计算机网络的结构及应用技巧

2023-11-20 理论教育版权反馈

【摘要】：网络拓扑结构是指用传输媒体互联各种设备的物理布局。目前大多数网络使用的拓扑结构有3种：星型拓扑结构、环型拓扑结构和总线型拓扑结构。星型结构的中央结点一般是交换机或集线器。中央结点可以对线路进行逐一隔离来检测和定位故障，单个连接点故障不影响整个网络。图6-5环型网络拓扑结构环型拓扑结构的优点如下。在实际网络设置过程中，经常需要把几种拓扑结构综合在一起运用。

网络拓扑结构是指用传输媒体互联各种设备的物理布局。将参与网络工作的各种设备用媒体互联在一起有多种方法，但实际上只有几种方式适合网络的工作。

如果一个网络只连接几台设备，最简单的方法是将它们都直接连在一起，这种连接方式称为点对点连接。用这种方式形成的网络称为全互联网络，如图6-3所示。

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图6-3　全互联网络拓扑结构

图6-3中有6个设备，在全互联情况下，需要15条传输线路。如果要连接的设备有n个，则所需线路将达到n（n-1）/2条。显而易见，这种方式只有在涉及地理范围不大、设备数很少的条件下才有使用的可能，在其他情况下使用则会花费大量的人力物力。拓扑结构是指当需要通过互联设备（如路由器）互联多个网络时，将有可能遇到的互联技术。目前大多数网络使用的拓扑结构有3种：星型拓扑结构、环型拓扑结构和总线型拓扑结构。下面分别介绍这3种拓扑结构。

（1）星型拓扑结构。星型拓扑结构是最古老的一种连接方式，人们常用的电话就属于这种结构，如图6-4所示。其中，图6-4（a）为电话网的星型结构；图6-4（b）为目前使用最普遍的以太网（Ethernet）星型结构，处于中心位置的网络设备称为集线器（hub）。

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图6-4　星型拓扑结构

这种结构是由中央结点和通过点到点通信链路连接到中央结点的各个站点组成的，中央结点控制全网的通信，其中任何两个结点之间的通信都必须通过中央结点。星型结构的中央结点一般是交换机或集线器。中央结点执行集中式通信控制策略，因此，中央结点相当复杂，而各个站点的通信负担都比较小。

星型结构的优点如下。

①控制简单。任何一个站点只和中央结点相连，因此介质访问控制很简单，访问协议也非常简单。

②故障诊断和隔离容易。中央结点可以对线路进行逐一隔离来检测和定位故障，单个连接点故障不影响整个网络。

③配置方便。中央结点可以方便地为各个站点提供服务或者重新配置网络。

星型结构的缺点如下。

①电缆长度和安装费用大。因为每个站点直接连接到中央结点，所以这种拓扑结构需要大量电缆，而电缆维护、安装等会产生高额费用。

②扩展困难。如果要增加新的站点，就要增加到中央结点的连接。

③过于依赖中央结点。若中央结点产生故障，则全网不能工作，所以对中央结点设备的可靠性和冗余度要求非常高。

（2）环型拓扑结构。环型拓扑结构在网络中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个站点到另一个站点，直到将所有站点连成环形，如图6-5所示。这种结构显然消除了站点通信时对中心系统的依赖性。

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图6-5　环型网络拓扑结构

环型拓扑结构的优点如下。

①电缆长度短。因为所有站点都连接到一个公共数据通路，所以只需要很短的电缆，减少了安装费用，易于布线和维护。

②可用光纤。光纤的传输速度高，环型拓扑是单方向传输，光纤传输介质十分适用。

环型拓扑结构的主要缺点如下。

由于信息是串行穿过多个结点环路接口，当结点过多时，影响传输效率，使网络响应时间变长。

（3）总线型拓扑结构。总线型拓扑结构是使用同一媒体或电缆连接所有站点的一种方式，也就是说，连接站点的物理媒体由所有设备共享，如图6-6所示。使用这种结构必须解决的一个问题是确保站点使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时，非常简单。如果这条链路是半双工操作，只需使用很简单的机制便可保证两个站点轮流工作。在一点到多点工作方式中，对线路的访问依靠控制端的探询来确定。然而，在网络环境下，由于所有数据站都是平等的，因此不能采取上述机制。对此，人们研究出一种在总线共享型网络中使用的媒体访问方法：带有碰撞检测的载波侦听多路访问（CSMA/CD）。

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