什么是树形拓扑结构？

树形拓扑结构是一种将每个节点以层次结构连接起来的结构。在拓扑层次结构中，至少有三个不同的级别。有时它也被称为分层拓扑结构，因为在这种拓扑结构中，所有元素都像树的枝干一样排列。它很像星形和总线拓扑结构。树形拓扑结构通常用于在数据库中组织数据和在企业网络中组织工作站。在树形拓扑结构中，任意两个连接的节点只能有一个共同的连接，因此它们之间只能有一条链路。

有几种定义树形拓扑结构的方法；具体如下：

• 树形拓扑结构通过将多个组件连接到中心节点来组合多个星形拓扑结构。
• 专家们可能将其定义为树形拓扑结构是总线和星形拓扑结构的组合，其中所有节点都通过一个单一的中心节点连接。
• 此架构中的每个节点都以层次级别一对一地连接，每个相邻节点位于其较低级别。每个二级节点与父节点都有点对点链路，其管辖下的所有二级节点与三级节点有点对点连接。从视觉上看，这些系统类似于树状结构。

树形拓扑结构的缺点是，如果主节点损坏，整个系统可能会瘫痪，因为所有其他节点都连接到主节点。

计算机网络中的树形拓扑结构

在计算机网络中，树形拓扑结构有时被称为星形总线拓扑结构，因为它结合了星形和总线拓扑结构的特点，形成了一种树状结构。在这种拓扑结构中，每个分支都包含星形网络，其主要结构设计成总线主干电缆的形式。因此，主总线连接到一个或多个总线和交换机，这些总线和交换机又连接到一个或多个网络设备和网络节点。这是一种非常灵活的计算机网络方法，您可以通过简单地扩展树的每个分支处的星形网络来向此网络添加网络设备。但是，您可能需要在某些时候添加或删除设备。

现实生活中的树形拓扑结构示例

如果您有小型子部门或部门，这种拓扑结构非常有用。同样，如果您有多个楼层团队部署，它也可能是您的最佳选择。如果您尝试使用基本的星形网络计划，您可能会遇到很多问题，因为它并非总是合理的；在某些情况下，它可能更昂贵。同样，您将无法获得基本的总线网络，因为它需要安装总线主干电缆。它还需要在主干电缆和子主干电缆上打大量的孔。然而，它相当昂贵。如果您在一个部门或子部门中安装更多网络节点，您将需要在不同位置穿刺主干电缆，这可能会降低网络性能。

因此，您将需要使用坚固的电缆连接楼层。此外，每个部门和子部门的网络节点都将连接到一个集线器，该集线器将位于两个部门内部。如果您这样安排，它将更经济有效。与基本类型的网络拓扑结构相比，它更可靠、容错性更强、更灵活。如果您使用简单的星形网络或总线网络，您可能会遇到许多问题。因此，使用混合方案对您来说更有益。

树形拓扑结构的应用和用途

尽管树形拓扑结构没有常见的应用，但它的使用完全取决于用户。您可以从中受益并使用它。Zigbee 属于树形拓扑网络的应用程序。但事实是 Zigbee 不使用树形拓扑结构。然而，您可以在任何网络场景中使用它。

• 当您有多层建筑并希望在网络的每个部分建立集群时，可以使用树形拓扑结构。
• 如果您有部门和子部门，可以通过多个交换机将整个树形网络隔离，这使得整个网络易于维护且更易于管理。

树形拓扑结构的特点

• 如果您想在树形拓扑结构中的某个位置添加更多计算机，您可以通过扩展连接到主干电缆的星形网络来实现。
• 如果网络中的一台计算机出现故障，它不会影响整个计算机网络的运行。因此，它具有更好的容错性和可靠性。
• 由于使用了交换机或智能集线器，其网络性能可能非常好。
• 树形拓扑结构非常适合您的小型局域网（LAN）。
• 此外，它提供更高的安全性，并且可以通过使用智能集线器来进一步提高安全性。

树形拓扑网络如何工作？

下图将帮助您了解树形拓扑的工作原理。

例如，如果服务器想要建立与节点 I 的连接，它将消化或封装目标地址和数据。然后，在完成封装过程后，它将信号传输到主干电缆。封装后的数据包将开始在总线主干网络的两个分支上传输。

树形拓扑网络中可以使用三种类型的集线器，它们是智能集线器、主动集线器和被动集线器。它们都包含自己的工作机制。我们只解释智能集线器的工作过程。让我们考虑所有集线器都是智能的，即交换机。数据包首先会到达交换机 S1，它在接收到数据包后会检查数据包的目标地址。如果目标地址与此部分不匹配，它将自动丢弃数据包。

同样，封装的数据包将到达交换机 S2，它将检查目标地址。如果发现目标地址不匹配，它会将数据包发送到交换机 S3。然后，S3 将找到连接目标地址的链路并将数据包转发到指定目的地。

