什么是网络拓扑

拓扑定义了网络中所有组件彼此连接的结构。网络拓扑分为物理拓扑和逻辑拓扑两种类型。

网络拓扑的类型

物理拓扑是网络中所有节点的几何表示。有六种网络拓扑类型，包括总线拓扑、环形拓扑、树状拓扑、星型拓扑、网状拓扑和混合拓扑。

1）总线拓扑结构

• 环形拓扑是这样设计的，所有站点都通过一根称为主干线的单一电缆连接。
• 每个节点通过降线或直接连接到主干线。
• 当节点想要在网络上发送消息时，它将消息放入网络中。无论消息是否被寻址，网络中的所有站点都将接收到该消息。
• 环形拓扑主要用于802.3（以太网）和802.4标准网络。
• 与其他拓扑相比，环形拓扑的配置相当简单。
• 主干线被视为 “单车道” ，通过它将消息广播到所有站点。
• 最常见的总线拓扑访问方法是 CSMA （载波监听多路访问）。

CSMA： 它是用于控制数据流的介质访问控制，以维护数据完整性，即数据包不会丢失。处理两个节点同时发送消息时出现的问题有两种替代方法。

• CSMA CD： CSMA CD（ 冲突检测 ）是一种用于检测冲突的访问方法。一旦检测到冲突，发送方将停止传输数据。因此，它以 “冲突后恢复” 方式工作。
• CSMA CA： CSMA CA（冲突避免） 是一种用于避免冲突的访问方法，通过检查传输媒体是否繁忙来实现。如果繁忙，则发送方等待媒体变为空闲。这种技术有效降低了发生冲突的可能性。它不适用于 冲突后恢复 。

总线拓扑的优点：

• 低成本电缆： 在总线拓扑中，节点直接通过电缆连接，而不需要经过中心枢纽。因此，安装的初始成本较低。
• 中等数据速度： 基于总线的网络主要使用同轴或双绞线电缆，支持高达10 Mbps。
• 熟悉的技术： 总线拓扑是一种常见的技术，安装和故障排除技术广为人知，硬件组件易于获取。
• 有限的故障： 一个节点故障不会对其他节点产生影响。

总线拓扑的缺点：

• 大量布线： 总线拓扑虽然相对简单，但仍需要大量布线。
• 难以故障排除： 需要专业的测试设备来确定电缆故障。如果电缆发生故障，则会中断所有节点的通信。
• 信号干扰： 如果两个节点同时发送消息，则两个节点的信号会相互干扰。
• 难以重新配置： 向网络添加新设备会降低网络速度。
• 衰减： 衰减是信号损失导致通信问题。使用中继器来重新生成信号。

2）环形拓扑

• 星形拓扑结构类似于总线拓扑结构，但端点相连。
• 接收到来自前一台计算机的消息的节点将重新传输给下一个节点。
• 数据只能沿一个方向流动，即单向流动。
• 数据以一个不断循环的方式流动，即无限循环。
• 它没有结束点，即每个节点都与其他节点相连，并没有终止点。
• 环形拓扑中的数据按顺时针方向流动。
• 环形拓扑的最常见接入方式是 令牌传递 。
  • 令牌传递： 这是一种网络访问方法，其中令牌从一个节点传递到另一个节点。
  • 令牌： 这是在网络中循环的数据帧。

令牌传递的工作原理

• 令牌在网络中传递，并且从计算机传递到计算机，直到到达目的地。
• 发送方通过将地址和数据放入令牌来修改令牌。
• 数据从一个设备传递到另一个设备，直到目的地地址匹配为止。一旦目的地设备接收到令牌，它会向发送方发送确认。
• 在环形拓扑中，令牌被用作载体。

星形拓扑的优点：

• 网络管理： 无需关闭网络即可从网络中删除故障设备。
• 产品可用性： 提供了许多用于网络运营和监控的硬件和软件工具。
• 成本： 双绞线电缆价格便宜且易于获取。因此，安装成本非常低。
• 可靠性： 它是一个更可靠的网络，因为通信系统不依赖于单个主机计算机。

星形拓扑的缺点：

• 难以排除故障： 需要专门的测试设备才能确定电缆故障。如果电缆发生故障，会影响所有节点的通信。
• 故障： 一个站点的故障会导致整个网络的故障。
• 重新配置困难： 向网络中添加新设备会降低网络速度。
• 延迟： 通信延迟与节点数量成正比。添加新设备会增加通信延迟。

3) 星形拓扑模型

• 树形拓扑是一种网络布局，每个节点都连接到中央枢纽、交换机或中央计算机。
• 中央计算机被称为 服务器 ，连接到服务器的外围设备被称为 客户端 。
• 用同轴电缆或RJ-45电缆连接计算机。
• Hub或交换机主要用作 物理星形拓扑 中的连接设备。
• 星形拓扑是网络实现中最受欢迎的拓扑。

