什么是拓扑？

本文概述

• 总线拓扑
• 环形拓扑
• 星型拓扑
• 树形拓扑
• 网格拓扑
• 混合拓扑

拓扑定义了所有组件如何相互连接的网络结构。拓扑有两种类型：物理拓扑和逻辑拓扑。

物理拓扑是网络中所有节点的几何表示。

总线拓扑

• 总线拓扑的设计方式是, 所有站点都通过一条称为主干电缆的电缆连接。
• 每个节点要么通过引入电缆连接到主干电缆, 要么直接连接到主干电缆。
• 当节点想要通过网络发送消息时, 它将消息通过网络放置。无论是否已寻址, 网络中所有可用的站都将收到该消息。
• 总线拓扑主要用于802.3（以太网）和802.4标准网络。
• 与其他拓扑相比, 总线拓扑的配置非常简单。
• 主干电缆被认为是一条“单通道”, 通过该通道将消息广播到所有站点。
• 总线拓扑中最常见的访问方法是CSMA（载波侦听多路访问）。

CSMA：这是一种媒体访问控制, 用于控制数据流, 以保持数据完整性, 即, 不会丢失数据包。当两个节点同时发送消息时, 有两种方法可以解决出现的问题。

• 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, 发送方将停止发送数据。因此, 它适用于“碰撞后的恢复”。
• CSMA CA：CSMA CA（避免冲突）是一种访问方法, 用于通过检查传输介质是否忙来避免冲突。如果繁忙, 则发送者将等待直到媒体变为空闲。该技术有效地减少了碰撞的可能性。它不适用于“碰撞后的恢复”。

总线拓扑的优点：

• 低成本电缆：在总线拓扑中, 节点直接连接到电缆, 而无需通过集线器。因此, 初始安装成本较低。
• 中等数据速率：同轴电缆或双绞线电缆主要用于支持高达10 Mbps的基于总线的网络。
• 熟悉的技术：总线拓扑是一种熟悉的技术, 因为它的安装和故障排除技术众所周知, 并且硬件组件很容易获得。
• 有限的故障：一个节点中的故障不会对其他节点产生任何影响。

总线拓扑的缺点：

• 广泛的布线：总线拓扑结构相当简单, 但是仍然需要大量的布线。
• 疑难解答：需要专门的测试设备来确定电缆故障。如果电缆发生任何故障, 则将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冲突。
• 重新配置困难：将新设备添加到网络会降低网络速度。
• 衰减：衰减是信号丢失会导致通信问题。中继器用于重新生成信号。

环形拓扑

• 环形拓扑就像总线拓扑, 但具有连接的两端。
• 从上一台计算机接收消息的节点将重新传输到下一个节点。
• 数据沿一个方向流动, 即单向流动。
• 数据以连续称为无限循环的单个循环流动。
• 它没有端接端, 即每个节点都连接到另一个节点并且没有端接点。
• 环形拓扑中的数据沿顺时针方向流动。
• 环形拓扑最常见的访问方法是令牌传递。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节点。令牌：这是一个在网络中流通的框架。

代币传递的工作

• 令牌在网络中移动, 并在计算机之间传递, 直到到达目的地为止。
• 发送者通过将地址和数据放在一起来修改令牌。
• 数据从一台设备传递到另一台设备, 直到目标地址匹配为止。目标设备接收到令牌后, 便会将确认发送到发送方。
• 在环形拓扑中, 令牌用作载体。

环形拓扑的优点：

• 网络管理：可以从网络中删除故障设备, 而无需关闭网络。
• 产品可用性：提供了许多用于网络运行和监视的硬件和软件工具。
• 成本：双绞线电缆价格便宜且易于获得。因此, 安装成本非常低。
• 可靠：因为通信系统不依赖于单个主机, 所以它是一个更可靠的网络。

环形拓扑的缺点：

• 疑难解答：需要专门的测试设备来确定电缆故障。如果电缆发生任何故障, 则将中断所有节点的通信。
• 故障：一个站点的故障会导致整个网络故障。
• 重新配置困难：将新设备添加到网络会降低网络速度。
• 延迟：通信延迟与节点数成正比。添加新设备会增加通信延迟。

星型拓扑

• 星形拓扑是网络的一种布置, 其中每个节点都连接到中央集线器, 交换机或中央计算机。
• 中央计算机称为服务器, 连接到服务器的外围设备称为客户端。
• 同轴电缆或RJ-45电缆用于连接计算机。
• 集线器或交换机主要用作物理星形拓扑中的连接设备。
• 星型拓扑是网络实施中最流行的拓扑。

