星型拓扑

　　星形拓扑是由中央节点和通过点到点通信链路接到中央节点的各个站点组成。中央节点执行集中式通信控制策略,因此中央节点相当复杂,而各个站点的通信处理负担都很小。星形网采用的交换方式有电路交换和报文交换,尤以电路交换更为普遍。这种结构一旦建立了通道连接,就可以无延迟地在连通的两个站点之间传送数据。目前流行的专用交换机PBX (Private Branch exchange)就是星形拓扑结构的典型实例。

　　星型拓扑结构的优点

　　

　　（1）结构简单，连接方便，管理和维护都相对容易，而且扩展性强。

　　（2）网络延迟时间较小，传输误差低。

　　（3）在同一网段内支持多种传输介质，除非中央节点故障，否则网络不会轻易瘫痪。

　　（4）每个节点直接连到中央节点，故障容易检测和隔离，可以很方便地排除有故障的节点。

　　因此，星型网络拓扑结构是目前应用最广泛的一种网络拓扑结构。

　　星型拓扑结构的缺点

　　（1）安装和维护的费用较高

　　（2）共享资源的能力较差

　　（3）一条通信线路只被该线路上的中央节点和边缘节点使用，通信线路利用率不高

　　（4）对中央节点要求相当高，一旦中央节点出现故障，则整个网络将瘫痪。

　　星形拓扑结构广泛应用于网络的智能集中于中央节点的场合。从目前的趋势看,计算机的发展已从集中的主机系统发展到大量功能很强的微型机和工作站，在这种形势下，传统的星形拓扑的使用会有所减少。

　　星型结构是最古老的一种连接方式，大家每天都使用的电话属于这种结构。一般网络环境都被设计成星型拓扑结构。星型网是广泛而又首选使用的网络拓扑设计之一。

　　

　　星型结构是指各工作站以星型方式连接成网。网络有中央节点，其他节点（工作站、服务器）都与中央节点直接相连，这种结构以中央节点为中心，因此又称为集中式网络。

　　星型拓扑结构便于集中控制，因为端用户之间的通信必须经过中心站。由于这一特点，也带来了易于维护和安全等优点。端用户设备因为故障而停机时也不会影响其它端用户间的通信。同时星型拓扑结构的网络延迟时间较小，系统的可靠性较高。

　　在星型拓扑结构中，网络中的各节点通过点到点的方式连接到一个中央节点（又称中央转接站，一般是集线器或交换机）上，由该中央节点向目的节点传送信息。中央节点执行集中式通信控制策略，因此中央节点相当复杂，负担比各节点重得多。在星型网中任何两个节点要进行通信都必须经过中央节点控制。

　　

　　现有的数据处理和声音通信的信息网大多采用星型网，流行的专用小交换机PBX（Private Branch Exchange），即电话交换机就是星型网拓扑结构的典型实例。它在一个单位内为综合语音和数据工作站交换信息提供信道，还可以提供语音信箱和电话会议等业务，是局域网的一个重要分支。

　　在星型网中任何两个节点要进行通信都必须经过中央节点控制。因此，中央节点的主要功能有三项：当要求通信的站点发出通信请求后，控制器要检查中央转接站是否有空闲的通路，被叫设备是否空闲，从而决定是否能建立双方的物理连接；在两台设备通信过程中要维持这一通路；当通信完成或者不成功要求拆线时，中央转接站应能拆除上述通道。

　　由于中央节点要与多机连接，线路较多，为便于集中连线，目前多采用交换设备（交换机）的硬件作为中央节点。[1]

　　集中式结构便于集中控制。同时它的网络延迟时间较小，传输误差较低。但这种结构非常不利的是，中心系统必须具有极高的可靠性，因为中心系统一旦损坏，整个系统便趋于瘫痪。对此中心系统通常采用双机热备份，以提高系统的可靠性。

　　

　　总线拓扑

　　总线拓扑

　　总线拓扑结构采用一个信道作为传输媒体,所有站点都通过相应的硬件接口直接连到这一公共传输媒体上,该公共传输媒体即称为总线。任何一个站发送的信号都沿着传输媒体传播,而且能被所有其它站所接收。

　　因为所有站点共享一条公用的传输信道,所以一次只能由一个设备传输信号。通常采用分布式控制策略来确定哪个站点可以发送o发送时,发送站将报文分成分组,然后逐个依次发送这些分组,有时还要与其它站来的分组交替地在媒体上传输。当分组经过各站时,其中的目的站会识别到分组所携带的目的地址,然后复制下这些分组的内容。

