局域网拓扑结构

用传输介质互连各种设备的物理布局

网络拓扑结构是指用传输介质互连各种设备的物理布局。网络中的计算机等设备要实现互联，就需要以一定的结构方式进行连接，这种连接方式就叫做“拓扑结构”，通俗地讲就是这些网络设备是如何连接在一起的。常见的网络拓扑结构主要有：总线型结构、环形结构、星形结构、树形结构和网状结构等。

简介

局域网（ Local Area Network，LAN）是一种私有网络，一般存在于一座建筑物内。局域网被广泛用来连接个人计算机和消费类电子设备，使它们能够共享资源（比如服务器、打印机）和交换信息。当局域网被用于公司时，就称为企业网（Enterprise Network）。

局域网一般分为有线局域网和无线局域网两种。有线局域网使用了各种不同的传输技术。它们大多使用铜线作为传输介质，但也有一些使用光纤。通常情况下，有线局域网的运行速率在100 Mbit/s～l Gbit/s之间，延迟很低（微秒或纳秒级），而且很少发生错误。较新的局域网甚至可以工作在高达10 Gbit/s的速率下。

常见的局域网拓扑结构可以划分为：总线型、环形、星形。其余的一些拓扑结构多是从这三种结构衍生或组合而来的。

总线型结构

总线型结构采用一条单根的通信线路（总线）作为公共的传输通道，所有的结点都通过相应的接口直接连接到总线上，并通过总线进行数据传输。例如，在一根电缆上连接了组成网络的计算机或其他共享设备，如图1所示。由于单根电缆仅支持一种信道，因此连接在电缆上的计算机和其他共享设备共享电缆的所有容量。连接在总线上的设备越多，网络发送和接收数据就越慢。

总线型网络使用广播式传输技术，总线上的所有结点都可以发送数据到总线上，数据沿总线传播。但是，由于所有结点共享同一条公共通道，所以在任何时候只允许一个站点发送数据。当一个结点发送数据，并在总线上传播时，数据可以被总线上的其他所有结点接收。各站点在接收数据后，分析目的物理地址再决定是否接收该数据。粗、细同轴电缆以太网就是这种结构的典型代表。

总线型结构特点

（1）结构简单、灵活，易于扩展；共享能力强，便于广播式传输。

（2）网络响应速度快，但负荷重时性能迅速下降；局部站点故障不影响整体，可靠性较高。但是，总线出现故障，则将影响整个网络。

（3）易于安装，费用低。

总线型结构优点

（1）布线容易、电缆用量小

总线型网络中的节点都连接在一个公共的通信介质上，所以需要的电缆长度短，减少了安装费用，易于布线和维护。

（2）可靠性高

总线结构简单，从硬件观点来看，十分可靠。

（3）易于扩充

在总线型网络中，如果要增加长度，可通过中继器加上一个附加段；如果需要增加新节点，只需要在总线的任何点将其接入。

（4）易于安装

总线型网络的安装比较简单，对技术要求不是很高。

总线型结构缺性

（1）故障诊断困难

虽然总线型拓扑结构简单，可靠性高，但故障检测却不容易。因为具有总线型拓扑结构的网络不是集中控制，故障检测需要在网上各个节点进行。

（2）故障隔离困难

对于介质的故障，不能简单地撤销某工作站，这样会切断整段网络。通信介质或中间某一接口点出现故障，整个网络随即瘫痪。

（3）中继器配置

在总线的干线基础上扩充时，可利用中继器，需要重新设置，包括电缆长度的裁剪，终端匹配器的调整等。

（4）终端必须是智能的

因为接在总线上的节点有介质访问控制功能，因此终端必须是智能的，这将增加站点的硬件和软件费用。

总线型结构标准及网络范例

用于总线形结构的典型标准为电气和电子工程协会制定的IEEE802.3（Ethernet）标准。

采用总线形结构的典型网络主要有为10BASE -5、10BASE -2等。

环状结构

环状结构中，各个工作站的地位相同，它们相互顺序连接，构成一个封闭的环，数据在环中可以是单向或是双向传送。环形拓扑结构简单，传输延时确定，但是环中的每一个站点与连接站点之间的通信线路都会成为网络可靠性的瓶颈，环中的任意一个站点出现通信故障，都会造成网络瘫痪，如图2所示。

环状结构有两种类型，即单环结构和双环结构。令牌环是单环结构的典型代表，光纤分布式数据接口（FDDI）是双环结构的典型代表。

环状结构特点

（1）在环状网络中，各工作站间无主从关系，结构简单：信息流在网络中沿环单向传递，延迟固定，实时性较好。

（2）两个结点之间仅有唯一的路径，简化了路径选择，但可扩充性差。

（3）可靠性差，任何线路或结点的故障，都有可能引起全网故障，且故障检测困难。

环状结构优点

（1）电缆长度短

环形拓扑结构所需的电缆长度与总线型相当，但比星形要短。

（2）适用于光纤

光纤传输速度高，环形拓扑结构网络是单向传输，十分适用于光纤通信介质。如果在环形拓扑网络中把光纤作为通信介质，将大大提高网络的速度和加强抗干扰的能力。

（3）无差错传输

由于采用点到点通信链路，被传输的信号在每一节点上再生，因此，传输信息误码率可减到最少。

环状结构缺点

（1）可靠性差

在环上传输数据是通过接在环上的每个中继器完成的，所以任何两个节点间的电缆或者中继器故障都会导致全网故障。

（2）故障诊断困难

因为环上的任一点出现故障都会引起全网的故障，所以很难对故障进行定位。

（3）调整网络比较困难。

要调整网络中的配置，例如扩大或缩小，都是比较困难的。

环状结构标准及网络范例

典型标准：IEEE802.5（Token - Ring）、IEEE802.8（FDDI）。

网络范例：IBM Token - Ring。

星状结构

星状结构的每个结点都由一条点对点链路与中心结点（公用中心交换设备，如交换机、集线器等）相连，如图3所示。星状网络中的一个结点如果向另一个结点发送数据，首先将数据发送到中央设备，然后由中央设备将数据转发到目标结点。信息的传输是通过中心结点的存储转发技术实现的，并且只能通过中心结点与其他结点通信。星状网络是局域网中最常用的拓扑结构。

星状结构优点

（1）容易实现

它所采用的传输介质一般都是采用通用的双绞线，这种传输介质相对来说比较便宜，如正品超五类双绞线每米也仅1.5元左右，而同轴电缆最便宜的约2.00元一米，光缆更不用说了。

这种拓扑结构主要应用于IEEE 802.2、IEEE802.3标准的以太局域网中。

（2）可靠性高

在星形拓扑的结构中，每个连接只与一个设备相连，因此，单个连接的故障只影响一个设备，不会影响全网。

（3）故障诊断容易

如果网络中的节点或者通信介质出现问题，只会影响到该节点或者通信介质相连的节点，不会涉及整个网络，从而比较容易判断故障的位置。

（4）节点扩展、移动方便

节点扩展时只需要从集线器或交换机等集中设备中拉一条线即可，而要移动一个节点只需要把相应节点设备移到新节点即可，而不会像环形网络那样“牵一发而动全身”。

（5）网络传输数据快

这一点可以从最新的1000Mbps到10G以太网接入速度看出。