计算机网络总是按照一定的组织结构来进行综合布线的设计,为了描述计算机网络的结构,通常把拓扑学中的几何图形应用在计算机网络中,将网络中的计算机和通信设备抽象成结点,将结点与结点之间的通信线路抽象成链路,这样,便可以将计算机网络描述成由点和线组成的图形,这种几何图形称为计算机网络拓扑结构。计算机网络拓扑结构中最典型的拓扑结构有总线形、星形、环形和树形几种。

(1)总线形拓扑结构

在总线形拓扑结构中,局域网中的节点都通过自己的网卡直接接入一条公共传输介质上,利用此公共传输介质来完成节点之间的通信,节点之间共享传输介质,当一个节点向总线上发送数据时,其他节点都可以收到数据,当两个节点同时利用通信介质发送数据时,通信节点使用CSMA/CD(载波监听/冲突检测)的方法来进行碰撞检测,一旦发生冲突,则数据发送不成功,发送方要执行退避算法,退避一段随机时间后重新发送数据。在总线形拓扑结构中,总线两端有匹配电阻,匹配电阻用来吸收在总线上传播的电磁信号的能量,避免在总线上产生有害的电磁波反射。

总线形拓扑结构(图5.3)的特点是结构简单、经济,但是由于所有节点在同一线路中通信,线路的故障会导致整个网络的瘫痪,因此不易扩充、维护,所以总线形网络适用于小型网络,对于具有网络需求的小型办公室环境,它是一种成熟的、经济的解决方案。目前在局域网市场上占据了绝对优势的以太网技术,最早期的时候就是使用具有总线形拓扑结构和CSMA/CD(载波监听/冲突检测)协议的总线形网络,随着集线器等设备的出现,已经逐渐演变为星形网络。

(2)星形拓扑结构

随着集线器、网桥、交换机等网络设备的出现,总线形的网络逐步演进为星形拓扑结构的网络。在星形拓扑结构中,网络中的各节点均连接到一个中心设备(如交换机或集线器)上,网络上各节点的通信必须通过中央节点才能实现。

图5.3　总线形拓扑结构

图5.4　星形拓扑结构

星形拓扑结构(图5.4)的线路结构简单灵活,在组建网络时,易安装、易扩充、易维护,对于大型网络的维护和调试比较方便,对电缆的安装和检验也相对容易,而且星形拓扑结构的线路便于控制和管理,具有一定的健壮性,此外,由于所有工作站都与中心集线器相连接,因此在星形拓扑结构中移动某个工作站不会影响其他用户使用网络,这也使得星形拓扑结构使用起来非常灵活,在目前局域网布网中,星形网络拓扑结构是使用最普遍的一种拓扑结构。(www.daowen.com)

在星形拓扑结构中,由于通信必须经过中央节点,因此中央节点负担较重,对中心设备的要求较高,一旦中心设备出现问题或者性能稍差,容易形成系统的“瓶颈”。此外,星形拓扑结构的线路的利用率也不是很高。

(3)环形拓扑结构

环形拓扑结构由各节点首尾相连形成一个闭合环形线路,将总线形拓扑结构的两端相连就可以形成一个环形拓扑结构,如图5.5所示。环形网络中各节点通过中继器连接到环上,中继器用来接收、放大和发送信号。任意两个节点之间的通信必须通过环路,数据在环上是单向传输的。环形结构有两种类型,即单环结构和双环结构。令牌环(token ring)是单环结构的典型代表;光纤分布式数据接口(FDDI)是双环结构的典型代表。

环形拓扑结构的特点是传输速率高,传输距离远。在环形拓扑结构的网络中,信息在网络中沿环单向传递,延迟固定,因此传输信息的时间是固定的,从而便于实时控制,被广泛应用于分布式处理;环形拓扑结构中两个节点之间仅有唯一途径,简化了路径选择。环形拓扑结构的缺点是某段链路或某个中继器的故障会使全网不能工作,可靠性差,且故障检测困难;另外,由于环路封闭,因此不利于扩充网络,而且参与令牌传递的工作站越多,响应时间也就越长。

(4)树形

通过交换机或者集线器将星形拓扑结构网络中的中心节点连接起来,从而形成“一棵树”,这种结构称为树形拓扑结构,如图5.6所示。树形拓扑结构是一种分级结构,在树形结构的网络中,任意两个节点之间不产生回路,每条通路都支持双向传输。

图5.5　环形拓扑结构

图5.6　树形拓扑结构