拓撲結構的含義及運用技巧
拓撲結構的含義及運用技巧
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什么是拓撲結構?
首先我們來解釋一下拓撲的含義，所謂“拓撲”就是把實體抽象成與其大小、形狀無關的“點”，而把連接實體的線路抽象成“線”，進而以圖的形式來表示這些點與線之間關系的方法，其目的在于研究這些點、線之間的相連關系。表示點和線之間關系的圖被稱為拓撲結構圖。拓撲結構與幾何結構屬于兩個不同的數(shù)學概念。在幾何結構中，
我們要考察的是點、線之間的位置關系，或者說幾何結構強調的是點與線所構成的形狀及大小。如梯形、正方形、平行四邊形及圓都屬于不同的幾何結構，但從拓撲結構的角度去看，由于點、線間的連接關系相同，從而具有相同的拓撲結構即環(huán)型結構。也就是說，不同的幾何結構可能具有相同的拓撲結構。
類似地，在計算機網(wǎng)絡中，我們把計算機、終端、通信處理機等設備抽象成點，把連接這些設備的通信線路抽象成線，并將由這些點和線所構成的拓撲稱為網(wǎng)絡拓撲結構。
網(wǎng)絡拓撲結構反映出網(wǎng)絡的結構關系，它對于網(wǎng)絡的性能、可靠性以及建設管理成本等都有著重要的影響，因此網(wǎng)絡拓撲結構的設計在整個網(wǎng)絡設計中占有十分重要的地位，在網(wǎng)絡構建時，網(wǎng)絡拓常見的網(wǎng)絡拓撲結構
在計算機網(wǎng)絡中常見的拓撲結構有總線型、星型、環(huán)型、樹型和網(wǎng)狀型等。
1.總線型拓撲
如圖1.4所示，總線型拓撲中采用單根傳輸線路作為傳輸介質，所有站點通過專門的連接器連到這個公共信道上，這個公共的信道稱為總線。任何一個站點發(fā)送的數(shù)據(jù)都能通過總線傳播，同時能被總線上的所有其他站點接收到?？梢?，總線型結構的網(wǎng)絡是一種廣播網(wǎng)絡。撲結構往往是首先要考慮的因素之一。
在總線結構中，總線有一定的負載能力，因此，總線長度有一定限制，一條總線也只能連接一定數(shù)量的結點。
總線布局的特點是：結構簡單靈活，非常便于擴充;可靠性高，網(wǎng)絡響應速度快;設備量少、價格低、安裝使用方便;共享資源能力強，極便于廣播式工作即一個結點發(fā)送所有結點都可接收?？偩€型拓撲是基本局域網(wǎng)拓撲形式之一。
在總線兩端連接的器件稱為端結器(末端阻抗匹配器、或終止器)。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(chǎn)生不必要的干擾。
總線形網(wǎng)絡結構是目前使用最廣泛的結構，也是最傳統(tǒng)的一種主流網(wǎng)絡結構，適合于信息管理系統(tǒng)、辦公自動化系統(tǒng)領域的應用。
2.星型拓撲
如圖1.5所示，星型拓撲中有一個中心節(jié)點，其他各節(jié)點通過各自的線路與中心節(jié)點相連，形成輻射型結構。各節(jié)點間的通信必須通過中心節(jié)點的作用，如圖A 到B 或A到C 都要經(jīng)過中心節(jié)點D。
星型拓撲的網(wǎng)絡具有結構簡單、易于建網(wǎng)和易于管理等特點。但這種結構要耗費大量的電纜，同時中心節(jié)點的故障會直接造成整個網(wǎng)絡的癱瘓。星型拓撲也經(jīng)常應用于局域網(wǎng)中。
星型布局是以中央結點為中心與各結點連接而組成的，各結點與中央結點通過點與點方式連接，中央點執(zhí)行集中式通信控制策略，因此中央結點相當復雜，負擔也重。
目前流行的PBX就是星型拓撲結構的典型實例，如圖1.5(右)所示。
以星型拓撲結構組網(wǎng)，其中任何兩個站點要進行通信都必須經(jīng)過中央結點控制。中
央結點主要功能有
1) 為需要通信的設備建立物理連接
2) 為兩臺設備通信過程中維持這一通路
3) 在完成通信或不成功時,拆除通道
在文件服務器/工作站(File Server/Workstation )局域網(wǎng)模式中，中心點為文件服務器，存放共享資源。由于這種拓撲結構，中心點與多臺工作站相連,為便于集中連線，目前多采用集線器(HUB)。
星型拓撲結構特點:網(wǎng)絡結構簡單,便于管理、集中控制, 組網(wǎng)容易;網(wǎng)絡延遲時間短，誤碼率低，網(wǎng)絡共享能力較差，通信線路利用率不高，中央節(jié)點負擔過重，可同時連雙絞線、同軸電纜及光纖等多種媒介。
