通信工程师互联网技术考试拓扑结构

　　4.1.3 拓扑结构

局域网的主要特征由网络的拓扑结构、所采用的协议类型及介质访问控制方法决定。本节介绍局域网使用的拓扑结构形式。局域网中所采用的协议类型和介质访问控制方法将在后继小节中介绍。

局域网的拓扑结构是指连接网络设备的传输介质的铺设形式，局域网的拓扑结构主要有星型、总线型、环型和混合型。

　　1.星型结构

星型结构由中心节点和分支节点构成。各个分支节点与中心节点间均具有点到点的物理连接，分支节点之间没有直接的物理通路。如果分支节点间需要传输信息，必须通过中心节点进行转发；或者由中心节点周期性地询问各分支节点，协助分支节点进行信息的转发。星型结构可以通过级联的方式很方便地将网络扩展到很大的规模。星型结构的网络拓扑结构图如图4-2（a）所示。

图4-2局域网的基本拓扑结构图

由于在这种结构的网络系统中，中心节点是控制中心，任意两个分支节点间的通信最多只需两步，所以传输速度很快，而且星型网络结构简单、建网方便、便于控制和管理。但是，这种网络系统的可靠性很大程度上取决于中心节点的可靠性，对中心节点的可靠性和冗余度要求很高。一旦中心节点出现故障，则会导致全网瘫痪。

在计算机网络中，星型拓扑结构通常用集线器（Hub）或交换机作为中心连接设备。集线器包括多个端口，可以连接多台计算机。集线器工作在物理层，是扩充网络、连接更多工作站的网络设备之一，只具有放大和重发数据的功能。它的工作原理是数据从一台成员计算机发送到集线器上以后，被转发到集线器中的其他所有端口上，供网络上的每位用户使用。使用集线器作中心节点的优点是在集线器正常工作的情况下，局部的线路故障只会在局部造成影响，不会影响整个网络的通信。由于集线器上的指示灯能够告知该点的计算机是否正常连通，所以能够很快查到故障点？而且网络的增容非常方便，需要在网络中添加计算机时，只需要在新增加的计算机和集线器之间用网线互连即可。

集线器有很多种，每种都具有特定的功能，提供不同等级的服务。有些集线器会在分发之前对弱信号进行重新生成，有些集线器会整理信号的时序以提供所有端口间的同步数据通信。

如前所述，集线器并不处理或检查其上的通信量，仅将一个端口接收的信号重复地分发给其他端口，以此来扩展物理介质。所有连接到集线器的设备共享同一介质，因此它们也共享同一个冲突域、广播和带宽。

在采用交换机作中间节点的星型网络中，交换机根据收到的数据帧中的MAC地址决定数据帧应发向交换机的哪个端口。因为端口间的帧传输彼此屏蔽，因此节点发送的帧在通过交换机时不会与其他节点发送的帧产生冲突，这样可以极大地减少冲突的发生？

1.总线型结构

总线型结构网络是将各个节点设备和一根总线相连。网络中所有节点的工作站都是通过总线进行信息传输的。总线型拓扑结构如图4-2（b）所示。工作站发出的数据组成帧，数据帧沿着总线向两端传播，每个数据帧中都含有源地址和目标地址，工作站监视总线上的信号，并将发送给自己的数据复制下来。由于总线是共享介质，多个站同时发送数据时会发生冲突，因此需要采用介质访问控制协议来防止冲突的发生，如带有冲突检测的载波监听多路访问CSMA/CD技术。

总线型结构可使用的通信介质包括同轴电缆、双绞线及光纤。双绞线价格便宜，便于安装；同轴电缆和光纤则能提供更高的数据速率，连接更多的设备，传输的距离也更远。在总线型结构中，总线的负载能力是有限的，这是由通信介质本身的物理性能决定的。因此总线网络中工作站节点的数量是有限的。如果工作站节点的数最超出了总线的负载能力，就需要延长总线的长度，并加入相当数量的附加转接部件，使总线负载达到容量要求。

总线型结构易于布线和维护：结构简单；传输介质是无源元件，从硬件的角度看，十分可靠；可扩充性好，节点设备的插入与拆除都非常方便。另外，总线结构网络节点间响应速度快、共享资源能力强、设备投入量少、成本低、安装使用方便。当某个工作站节点出现故障时，对整个网络系统影响较小。因此，总线型结构网络是使用最普遍的一种网络。但是，由于所有工作站间的通信均通过一条共用的总线，所以实时性较差。而且总线拓扑网铬不是集中控制的，所以故障检测功能要在网络的各个站点上进行：在扩展总线的干线长度时，需重新配置中继器、剪裁电缆、调整终端器等；总线上的站点需要具备介质访问控制功能，增加了站点的硬件和软件费用。

以太网和令牌总线网采用的是总线型结构。

2.环型结构

环型结构是指网络中各节点通过一条首尾相连的通信链路连接起来，形成的一个闭合的环，拓扑结构如图4-2（c）所示。工作站通过环接口设备（如中继器）接入环路。当某个节点有数据发送时，首先将数据发送到对应的环接口设备，并沿环路发往其下行的环接口设备，该设备对其进行转发或者递交给设备附接的节点。环接口设备通常从一端接收数据，从另一端发出数据。因此整个环路中的数据是单向流动的。环型结构中各工作站地位相等，相互独立。如果某个工作站节点出现故障，此工作站节点就会自动旁路，不影响全网的工作，可靠性较高。两个工作站节点之间仅有-条通路，系统中无信道选择问题：但在传输路径过长、传输经过的节点数过多的情况下，将导致数据的端到端传送时延过大。因此。环型网络在短距离、拓扑结构简单时具有较大的优势，但不适用于大规模的长途骨干网。

由于环型网络是一系列点对点链路串接起来的，所以可以使用任何传输介质。最常用的是价格较低廉的双绞线；使用同轴电缆则可获得较高的带宽：而光纤则能提供更大的数据传输速率。

环型网络的典型代表是令牌环局域网。在令牌环网络中，拥有“令牌”的设备才能在网络中传输数据，以此来保证在某一时间内网络中只有一台设备可以传送信息。

4.混合型结构

混合型结构就是将上述各种拓扑混合起来的结构，常见的有树型（总线型结构的演变或者总线和星型的混合）、环星型（星型和环型拓扑的混合）等。

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