什么是星型拓扑？

星型拓扑，有时也称为星型网络，是一种网络拓扑结构，其中每个设备都连接到一个中心集线器。它是最普遍的网络配置之一，也是目前最流行的网络拓扑。在这种网络安排中，所有连接到中心网络设备的设备都显示为一个星形。

与网状拓扑不同，在星型拓扑中，设备不能直接在设备之间进行通信；它必须借助集线器进行通信。外围设备充当客户端，而中心网络设备充当服务器。根据每台计算机上安装的网络卡类型，星型拓扑中使用 RJ-45 或同轴电缆。与总线拓扑类似，建立使用星型拓扑的计算机网络非常简单易行。

现实生活中也有很多星型拓扑的例子，您可以在机场、医院、银行和教育机构中看到星型网络拓扑的示例。也可以使用交换机作为中心设备而不是集线器。跳线用于连接客户端、服务器和其他网络到中心集线器。在星型拓扑中，所有连接的设备都完全依赖于中心设备；如果中心设备出现任何问题，整个计算机网络中的通信都会失败。

上图是星型拓扑的一个例子，将帮助您清楚地了解星型拓扑。您可以看到集线器是中心设备，所有其他节点（客户端、服务器和其他网络）都通过它连接。此图中的每个节点都与中心设备有直接的点对点链接，但没有任何单个节点可以直接与其他节点通信。因此，每个消息在到达目的地之前都必须通过此中心设备（集线器或交换机）。

星型拓扑可以根据以下条件分为有源或无源：

• 如果数据传输由网络主动控制。
• 如果网络需要电力源。
• 如果中心节点执行数据放大或再生等过程。

此外，还可以使用无线路由器、以太网/有线结构和其他组件来实现星型拓扑。

星型拓扑的应用

在网络中，星型拓扑可以在各种地方使用。由于其易于获得和便宜的星型拓扑设备，您可以在周围找到它的用途。但是，星型拓扑的一些用途如下：

• 大多数教育机构的计算机实验室都采用这种设计来连接实验室中的节点。
• 我们的家庭网络显然配置在这种网络拓扑中。
• 星型拓扑的另一个用途是银行业，其中所有银行用户通过这种类型的拓扑相互连接。

星型拓扑的特点

星型拓扑的功能或特点如下：

• 易于安装的星型拓扑几乎可以在任何类型的计算机网络中应用，无论是小型、中型还是大型。
• 与总线拓扑相比，星型拓扑需要更多的电缆。此外，在这种连接网络中，没有依赖性。
• 在星型拓扑中，要扩展整个网络，您可以使用菊花链式排列。
• 与其它类型的拓扑结构相比，星型拓扑结构在数据丢失方面更安全。
• 它提供了一个优点；如果您移除或连接设备，整个网络不会受到干扰。

星型拓扑硬件设备

星型拓扑需要一定数量的硬件。但是，所需的硬件设备类型完全取决于您打算构建的计算机网络。

星型拓扑中的电缆类型

如果您要通过有线方式建立网络，星型拓扑中有多种电缆可供选择。在这种网络中可以使用同轴电缆或双绞线电缆。同轴电缆过去曾被网络工程师使用。但最常见的电缆选择是双绞线电缆。此外，如果您想建立高速计算机网络，可以使用光纤电缆。

星型拓扑如何工作？

理解星型拓扑的工作原理非常简单。这种类型的网络拓扑不允许不同节点之间直接通信；它们可以通过网络中的中心设备进行通信。这个中心设备，可能是无源集线器、有源集线器或交换机，负责从发送方接收和传递消息。中心设备的工作过程在每种情况下都不同。因此，星型拓扑根据工作机制分为三类，如下：

1. 无源星型拓扑
2. 有源星型拓扑
3. 使用交换机的星型拓扑

然而，在每种情况下，星型拓扑的布局都是相同的。但它们的工作机制使它们有所不同。下面将对每种情况进行解释。

无源星型拓扑

无源星型拓扑使用无源集线器创建，无源集线器是网络的核心设备。计算机网络中的该中心设备接收来自发送方的信号并将其发送到其他站。无源集线器能够让信号无干扰地通过。换句话说，无源集线器不能再生或重新处理通信信号。

如果您使用无源集线器设计星型网络，无源集线器将充当中心设备，接收来自发送方的数据消息，并将其广播到连接到中心设备的所有节点。收到数据消息后，所有关联的节点都会进行目标地址的检查。如果节点的地址与目标地址匹配，则匹配的节点会保留消息。如果节点的地址与目标地址不匹配，则节点会丢弃数据消息。这种类型的网络不适用于大型计算机网络和长距离网络。