　　总线拓扑结构的优点

　　(1)总线结构所需要的电缆数量少，线缆长度短，易于布线和维护。

　　(2)总线结构简单,又是元源工作,有较高的可靠性。传输速率高，可达1~100Mbps。

　　(3)易于扩充,增加或减少用户比较方便，结构简单，组网容易，网络扩展方便

　　(4)多个节点共用一条传输信道，信道利用率高。

　　总线拓扑的缺点

　　(1)总线的传输距离有限,通信范围受到限制。

　　(2)故障诊断和隔离较困难。

　　(3)分布式协议不能保证信息的及时传送，不具有实时功能。站点必须是智能的，要有媒体访问控制功能,从而增加了站点的硬件和软件开销。

　　总线型

　　总线上传输信息通常多以基带形式串行传递，每个结点上的网络接口板硬件均具有收、发功能，接收器负责接收总线上的串行信息并转换成并行信息送到PC工作站；发送器是将并行信息转换成串行信息后广播发送到总线上，总线上发送信息的目的地址与某结点的接口地址相符合时，该结点的接收器便接收信息。由于各个结点之间通过电缆直接连接，所以总线型拓扑结构中所需要的电缆长度是最小的，但总线只有一定的负载能力，因此总线长度又有一定限制，一条总线只能连接一定数量的结点。

　　因为所有的结点共享一条公用的传输链路，所以一次只能由一个设备传输。需要某种形式的访问控制策略、来决定下一次哪一个站可以发送。通常采取分布式控制策略。发送时，发送站将报文分成分组；然后一次一个地依次发送这些分组。有时要与其它站来的分组交替地在介质上传输。当分组经过各站时，目的站将识别分组的地址，然后拷贝下这些分组的内容。这种拓扑结构减轻了网络通信处理的负担，它仅仅是一个无源的传输介质，而通信处理分布在各站点进行。

　　在总线两端连接有端结器（或终端匹配器），主要与总线进行阻抗匹配，最大限度吸收传送端部的能量，避免信号反射回总线产生不必要的干扰。

　　总线结构是使用同一媒体或电缆连接所有端用户的一种方式，也就是说，连接端用户的物理媒体由所有设备共享，各工作站地位平等，无中央结点控制，公用总线上的信息多以基带形式串行传递，其传递方向总是从发送信息的结点开始向两端扩散，如同广播电台发射的信息一样，因此又称广播式计算机网络。各结点在接受信息时都进行地址检查，看是否与自己的工作站地址相符，相符则接收网上的信息。

　　使用这种结构必须解决的一个问题是确保端用户使用媒体发送数据时不能出现冲突。在点到点链路配置时，这是相当简单的。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端用户轮流工作。在一点到多点方式中，对线路的访问依靠控制端的探询来确定。然而，在LAN环境下，由于所有数据站都是平等的，不能采取上述机制。对此，研究了一种在总线共享型网络使用的媒体访问方法：带有碰撞检测的载波侦听多路访问，英文缩写成CSMA/CD。

　　这种结构具有费用低、数据端用户入网灵活、站点或某个端用户失效不影响其它站点或端用户通信的优点。缺点是一次仅能一个端用户发送数据，其它端用户必须等待到获得发送权；媒体访问获取机制较复杂；维护难，分支结点故障查找难。尽管有上述一些缺点，但由于布线要求简单，扩充容易，端用户失效、增删不影响全网工作，所以是LAN技术中使用最普遍的一种。

　　分布式

　　分布式结构的网络是将分布在不同地点的计算机通过线路互连起来的一种网络形式。分布式结构的网络具有如下特点：由于采用分散控制，即使整个网络中的某个局部出现故障，也

　　不会影响全网的操作，因而具有很高的可靠性；网中的路径选择最短路径算法，故网上延迟时间少，传输速率高，但控制复杂；各个结点间均可以直接建立数据链路，信息流程最短；便于全网范围内的资源共享。缺点为连接线路用电缆长，造价高；网络管理软件复杂；报文分组交换、路径选择、流向控制复杂；在一般局域网中不采用这种结构。

　　环形拓扑

　　环形拓扑

　　在环形拓扑中各节点通过环路接口连在一条首尾相连的闭合环形通信线路中，环路上任何节点均可以请求发送信息。请求一旦被批准，便可以向环路发送信息。环形网中的数据可以是单向也可是双向传输。由于环线公用，一个节点发出的信息必须穿越环中所有的环路接口，信息流中目的地址与环上某节点地址相符时，信息被该节点的环路接口所接收，而后信息继续流向下一环路接口，一直流回到发送该信息的环路接口节点为止。

