计算机网络:03---网络拓扑

何为网络拓扑？

1.概念：在计算机网络中，设备之间的连接方式成为拓扑。拓扑是计算机、电缆和其他部件在一个网络上的物理布局

2.分类：大致分为以下几种

• 总线拓扑
• 星形拓扑
• 网状拓扑
• 环状拓扑
• 树形拓扑
• 无约束拓扑

 

一、总线拓扑

1.概念：总线拓扑使用一条电缆(也称作主线、骨干线、段)来连接多个系统。通常，同轴电缆用于总线拓扑

2.终结器

• 总线拓扑的一个关键组成部分
• 功能：为了防止数据包在电缆中来回反射，电缆的两端都必须安装终结器。终结器可以吸收电子信号并且清空电缆，这样其他计算机才可以在网络上发送数据。
• 如果没有终结器，整个网络都无法工作

3.特点

• 在总线拓扑网络中，某一时刻只能有一个计算机传输数据包
• 总线拓扑中的系统侦听网络上的所有流量，但是只接收给自己的数据包。但是广播包是一个例外(网络中所有的计算机都需要接接收该数据包)
• 当计算机发送一个数据包时，它会同时向两个方向传输。这意味着网络会被一直占用直到占用目的主机接受该数据包为止
• 计算机的数量对网络性能有很大的影响
• 总线拓扑中的计算机仅仅侦听或者发送数据，它们并不携带数据并继续发送或者重新生成数据。因此，即使网络中的一台计算机出现故障，网络仍可以继续工作

4.优缺点

• 优点

①成本低	比其它的拓扑使用的电缆更少
②安装简便	只需要将系统连接到电缆段即可。因此，我们只需要一定数量的电缆就可以将网络中现有的工作站连接起来

• 缺点

①难以排出故障	如果某一电缆出现中断，整个网络都会瘫痪。对于一个大型网络来说，这一点可能很难避免
②	流量负载越大，网络越慢

5.总结

• 可扩展性是动态世界网络的一个重要考虑因素。能够方便地修改网络的规模与布局对今后的生产率与停机时间都十分重要。然而，总线拓扑的扩展性并不好

 

二、星形拓扑

1概念：在星形拓扑中，所有的系统都通过一个中心的集线器或交换机连接

2.优缺点

• 优点

①集中布线	通过集线器，即使其中一条线路发生故障，剩余的系统也不会受到影响
②中心化管理	从长远看，集中式管理与网络流量监控对于网络的成功是至关重要的。在星形拓扑中，所有的连接都指向中心点，因此很容易添加或更改配置

• 缺点

①	如果集线器发生故障，那么整个网络或者说很大一部分网络都会瘫痪。当然，这种情况可以很快找出故障电缆
②成本	比总线拓扑需要更多的电缆

 

三、环形拓扑

1.概念：每个系统以点对点的方式与邻近的系统相连

2.特点

• 网络中的所有系统将构成一个闭合的环，信号是沿着一个方向传送的
• 环形拓扑是一个圆，没有起点也没有终点，不需要终结器
• 当数据在环上进行传播时，每个系统会检测这个数据包的目的地，并充当一个中继器继续传播该数据包
• 环形是在一个未断开的环中，如果其中一个系统发生故障，那么整个环形网络都会瘫痪

3.优缺点

• 优点

①同时通信	每个计算机在网络上都能给平等地进行通信(总线和星形拓扑同一时刻只允许一台主机进行通信)。意味着一个发送大量信息的繁忙系统不会影响其他系统的通信
②	信号衰减比较低

• 缺点

①	如果一个系统故障或者电缆链路故障，整个网络就会瘫痪
②	如果对网络中的电缆或一个系统进行改变(移动等..)，那么整个网络就会中断或关闭停用

 

四、网状拓扑

1.概念：所有系统都与网络中的其他每个成员互相连接

2.特点

• 在计算机网络中并不常见，在国家电话网络中更常见
• n个节点的总链路数量为：n(n-1)/2

3.优缺点

• 优点

容错性	如果某个电缆段发生故障，流量可以被重新路由

• 缺点

①难于管理	连接的数量太多
②成本高	需要的电缆和工作站的接口将耗资昂贵

 

五、树形拓扑

1.概念：可以认为是总线拓扑的一种拓展，常用于级联设备

2.例如：我们有一个8个端口的中继器，那么我们可以利用层次结构连接多个中继器

 

六、无约束拓扑

1.概念：采用无定义的模式，节点可以利用点对点的链路以任意的方式互联

2.特点

• 无约束的拓扑容许大容量的灵活配置，但也受制于复杂的路由。复杂的路由会造成不必要的开销和延迟