有源星型拓扑

在有源星型拓扑中，存在有源集线器作为中心设备。在传递通信信号方面，此集线器执行其他功能。与无源集线器相比，有源集线器可以重新处理或再生通信信号。在更新发送方通信信号后，它会将这些信号广播到计算机网络中的所有其他节点。因此，有源集线器也充当信号中继器。

正如已经描述的那样，它再生信号通信，从而增强了通信信号的强度。其余的有源集线器的工作过程与无源集线器相同。如果您使用有源集线器创建星型网络，它更适合长距离布线和更多的节点。

使用交换机的星型拓扑

交换机可以代替集线器作为星型架构的中心设备。使用交换机构建的星型网络也可能称为交换式星型网络拓扑。在这种类型的网络中，智能设备（交换机）充当核心设备，而不是有源集线器或无源集线器。作为智能集线器，交换机可以执行各种功能，但它不能传输通信信号。交换机在读取数据消息的目标地址后，将数据消息传输到预期的接收方，同时还执行一些其他功能：

• 路由
• 信号处理或再生
• 桥接
• 网络管理

与集线器类似，交换机从发送方接收数据消息。但它不会在收到消息后广播数据消息，而是先检查目标地址，然后将消息发送到特定的目的地。这种传输称为单播。在目标识别、路由和再生方面，交换机是一种智能设备。因此，使用交换机构建星型拓扑网络应该是您的首选。

星型拓扑的优点

当您正在进行设置过程时，有几个值得考虑的星型拓扑的优点，如下：

容错性

当星型拓扑遇到网卡故障或电缆断裂时，仅会影响一个节点。由于每个设备都独立连接到中心核心；因此，它在网络故障方面为用户提供了优势。节点通过一根电缆相互连接。但是，与其它设计相比，这种结构可能成本较高。但由于其优点，成本问题通常被抵消。只有与中心核心妥协才能一次性中断所有节点。它是一个安全的网络，普通人不易获得。此外，任何规模的企业都可以使用此网络来满足其需求。

可扩展性

可能有一些添加新设备的理由。在星型拓扑网络中，添加新设备是一个简单的过程。为此，您只需通过电缆将新设备连接到中心核心即可。当您需要将多个设备连接到一个核心时，这为您提供了优势。它允许您通过添加新设备来扩展网络，并帮助您继续从这种结构中获益。

整个网络依赖于中心连接点，因为设备被添加或从中心设备移除。因此，这些类型的网络具有高度的可扩展性，并通过更换故障单元来帮助您保持生产力水平。

连接多种设备类型

星型拓扑允许用户连接多种设备类型。如果您有一个能够将数据包转发到多种设备类型的集线器或交换机，那么该网络是最佳选择。大多数企业也使用星型拓扑将计算机连接到不同的打印机和其他站。

此外，您还可以通过连接到中心集线器的可用服务器来最大化每个连接设备的覆盖范围。此外，只要设备与中心集线器的软件或硬件兼容，以及您正在使用的网络连接，您就可以使用此配置快速连接整个办公室。

数据冲突的可能性低

在星型拓扑中，所有节点都通过自己的电缆连接到中心核心，这导致数据冲突的可能性降低。此外，它能够处理数据冲突的情况，并且不会造成瓶颈。这意味着，与其他网络设计相比，这种网络拓扑的性能水平非常高。但是，由于流量水平很高，在某些情况下它可能会运行缓慢。

多种方法

使用星型拓扑，您可以采取多种方法。这意味着您可以在设计星型拓扑网络时选择使用有源集线器、无源集线器或交换机。如果您选择使用无源集线器，则不需要修改数据包。并且，在用无源集线器设计的星型拓扑网络中，信号会无干扰地通过。

此外，除了其中心核心职责外，使用有源集线器设计的网络还执行其他功能，使其能够充当中继器。如果您使用交换机设计星型拓扑网络，它会在读取数据包的目标地址后，将数据消息传输到预期的接收方。

避免点对点连接

星型拓扑通过更精简的方法来维持快速通信。但是，在其他拓扑中，您可能会获得高水平的可靠性。它提供了更大的灵活性；您可以自信地在您的公司中安装它。并且，由于中心集线器的存在，您不必担心您的设备之间如何通信。因此，几乎任何规模的网络都可以轻松使用星型拓扑网络并从中获益。它为用户提供基于点的连接和单播通信，从而创建了一种安全的数据包传输方式。此外，这种网络不会有信号反射的风险。因此，它有助于避免点对点连接。

星型拓扑的缺点

虽然星型拓扑为用户提供了多种好处，但它也有一些缺点，如下：

中心核心故障

在星型拓扑中，整个系统都依赖于中心设备（集线器或交换机），这是网络最重要的节点。如果中心核心发生故障，整个系统都会受到影响，甚至您也无法使用计算机网络。虽然在这种情况下，您可以离线工作；但可能会降低协作机会。如果出于任何原因发生故障，您可能需要更换整个集线器，这可能是一个关键的提议。