树形拓扑结构的类型

尽管树形拓扑的类型并不专门化，但人们也应该了解这些类型。这些类型可能有助于您的网络职业生涯。

1. 总线树形拓扑： 它有一个负责整个树形网络通信的主干电缆，您可以将 PC 连接到中央设备，例如集线器或交换机。总线主干连接到中央设备，而不是单独连接到每台计算机。但是，如果用户愿意，他们也可以将设备直接连接到主干电缆。
2. 集群树形拓扑： 在集群树形拓扑中，节点之间的父子连接是最重要的概念。中央设备（例如集线器或交换机）就是父节点。
3. 生成树拓扑： 它是广泛使用的术语之一，用于连接图的所有节点。最小生成树（MST）是另一个常用术语，它提供了一种连接所有图边的方法。这种类型的拓扑包含许多主干电缆，用于连接整个计算机网络中可用的多个集群。

树形拓扑结构的优点

树形拓扑结构有许多优点，具体如下：

• 它更具可扩展性和灵活性，因为它不像总线拓扑那样需要穿刺主干电缆来添加设备。即使可用空间较少，您也可以轻松地将新设备添加到集线器或交换机。您可以通过星形网络创建更多空间。
• 如果网络中一个或多个节点发生故障，它们不会影响整个网络。即使单个交换机或集线器损坏，网络仍然可以继续运行。
• 树形拓扑网络易于管理和维护。
• 在这种拓扑结构中，节点扩展既简单又快速。
• 它包含一个简单的错误检测过程。
• 由于使用了智能集线器/交换机，树形拓扑结构比总线网络提供更高的性能。
• 在树形拓扑结构中，管理和建立与星形网络非常相似。
• 此外，它更适合小型组织。

树形拓扑结构的缺点

树形拓扑结构有一些缺点，具体如下：

依赖于主总线电缆

树形拓扑结构依赖于电缆将数据传输到整个网络，因为信息是逐个节点传递的，这会创建薄弱区域。如果一个节点损坏，它将影响整个网络，并且网络的其余部分将无法访问。

如果主干电缆发生故障，情况会变得更加困难。此外，如果在树形拓扑结构的其余分支之前发生故障，整个系统将无法正常运行。即使问题另一侧的所有设备仍然可以相互通信。

维护网络可能是一个挑战

当有多个节点和树时，保持网络正常运行可能很困难。一旦树形拓扑结构中实现了足够的可扩展性，网络的大小可能会开始对其产生不利影响。维护一对一的节点连接、管理各个星形网络以及调查故障会消耗更多时间。当只使用一根主干电缆来提供服务并且大量外围设备和终端在使用时，网络的速​​度可能会受到影响。

树形拓扑结构通常必须遵循 5-4-3 规则

通常，当使用以太网协议创建树形拓扑网络时，它会遵循 5-4-3 规则。该协议要求传输的信号必须在特定时间内到达网络的每个部分。每个集线器或中继器用于分发数据的信号将增加网络的时间。这意味着在任何两个节点之间最多只能有五个网段，这些网段通过四个集线器或中继器连接。如果网段由同轴电缆制成，则只有三个网段可以被填充。当存在光纤主干或光缆或其他类型的网络拓扑结构时，不会出现此缺点。

可扩展性取决于所用电缆的类型

在树形拓扑结构中，用于创建点对点连接的电缆类型和长度可能会成为网络的缺点。如果您首先创建系统，您自然会在每个网段中限制使用电缆长度和类型。因此，与其他拓扑结构相比，此选项最难配置和布线。如果您想要一个具有无限可扩展性的系统，那么在追求这种设计时成本会更高。

安装困难

树形拓扑结构的安装可能具有挑战性，因为它在设计时具有线性特性时使用了星形和总线配置原理；因此，这种选择会产生最复杂的安装过程。在决定使用哪种拓扑结构时，成本是一个常见因素。树形拓扑结构的初始投资可能很大，因为树形拓扑结构的布线需求包括总线和星形拓扑结构的要求。

树形拓扑结构的安全问题

树形拓扑结构最大的缺点之一是安全问题，因为连接在树形拓扑网络中的所有工作站都可以看到沿网络发送的数据。当所有连接都正常运行时，它们都可以相互访问，从而降低了系统的安全性。如果任何未经授权的人可以进入建筑物并访问网络，他们可以在几秒钟内摧毁整个网络。

因此，它对任何使用树形拓扑结构的企业或其他组织来说都可能更具危害性。为了保护他们的信息，他们必须包含基于工作站的安全协议和其他密码保护，以防止信息访问。您还可以通过在大门处应用物理安全来防止未经授权的访问。

树形拓扑结构缺点的一些关键因素也如下所示：

• 它是总线拓扑结构和星形拓扑结构的组合。因此，它更昂贵，因为您需要两种拓扑结构的设备来创建网络。
• 如果终端器出现任何问题，它可能会反射信号。因此，您需要非常小心每个点的终端器。
• 它不适合大型企业。
• 它需要大量的网线来在设备之间创建网络，这很难管理和放置。