　　环形拓扑的优点

　　(1)电缆长度短。环形拓扑网络所需的电缆长度和总线拓扑网络相似，但比星形拓扑网络要短得多。

　　(2)增加或减少工作站时，仅需简单的连接操作。

　　(3)可使用光纤。光纤的传输速率很高，十分适合于环形拓扑的单方向传输。

　　环形拓扑的缺点

　　(1)节点的故障会引起全网故障。这是因为环上的数据传输要通过接在环上的每一个节点,一旦环中某一节点发生故障就会引起全网的故障。

　　(2)故障检测困难。这与总线拓扑相似,因为不是集中控制,故障检测需在网上各个节点进行,因此就不很容易。

　　(3)环形拓扑结构的媒体访问控制协议都采用令牌传递的方式,在负载很轻时,信道利用率相对来说就比较低。

　　环型结构在LAN中使用较多。这种结构中的传输媒体从一个端用户到另一个端用户，直到将所有的端用户连成环型。数据在环路中沿着一个方向在各个节点间传输，信息从一个节点传到另一个节点。这种结构显而易见消除了端用户通信时对中心系统的依赖性。

　　环行结构的特点是：每个端用户都与两个相临的端用户相连，因而存在着点到点链路，但总是以单向方式操作，于是便有上游端用户和下游端用户之称；信息流在网中是沿着固定方向流动的，两个节点仅有一条道路，故简化了路径选择的控制；环路上各节点都是自举控制，故控制软件简单；由于信息源在环路中是串行地穿过各个节点，当环中节点过多时，势必影响信息传输速率，使网络的响应时间延长；环路是封闭的，不便于扩充；可靠性低，一个节点故障，将会造成全网瘫痪；维护难，对分支节点故障定位较难。[1]

　　令牌环传递是环形网络上传送数据的一种方法。令牌传递过程中，一个3字节的称为令牌的数据包绕这环从一个节点发送到另一个节点。如果环上的一台计算机需要发送信息，它将截取令牌数据包，加入控制和数据信息以及目标节点的地址，将令牌转变成一个数据帧；然后该计算机将该令牌继续传递到下一个节点。被转变的令牌，就以帧的形式绕着网络循环直到它到达预期的目标节点。目标节点接收该令牌并向发起节点返回一个验证消息。在发送节点接受到应答后，它将释放出一个新的空闲令牌并沿着环发送它。这种方法确保在任一给定时间仅仅只有一个工作站在发送数据。

　　一个简单环形拓扑结构的缺点是单个发生故障的工作站可能使整个网络瘫痪。除此之外，如同在一个总线拓扑结构中，参与令牌传递的工作站越多，响应时间也就越长。因此，单纯的环形拓扑结构非常不灵活或不易于扩展。

　　当前的局域网几乎不使用单纯的环形拓扑结构。而环形拓扑结构的一种改变形式，也称为星形环拓扑结构流行于某些类型的网络中。

　　树形拓扑

　　树形拓扑

　　树形拓扑可以认为是多级星形结构组成的，只不过这种多级星形结构自上而下呈三角形分布的，就像一颗树一样，最顶端的枝叶少些，中间的多些，而最下面的枝叶最多。树的最下端相当于网络中的边缘层，树的中间部分相当于网络中的汇聚层，而树的顶端则相当于网络中的核心层。它采用分级的集中控制方式，其传输介质可有多条分支，但不形成闭合回路，每条通信线路都必须支持双向传输。

　　树形拓扑的优点

　　(1)易于扩展。这种结构可以延伸出很多分支和子分支,这些新节点和新分支都能容易地加入网内。

　　(2)故障隔离较容易。如果某一分支的节点或线路发生故障,很容易将故障分支与整个系统隔离开来。

　　树形拓扑的缺点

　　各个节点对根的依赖性太大，如果根发生故障，则全网不能正常工作。从这一点来看，树形拓扑结构的可靠性有点类似于星形拓扑结构。

　　树型结构是分级的集中控制式网络，与星型相比，它的通信线路总长度短，成本较低，节点易于扩充，寻找路径比较方便，但除了叶节点及其相连的线路外，任一节点或其相连的线路故障都会使系统受到影响。

　　混合形拓扑

　　混合型结构

　　混合形拓扑是将两种单一拓扑结