樹型拓撲結構可以看作成星型拓撲的一種擴展，也稱擴展星型拓撲。
3.環(huán)型拓撲
如圖1.6 所示，在環(huán)型拓撲中，各節(jié)點和通信線路連接形成的一個閉合的環(huán)。在環(huán)路中，數(shù)據(jù)按照一個方向傳輸。發(fā)送端發(fā)出的數(shù)據(jù)，延環(huán)繞行一周后，回到發(fā)送端，由發(fā)送端將其從環(huán)上刪除。我們可以看到任何一個節(jié)點發(fā)出的數(shù)據(jù)都可以被環(huán)上的其他節(jié)點接收到。
環(huán)型拓撲具有結構簡單，容易實現(xiàn)，傳輸時延確定以及路徑選擇簡單等優(yōu)點，但是，網(wǎng)絡中的每一個節(jié)點或連接節(jié)點的通信線路都有可能成為網(wǎng)絡可靠性的瓶頸。當網(wǎng)絡中的任何一個節(jié)點出現(xiàn)故障都可能會造成網(wǎng)絡的癱瘓。另外，在這種拓撲結構中，節(jié)點的加入和拆除過程比較復雜。環(huán)型拓撲也是局域網(wǎng)中常用的一種拓撲形式。
環(huán)形網(wǎng)的特點是：信息在網(wǎng)絡中沿固定方向流動，兩個結點間僅有唯一的通路，大大簡化了路徑選擇的控制;某個結點發(fā)生故障時，可以自動旁路，可靠性較高;由于信息是串行穿過多個結點環(huán)路接口，當結點過多時，影響傳輸效率，使網(wǎng)絡響應時間變長。但當網(wǎng)絡確定時，其延時固定，實時性強;由于環(huán)路封閉故擴充不方便。
環(huán)形網(wǎng)也是微機局域網(wǎng)常用拓撲結構之一，適合信息處理系統(tǒng)和工廠自動化系統(tǒng)。1985年IBM公司推出的令牌環(huán)形網(wǎng)(IBM Token Ring)是其典范。在FDDI得以應用推廣后，這種結構會進一步得到采用。
4.網(wǎng)狀拓撲
在網(wǎng)狀拓撲結構中，節(jié)點之間的連接是任意的，每個節(jié)點都有多條線路與其他節(jié)點相連，這樣使得節(jié)點之間存在多條路徑可選，如圖1.7中從A 到C 可以是A-B-C 也可以是A-D-B-C，在傳輸數(shù)據(jù)時可以靈活的選用空閑路徑或者避開故障線路。
可見網(wǎng)狀拓撲可以充分、合理的使用網(wǎng)絡資源，并且具有可靠性高的優(yōu)點。我們知道，廣域網(wǎng)覆蓋面積大，傳輸距離長，網(wǎng)絡的故障會給大量的用戶帶來嚴重的危害，因此在廣域網(wǎng)中，為了提高網(wǎng)絡的可靠性通常采用網(wǎng)狀拓撲結構，如圖1.7(右)所示為一個簡單的廣域網(wǎng)示意圖。
但是我們也應該看到，這個優(yōu)點是以高投資和高復雜的管理為代價的。將多個子網(wǎng)或多個局域網(wǎng)連接起來構成網(wǎng)狀型拓撲結構。在一個子網(wǎng)中，集線器、中繼器將多個設備連接起來，而橋接器、路由器及網(wǎng)關則將子網(wǎng)連接起來。根據(jù)組網(wǎng)硬件不同，主要有三種網(wǎng)狀型拓撲:
網(wǎng)狀網(wǎng)：在一個大的區(qū)域內，用無線通信連路連接一個大型網(wǎng)絡時，網(wǎng)狀網(wǎng)是最好的拓撲結構。通過路由器與路由器相連，可讓網(wǎng)絡選擇一條最快的路徑傳送數(shù)據(jù)。
主干網(wǎng)：通過橋接器與路由器把不同的子網(wǎng)或LAN 連接起來形成單個總線或環(huán)型拓撲結構，這種網(wǎng)通常采用光纖做主干線。
星狀相連網(wǎng)：利用一些叫做超級集線器的設備將網(wǎng)絡連接起來，由于星型結構的特點，網(wǎng)絡中任一處的故障都可容易查找并修復。應該指出,在實際組網(wǎng)中,拓撲結構不一定是單一的,通常是幾種結構的混用。
比如，將總線型與星型結合起來就形成了總線型/星型拓撲結構，用一條或多條總線把多組設備連接起來，相連的每組設備呈星型分布。采用這種拓撲結構，用戶很容易配置和重新配置網(wǎng)絡設備。如圖1.8 所示。
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