星型拓扑的优点

• 高效的故障排除：与总线拓扑相比, 星形拓扑中的故障排除效率很高。在总线拓扑中, 管理者必须检查电缆的公里数。在星形拓扑中, 所有站点都连接到集中式网络。因此, 网络管理员必须转到单个工作站来解决问题。
• 网络控制：复杂的网络控制功能可以在星形拓扑中轻松实现。星型拓扑中所做的任何更改都将自动适应。
• 有限的故障：由于每个站点都使用自己的电缆连接到中央集线器, 因此, 一根电缆的故障不会影响整个网络。
• 熟悉的技术：星型拓扑是一种熟悉的技术, 因为它的工具具有成本效益。
• 易于扩展：可以轻松扩展, 因为可以将新工作站添加到集线器上的开放端口。
• 经济高效：星型拓扑网络由于使用廉价的同轴电缆而具有成本效益。
• 高速数据：它支持大约100Mbps的带宽。以太网100BaseT是最流行的星形拓扑网络之一。

星形拓扑的缺点

• 中心故障点：如果中心集线器或交换机出现故障, 则所有连接的节点将无法相互通信。
• 电缆：当需要大量布线时, 有时电缆布线会变得困难。

树形拓扑

• 树形拓扑结合了总线拓扑和星形拓扑的特征。
• 树形拓扑是一种结构, 其中所有计算机都以分层方式相互连接。
• 树拓扑中最顶层的节点称为根节点, 所有其他节点都是根节点的后代。
• 在两个节点之间只有一条路径可用于数据传输。因此, 它形成了父子层次结构。

树形拓扑的优点

• 支持宽带传输：树形拓扑主要用于提供宽带传输, 即信号在不衰减的情况下长距离发送。
• 易于扩展：我们可以将新设备添加到现有网络。因此, 可以说树形拓扑很容易扩展。
• 易于管理：在树形拓扑中, 整个网络被划分为称为星形网络的网段, 可以轻松地进行管理和维护。
• 错误检测：在树形拓扑中, 错误检测和错误纠正非常容易。
• 有限的故障：一站式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。

树形拓扑的缺点

• 疑难解答：如果节点中发生任何故障, 则很难对问题进行疑难解答。
• 高成本：宽带传输所需的设备非常昂贵。
• 故障：树形拓扑主要依赖于主总线电缆, 主总线电缆发生故障会损坏整个网络。
• 难以重新配置：如果添加了新设备, 则很难进行重新配置。

网格拓扑

• 网状技术是网络的一种安排, 其中计算机通过各种冗余连接彼此互连。
• 从一台计算机到另一台计算机有多种路径。
• 它不包含用作通讯中心的交换机, 集线器或任何中央计算机。
• 互联网是网状拓扑的一个例子。
• 网状拓扑结构主要用于需要通信故障的WAN实施。
• 网状拓扑主要用于无线网络。
• 可以使用以下公式形成网状拓扑：电缆数=（n *（n-1））/ 2；

其中n是代表网络的节点数。

网格拓扑分为两类：

• 全连接网状拓扑
• 部分连接的网格拓扑

• 全网状拓扑：在全网状拓扑中, 每台计算机都连接到网络中所有可用的计算机。
• 部分网状拓扑：在部分网状拓扑中, 除了某些计算机之外, 不是所有计算机都连接到它们经常通信的计算机。

Mesh拓扑的优点：

可靠：网状拓扑网络非常可靠, 好像任何链路故障都不会影响所连接计算机之间的通信。

快速通信：节点之间的通信非常快。

重新配置更容易：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（例如路由器）, 并且传输介质比其他拓扑更多。
• 管理：网状拓扑网络非常大, 很难维护和管理。如果未仔细监视网络, 则无法检测到通信链路故障。
• 效率：在这种拓扑中, 冗余连接很高, 从而降低了网络效率。

混合拓扑

• 各种不同拓扑的组合称为混合拓扑。
• 混合拓扑是不同链接和节点之间的连接, 用于传输数据。
• 当两个或多个不同的拓扑组合在一起时, 称为混合拓扑, 并且如果相似的拓扑相互连接, 则不会导致混合拓扑。例如, 如果ICICI库的一个分支中存在环形拓扑, 而ICICI库的另一个分支中存在总线拓扑, 则将这两个拓扑连接起来将导致混合拓扑。

混合拓扑的优点

• 可靠：如果网络的任何部分发生故障, 都不会影响网络其余部分的功能。
• 可扩展：可通过添加新设备轻松扩展网络规模, 而不会影响现有网络的功能。
• 灵活：此拓扑非常灵活, 因为可以根据组织的要求进行设计。
• 有效：混合拓扑非常有效, 因为可以通过这样的方式进行设计：最大化网络的强度, 最小化网络的弱点。

混合拓扑的缺点

• 复杂的设计：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：混合拓扑中使用的集线器非常昂贵, 因为这些集线器与其他拓扑中使用的常规集线器不同。
• 昂贵的基础架构：基础架构成本很高, 因为混合网络需要大量的电缆, 网络设备等。