線，這就是無線電通信，無線電通信利用電磁波或光波來傳輸信息，利用它不用敷設纜線就可以把網絡連接起來。無線電通信包括兩個獨特的網絡：移動網絡和無線LAN網絡。利用LAN網，機器可以通過發射機和接收機連接起來；利用移動網，機器可以通過蜂窩式通信系統連接起來，該通信系統由無線電通信部門提供。

網絡可采用以太網的結構，物理上由服務器，路由器，工作站，操作終端通過集線器形成星型結構共同構成局域網。

總之，網絡時代的到來，使人類構造了一個與現實世界相對應的虛擬的信息世界，了解網絡的連接和使用，處理現實生活中網絡的拓撲結構，為學習信息技術的基礎知識做好鋪墊。