什么是网络拓扑？

拓扑定义了网络的结构，即所有组件如何相互连接。拓扑有两种类型：物理拓扑和逻辑拓扑。

网络拓扑类型

物理拓扑是网络中所有节点的几何表示。网络拓扑有六种类型：总线拓扑、环形拓扑、树形拓扑、星形拓扑、网状拓扑和混合拓扑。

1) 总线拓扑

• 总线拓扑的设计方式是将所有站点通过一条称为主干电缆的单根电缆连接起来。
• 每个节点通过分支电缆连接到主干电缆，或者直接连接到主干电缆。
• 当一个节点想在网络上传送消息时，它会将消息放在网络上。网络上的所有站点都会收到该消息，无论是否已指定其地址。
• 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，总线拓扑的配置相当简单。
• 主干电缆被视为“**单车道**”，消息通过它广播给所有站点。
• 总线拓扑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技术，用于控制数据流，以保持数据完整性，即数据包不会丢失。当两个节点同时发送消息时，有两种替代方法可以处理发生的问题。

• CSMA CD：CSMA CD (碰撞检测) 是一种用于检测碰撞的访问方法。一旦检测到碰撞，发送方将停止传输数据。因此，它基于“**碰撞后的恢复**”。
• CSMA CA：CSMA CA (碰撞避免) 是一种通过检查传输介质是否繁忙来避免碰撞的访问方法。如果繁忙，发送方将等待直到介质空闲。这种技术有效地降低了碰撞的可能性。它不基于“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，无需经过集线器。因此，初始安装成本较低。
• 中等数据速度：总线网络主要使用支持高达 10 Mbps 的同轴电缆或双绞线电缆。
• 熟悉的技术：总线拓扑是一项熟悉的技术，因为安装和故障排除技术广为人知，并且硬件组件易于获得。
• 有限的故障影响：一个节点的故障不会影响其他节点。

总线拓扑的缺点

• 布线复杂：总线拓扑相当简单，但仍需要大量布线。
• 故障排除困难：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，通信将中断所有节点。
• 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碰撞。
• 重新配置困难：向网络添加新设备会减慢网络速度。
• 衰减：信号衰减会导致通信问题。使用中继器来再生信号。

2) 环形拓扑

• 环形拓扑类似于总线拓扑，但两端相连。
• 接收到前一个计算机消息的节点会将其重新传输给下一个节点。
• 数据沿一个方向流动，即它是单向的。
• 数据在一个连续的循环中流动，称为无尽循环。
• 它没有终止端，即每个节点都连接到另一个节点，没有终止点。
• 在环形拓扑中，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个节点。
  • 令牌：这是一个在网络中循环的帧。

令牌传递的工作原理

• 令牌在网络中移动，并从一台计算机传递到另一台计算机，直到到达目的地。
• 发送方通过添加地址和数据来修改令牌。
• 数据从一个设备传递到另一个设备，直到目标地址匹配。一旦目标设备收到令牌，它就会向发送方发送确认。
• 在环形拓扑中，令牌用作载波。

环形拓扑的优点

• 网络管理：可以在不中断网络的情况下从网络中移除故障设备。
• 产品可用性：有许多用于网络操作和监控的硬件和软件工具可用。
• 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：这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。

环形拓扑的缺点

• 故障排除困难：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，通信将中断所有节点。
• 故障：一个站点的故障会导致整个网络失败。
• 重新配置困难：向网络添加新设备会减慢网络速度。
• 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

• 星形拓扑是一种网络结构，其中每个节点都连接到中心集线器、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**。
• 使用同轴电缆或 RJ-45 电缆连接计算机。
• 集线器或交换机主要用作 **物理星形拓扑** 中的连接设备。
• 星形拓扑是网络实现中最流行的拓扑。