星形拓扑的优势

• 高效的故障排除： 与总线拓扑相比，星形拓扑的故障排除效率更高。在总线拓扑中，管理者必须检查数公里的电缆。在星形拓扑中，所有站点都连接到集中网络。因此，网络管理员只需前往单个站点进行故障排除。
• 网络控制： 可以在星形拓扑中轻松实现复杂的网络控制功能。对星形拓扑的任何更改都会自动适应。
• 故障有限： 由于每个站点都使用自己的电缆连接到中央枢纽，因此一个电缆的故障不会影响整个网络。
• 熟悉的技术： 星形拓扑是一种熟悉的技术，其工具具有成本效益。
• 易于扩展： 它易于扩展，因为新的站点可以添加到枢纽上的空闲端口。
• 经济实惠： 星形拓扑网络成本效益高，因为它使用廉价的同轴电缆。
• 高数据速度： 它支持约100Mbps的带宽。以太网100BaseT是最受欢迎的星形拓扑网络之一。

星形拓扑的缺点

• 中央故障点： 如果中央枢纽或交换机出现故障，则所有连接的节点将无法相互通信。
• 电缆： 有时需要大量的电缆布线，导致布线变得困难。

4) 树形拓扑

• 网状拓扑结构结合了总线拓扑结构和星形拓扑结构的特点。
• 网状拓扑结构是一种以分层方式将所有计算机连接在一起的结构类型。
• 网状拓扑结构中的最高节点称为根节点，而其他节点都是根节点的后代节点。
• 两个节点之间只存在一条路径用于数据传输。因此，它形成了父子层次结构。

网状拓扑结构的优点

• 支持宽带传输： 网状拓扑结构主要用于提供宽带传输，即可以在长距离上发送信号而不受衰减的影响。
• 易于扩展： 我们可以将新设备添加到现有网络中。因此，我们可以说网状拓扑结构易于扩展。
• 易于管理： 在网状拓扑结构中，整个网络被划分为称为星型网络的段，这些段可以很容易地进行管理和维护。
• 错误检测： 在网状拓扑结构中，错误检测和错误修正非常容易。
• 故障有限： 一个站点的故障不会影响整个网络。
• 点对点布线： 它具有用于各个段的点对点布线。

网状拓扑结构的缺点

• 故障排除困难： 如果节点发生故障，则排除问题变得困难。
• 成本高： 宽带传输所需的设备非常昂贵。
• 故障： 网状拓扑结构主要依赖于主总线电缆，主总线电缆故障将损坏整个网络。
• 重新配置困难： 如果添加了新设备，则重新配置将变得困难。

5) 网状拓扑结构

• 网格技术是一种通过多种冗余连接将计算机互连的网络排列方式。
• 从一个计算机到另一个计算机有多条路径。
• 它不包含交换机、集线器或任何充当通信中心的中央计算机。
• 互联网是网格拓扑的一个例子。
• 网格拓扑主要用于通信故障关键的广域网实现。
• 网格拓扑主要用于无线网络。
• 可以使用以下公式形成网格拓扑： 电缆数量 = (n*(n-1))/2;

其中n表示网络节点的数量。

网格拓扑分为两个类别：

• 完全连通的网格拓扑
• 部分连通的网格拓扑

• 混合拓扑： 在混合拓扑中，每台计算机与网络中所有可用的计算机都连接在一起。

网状拓扑的优点：

可靠性： 网状拓扑网络非常可靠，如果出现连接断开，不会影响连接计算机之间的通信。

快速通信： 节点之间的通信速度非常快。

易于重新配置： 添加新设备不会中断其他设备之间的通信。

网状拓扑的缺点：

• 成本： 网状拓扑包含大量连接的设备，如路由器和更多传输媒介，成本较高。
• 管理： 网状拓扑网络很大，非常难以维护和管理。如果网络未经过仔细监控，则通信链路故障可能未被察觉。
• 效率： 在这种拓扑中，冗余连接较多，降低了网络的效率。

6）混合拓扑

• 各种不同拓扑的组合被称为 混合拓扑 。
• 混合拓扑是连接不同链路和节点以传输数据的一种方式。
• 当两个或更多不同的拓扑结合在一起时，被称为混合拓扑；如果相似的拓扑连接在一起，则不会形成混合拓扑。例如，如果ICICI银行的一个分行存在环形拓扑，而另一个分行存在总线拓扑，连接这两个拓扑将导致混合拓扑。

混合拓扑的优点

• 可靠性： 如果网络的任何部分发生故障，不会影响其余网络的运作。
• 可扩展性： 通过添加新设备，可以轻松扩展网络的规模，而不会影响现有网络的功能。
• 灵活性： 这种拓扑非常灵活，可以根据组织的需求进行设计。
• 高效性： 混合拓扑非常高效，可以设计成最大化网络的优势和最小化网络的弱点。

混合拓扑的缺点

• 复杂设计： 混合拓扑的主要缺点是混合网络的设计。设计混合网络的架构非常困难。
• 昂贵的集线器： 混合拓扑使用的集线器非常昂贵，因为这些集线器与其他拓扑常用的集线器不同。
• 昂贵的基础设施： 混合网络的基础设施成本非常高，需要大量的布线、网络设备等。