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《计算机网络》网络拓扑结构

网络拓扑结构通俗的讲就是,我们的电脑与电脑之间怎么连接起来的,整体的结构是怎样的

星型拓扑结构

星型拓扑结构是目前应用最广、实用性最好的一种拓扑结构,这主要是因为它非常容易实现网络的扩展。无论在局域网中,还是在广域网中都可以见到它的身影,但其主要还是应用于有线以太局域网中

通过多台交换机级联可以形成多级星型拓扑结构

优点:

  1. 节点扩展、移动方便
  2. 网络传输数据快
  3. 维护容易

缺点:

  1. 核心交换机工作负荷重,故障的话会影响一批
  2. 网络布线较复杂
  3. 广播传输影响网络性能。其实这是以太网的一个不足,但因星型拓扑结构主要应用于以太网中,所以相应的也就成了星型网络的一个缺点。因为在以太网中,当集线器收到节点发送的数据时,采取的是广播发送方式,任何一个节点发送信息在整个网中的节点都可以收到,这严重影响了网络性能的发挥。虽然说交换机具有MAC地址“学习”功能,但对于那些以前没有识别的节点发送来的数据,同样是采取广播方式发送的,所以同样存在广播风暴的负面影响。

环形拓扑结构

环形拓扑结构网络的一个典型代表就是采用同轴电缆作为传输介质的IEEE 802.5的令牌环网

令牌环拓扑结构最早是由IBM推出的,传输速率为4Mbps 或16Mbps,比当时只有2Mbps的以太网性能要高出好几倍,所以在当时得到了广泛的应用。

但随着以太网技术的跳跃式发展,令牌环网技术性能不能再适应时代的要求了,故逐渐被淘汰出局了。

令牌环网的传输原理是

  1. 令牌包是无限的在环中被循环转发的,某个主机想发包,当他的RPU收到了这个令牌,就看这个令牌包的状态控制位是否是1,是1的话代表这个令牌已经被占有,此时自己不能发包,需要等待,如果不是1,代表令牌无人占有,自己可以发包,于是在令牌帧上附加要发送的数据帧并将令牌的状态控制位改成1,然后沿着环的路径向下发送出去
  2. 下一个RPU接收到这个包,会检查这个包中的目标MAC地址是不是自己的MAC地址,不是的话就转发给下一个RPU,是的话就复制数据发送给主机,然后继续转发给下一个RPU
  3. 直到回到发送者,发送者检查返回的有关信息确定所传数据帧有无出错,没出错的话就将令牌的状态控制位改成0,结束这次发包

优点

  1. 网络路径选择和网络组建简单
  2. 投资成本低

缺点

  1. 传输速度慢。淘汰的理由
  2. 连接用户数非常有限
  3. 传输效率低
  4. 扩展性能差
  5. 维护困难

总线型拓扑结构

总线型拓扑结构(Bus Topology)与上节介绍的环形拓扑结构从外形上看有些类似,都是共享一条同轴电缆作为传输介质,通过RPU(中继转发器)连接多台计算机,而且网络通信中都是以令牌的方式进行的。

所谓“总线”就表示,网络中连接的各站点间进行数据通信时都必须通过这条线缆。

总线型拓扑结构中,虽然物理上不是环形的,但是工作时会在逻辑上组成一个环状结构

组成环状结构后其运行原理跟环形拓扑结构是一样的

优点

  1. 网络结构简单,易于布线
  2. 扩展较容易
  3. 维护容易。一个站点的故障不会影响其他站点,更不影响整个网络,所以故障点的查找就容易了许多

缺点

  1. 传输速率低。跟环形拓扑结构一样是致命点
  2. 难以实现大规模扩展

树形拓扑结构

树形拓扑结构的主要优点还是扩展性方面

但树形拓扑结构自身也有一些不足,这主要体现在以下两个方面:

一是对“根”设备(核心,或者骨干层)交换机的依赖性太大,如果“根”发生故障,则那些依赖“根”设备访问的服务器或外网则全部不可访问了,相当于总线型拓扑结构中总线中断后,所有用户网络都中断一样。

另外,处于最顶端的核心层设备,因为下面连接了更多的级联设备和用户,负荷更重,需要配备性能更强的交换机和路由设备,成本比较高。

但这些不足都可以通过配置冗余链路和选择高性能设备来弥补。

树形拓扑结果是目前中小型以太局域网(如位于同一楼层,或者分布于少数几个楼层的局域网)中最主要的拓扑结构。

网状拓扑结构

网状拓扑结构(Mesh Topology)又称无规则型拓扑结构。在这种结构中,各节点之间通过传输介质彼此互连,构成一个网状结构。

网状拓扑结构的布线是相当复杂的(中间没有集中连接设备,全靠电缆来互连),布线成本也非常高,因为每个节点要用多条电缆与其他节点依次连接。

同样,由于中间没有集中连接设备,每个节点PC都需要安装多块网卡,当一个节点要互连的其他节点比较多时,这显然不可行。

所以这种网状拓扑结构在局域网中是极少使用的,最多也只是极少数的节点采用了半网状拓扑结构。

网状拓扑结构主要用于广域网中,这时它们连接的不再是终端用户PC节点,而是网络设备结点,如网络中的交换机、路由器等设备。

在广域网中采用网状拓扑结构可以实现多个网段,或者子网间的彼此互连。

因为交换机和路由器这些设备本身就具有多个网络端口,所以进行网状连接也很简单,只是需要多拉几条线而已。

广域网中采用网状拓扑结构的主要目的就是通过实现链路或路由线路的冗余,提高网络的可靠性。当然,一般并不会在整个广域网中而只是在骨干网络中采用这种拓扑结构。

混合型拓扑结构

混合型网络拓扑结构是指由多种结构(如星型拓扑结构、环形拓扑结构、总线型结构、网状结构)单元组成的拓扑结构,但常见的是由星型拓扑结构和总线型拓扑结构结合在一起组成的

混合型网络结构是目前局域网,特别是分布型大中型局域网中应用最广泛的网络拓扑结构,它可以解决单一网络拓扑结构的传输距离和连接用户数扩展的双重限制

实际上的混合型拓扑结构主要应用于分布在多层或者多栋建筑物中的网络中。其中采用同轴电缆或光纤的“总线”用于垂直或横向干线,基本上不连接工作站,只是连接各楼层或各建筑物中各核心交换机,而其中的星型拓扑结构网络则体现在各楼层或各建筑物内部的各用户网络中

无线局域网的两种拓扑结构

Ad-Hoc

平时通过电脑开热点,手机可以连接上网,就是使用的这个拓扑结构

Ad-Hoc对等WLAN模式采用的是点对点连接方式,只能单点通信,就像有线网络中对等网一样,所以连接性能较差,仅适用于较少数量的计算机无线互连(通常是在5台主机以内)。

同时由于这一模式没有中心管理单元,因此这种网络在可管理性和扩展性方面受到一定的限制。

而且各无线节点之间只能单点通信,不能实现交换连接。

当然这一无线网络结构还是有它自身优点的,那就是网络结构简单,只要安装了无线网卡即可连接,无需其他网络设备,成本非常低。

Infrastructure

基于无线AP的Infrastructure基础结构模式其实与有线网络中的星型交换模式差不多,除了各无线用户需要安装无线网卡外,还需要一个用于集中连接各无线用户的无线AP,它相当于有线网络中的集线器。

无线AP都提供了一个有线以太网接口,用于与有线网络、工作站和路由设备的连接。

这种网络结构模式主要优势表现在网络易于扩展、便于集中管理、能提供用户身份验证等方面上,另外数据传输性能也明显高于Ad-Hoc对等结构。




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