星形拓扑的优点

• 高效的故障排除：与总线拓扑相比，星形拓扑的故障排除非常高效。在总线拓扑中，管理员必须检查数公里的电缆。在星形拓扑中，所有站点都连接到中心化网络。因此，网络管理员必须前往单个站点进行故障排除。
• 网络控制：在星形拓扑中可以轻松实现复杂的网络控制功能。在星形拓扑中所做的任何更改都会自动适应。
• 有限的故障影响：由于每个站点都通过自己的电缆连接到中心集线器，因此一根电缆的故障不会影响整个网络。
• 熟悉的技术：星形拓扑是一项熟悉的技术，因为其工具具有成本效益。
• 易于扩展：它可以轻松扩展，因为可以将新站点添加到集线器上的开放端口。
• 成本效益高：星形拓扑网络成本效益高，因为它使用价格便宜的同轴电缆。
• 高数据速度：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，所有连接的节点将无法相互通信。
• 电缆：有时，当需要大量布线时，布线会变得困难。

4) 树形拓扑

• 树形拓扑结合了总线拓扑和星形拓扑的特点。
• 树形拓扑是一种结构，其中所有计算机以分层方式相互连接。
• 树形拓扑中的最顶层节点称为根节点，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用于数据传输。因此，它形成了一个父子层次结构。

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传输。
• 易于扩展：我们可以将新设备添加到现有网络。因此，我们可以说树形拓扑易于扩展。
• 易于管理：在树形拓扑中，整个网络被划分为称为星型网络的段，这些段易于管理和维护。
• 错误检测：在树形拓扑中，错误检测和错误校正非常容易。
• 有限的故障影响：一个站点的故障不会影响整个网络。
• 点对点布线：它对各个网段进行点对点布线。

树形拓扑的缺点

• 故障排除困难：如果节点发生任何故障，则故障排除会变得困难。
• 成本高：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，主总线电缆的故障会损坏整个网络。
• 重新配置困难：如果添加了新设备，则重新配置会变得困难。

5) 网状拓扑

• 网状技术是一种网络结构，其中计算机通过各种冗余连接相互连接。
• 从一个计算机到另一个计算机有多种路径。
• 它不包含作为中心通信点的交换机、集线器或任何中央计算机。
• 互联网是网状拓扑的一个例子。
• 网状拓扑主要用于 WAN 实现，其中通信故障是关键问题。
• 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
  电缆数量 = (n*(n-1))/2；

其中 n 是代表网络的节点数。

网状拓扑分为两类

• 全连接网状拓扑
• 部分连接网状拓扑

• 全网状拓扑：在全网状拓扑中，每台计算机都连接到网络中的所有计算机。
• 部分网状拓扑：在部分网状拓扑中，并非所有计算机都连接到它们经常通信的计算机，而是仅连接到某些计算机。

网状拓扑的优点

可靠：网状拓扑网络非常可靠，因为任何链路中断都不会影响连接计算机之间的通信。

通信速度快：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：网状拓扑包含比其他拓扑更多的连接设备，如路由器和更多的传输介质。
• 管理：网状拓扑网络非常庞大，维护和管理非常困难。如果网络未得到仔细监控，通信链路的故障将无法被发现。
• 效率：在此拓扑中，冗余连接很多，这会降低网络的效率。

6) 混合拓扑

• 各种不同拓扑的组合称为 **混合拓扑**。
• 混合拓扑是不同链路和节点之间的连接，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；如果相似的拓扑相互连接，则不会产生混合拓扑。例如，如果在 ICICI 银行的一个分支存在环形拓扑，在 ICICI 银行的另一个分支存在总线拓扑，那么连接这两个拓扑将产生混合拓扑。

混合拓扑的优点

• 可靠：如果在网络的任何部分发生故障，都不会影响网络的其余部分的运行。
• 可扩展：可以通过添加新设备轻松扩展网络大小，而不会影响现有网络的功能。
• 灵活：这种拓扑非常灵活，可以根据组织的需要进行设计。
• 有效：混合拓扑非常有效，因为它可以设计成最大化网络的优势并最小化网络的劣势。

混合拓扑的缺点

• 设计复杂：混合拓扑的主要缺点是混合网络的。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，因为这些集线器与用于其他拓扑的普通集线器不同。
• 昂贵的基础设施：基础设施成本非常高，因为混合网络需要大量的布线、网络设备等。