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絡拓撲結構。
網絡拓撲結構反映出網絡的結構關系，它對于網絡的性能、可靠性以及建設管理成本等都有著重要的影響，因此網絡拓撲結構的設計在整個網絡設計中占有十分重要的地位，在網絡構建時，網絡拓常見的網絡拓撲結構
在計算機網絡中常見的拓撲結構有總線型、星型、環型、樹型和網狀型等。
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。任何一個站點發送的數據都能通過總線傳播，同時能被總線上的所有其他站點接收到。可見，總線型結構的網絡是一種廣播網絡。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送所有結點都可接收。總線型拓撲是基本局域網拓撲形式之一。
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生不必要的干擾。
總線形網絡結構是目前使用最廣泛的結構，也是最傳統的一種主流網絡結構，適合于信息管理系統、辦公自動化系統領域的應用。
2.星型拓撲
如圖1.5所示，星型拓撲中有一個中心節點，其他各節點通過各自的線路與中心節點相連，形成輻射型結構。各節點間的通信必須通過中心節點的作用，如圖A 到B 或A到C 都要經過中心節點D。
星型拓撲的網絡具有結構簡單、易于建網和易于管理等特點。但這種結構要耗費大量的電纜，同時中心節點的故障會直接造成整個網絡的癱瘓。星型拓撲也經常應用于局域網中。
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，其中任何兩個站點要進行通信都必須經過中央結點控制。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:網絡結構簡單,便于管理、集中控制, 組網容易;網絡延遲時間短，誤碼率低，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，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.環型拓撲
如圖1.6 所示，在環型拓撲中，各節點和通信線路連接形成的一個閉合的環。在環路中，數據按照一個方向傳輸。發送端發出的數據，延環繞行一周后，回到發送端，由發送端將其從環上刪除。我們可以看到任何一個節點發出的數據都可以被環上的其他節點接收到。
環型拓撲具有結構簡單，容易實現，傳輸時延確定以及路徑選擇簡單等優點，但是，網絡中的每一個節點或連接節點的通信線路都有可能成為網絡可靠性的瓶頸。當網絡中的任何一個節點出現故障都可能會造成網絡的癱瘓。另外，在這種拓撲結構中，節點的加入和拆除過程比較復雜。環型拓撲也是局域網中常用的一種拓撲形式。
環形網的特點是：信息在網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路接口，當結點過多時，影響傳輸效率，使網絡響應時間變長。但當網絡確定時，其延時固定，實時性強;由于環路封閉故擴充不方便。
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，這種結構會進一步得到采用。
4.網狀拓撲
在網狀拓撲結構中，節點之間的連接是任意的，每個節點都有多條線路與其他節點相連，這樣使得節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，在傳輸數據時可以靈活的選用空閑路徑或者避開故障線路。
可見網狀拓撲可以充分、合理的使用網絡資源，并且具有可靠性高的優點。我們知道，廣域網覆蓋面積大，傳輸距離長，網絡的故障會給大量的用戶帶來嚴重的危害，因此在廣域網中，為了提高網絡的可靠性通常采用網狀拓撲結構，如圖1.7(右)所示為一個簡單的廣域網示意圖。
但是我們也應該看到，這個優點是以高投資和高復雜的管理為代價的。將多個子網或多個局域網連接起來構成網狀型拓撲結構。在一個子網中，集線器、中繼器將多個設備連接起來，而橋接器、路由器及網關則將子網連接起來。根據組網硬件不同，主要有三種網狀型拓撲:
網狀網：在一個大的區域內，用無線通信連路連接一個大型網絡時，網狀網是最好的拓撲結構。通過路由器與路由器相連，可讓網絡選擇一條最快的路徑傳送數據。
主干網：通過橋接器與路由器把不同的子網或LAN 連接起來形成單個總線或環型拓撲結構，這種網通常采用光纖做主干線。
星狀相連網：利用一些叫做超級集線器的設備將網絡連接起來，由于星型結構的特點，網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絡設備。如圖1.8 所示。
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