昂贵

星型拓扑的安装和扩展非常昂贵，因为它需要为设备或系统布线。基本上，这种拓扑结构中最昂贵的方面是它需要额外的集线器或交换机、更多的连接器和电缆。在星型拓扑网络中，每个设备都必须直接连接到中心集线器。但是，其设计非常可靠。这种拓扑结构最昂贵是导致一些小型企业寻找替代方案的主要原因。

虽然成本更高，但它提高了网络生产力并缩短了查找维护问题的时间，从而节省了成本。此外，通常停机时间较少，因为当您将任何设备从网络断开时，您需要以某种方式妥协电缆，因为所有设备都通过电缆连接。

需要额外设备

由于星型拓扑需要中心核心才能工作，中心核心可以是交换机或集线器。如果您需要运行多个星型网络，您还需要为每个星型网络提供一个中心核心。这种安装会增加成本，并在某些设计中产生许多漏洞。如果您从多星安装中移除主集线器，您可以更改主要的通信工具。所有系统将不再能够访问中央数据库进行协作，但它们仍然可以相互通信。

对移动性的影响

即使现在有无线星型拓扑系统，大多数人仍然依赖有线连接。当人们使用有线连接上网时，电缆的长度限制了他们的移动范围。为了保持生产力，他们无法携带工作站。此外，如果您想在网络上打印东西，您需要离开工作站去取，因为您受限于距离中心集线器的特定距离，这会导致生产力水平随时间下降。

连接移动设备困难

虽然用星型拓扑添加额外设备很简单，但连接智能手机或其他移动设备可能会很困难。此外，还有一些 PC 不提供连接到此网络的选项。大多数中心集线器没有端口来提供使用互联网的优势。

因此，您可以依靠 Wi-Fi 或蜂窝连接保持在线。这意味着，如果您有移动或远程办公室的员工，您可能会遇到很多问题，甚至很难协作完成项目。试图在没有内部访问权限的情况下连接到您 LAN 的人将面临与使用有线连接与组织外部通信的人相同的问题。

易损的电缆

用于创建星型拓扑系统的电缆或导线容易损坏。为了让电缆到达预期的工作站或外围设备，它必须穿过地板、墙壁后面或其它障碍物。此外，当天气条件或野生动物影响发生变化时，如果 LAN 需要在建筑物外部进行安装工作，它会变得易受影响。这些问题会影响某些星型拓扑网络的可靠性。尽管可能总是会发生一些意外，但您可以通过在电缆周围添加保护屏障来避免这些问题。

数据传输速率低

无线星型拓扑不适用于网络负载很重的网络，因为它数据传输速率低。如果您需要一个能够处理高负载的网络，您应该选择有线星型拓扑网络。 WLAN 发生瓶颈的风险会增加，并且它总是运行缓慢。如果您想限制网络，则需要执行手动设置。这意味着，您花费更多时间在系统上，而不是在新项目上富有成效。此外，在无线网络中查找和诊断问题可能很复杂。这就是为什么有时电缆的投资比有线网络更有价值。

什么是扩展星型拓扑？

随着业务在计算资源方面的增长；因此，计算机网络的灵活性非常重要。为了向所有员工提供共享设施，您需要随着这种增长来扩展您的网络。有多个集线器或交换机用于构建扩展星型拓扑，它们在网络中互连并提供连接更多节点的灵活性。

扩展星型拓扑的场景并不复杂。例如，您有一个包含四个端口的交换机或集线器，这意味着在此计算机网络中，您最多可以连接四台设备。如果您因为任何原因需要连接六台设备，则需要购买一个额外的集线器或交换机，该集线器或交换机能够容纳六名用户。只有三台设备可以连接到第一个中心设备（称为 A）。同样，对于第二个中心设备，只有三台设备可以连接到第二个中心设备（称为 B）。请记住，每个中心设备都包含一个空闲端口。因此，A 的空闲端口将连接到 B 的空闲端口。

将需要更多的集线器来扩展此基础设施。通过这种方式，您可以扩展网络以满足不断增长的用户需求，并且可以继续连接集线器或交换机。它也通常被称为菊花链式排列。我们与 USB 设备使用的概念也遵循相同的原理。这种拓扑结构不仅更简单，而且与总线拓扑相比也更有优势。为了获得下拉线，您不需要刺穿电缆。在集线器或交换机中，您只需要找到一个空闲端口即可扩展网络。

星型拓扑与总线拓扑的区别

星型和总线拓扑之间有几个区别。下面显示了一个包含星型拓扑和总线拓扑之间所有区别的表格：