1.4 网络的拓扑结构

1.4.1 网络拓扑的定义

拓扑学是几何学的一个分支，它是从图论演变过来的。拓扑学首先把实体抽象成与其大小、形状无关的点，将连接实体的线路抽象成线，进而研究点、线、面之间的关系。

计算机网络的拓扑（Topology）结构，是指网络中的通信线路和各节点之间的几何排列，它是解释一个网络物理布局的形式图，主要用来反映各个模块之间的结构关系。它影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等方面，是研究计算机网络的主要对象之一。

注意

节点是指连接到网络上的任何计算机或其他设备。

1.4.2 网络拓扑结构的分类及其特点

常见的网络拓扑结构有星型、总线型、树型、环型、网状等。

1. 星型结构

在星型拓扑结构中，节点通过点到点通信线路与中心节点连接，如图1.4所示。中心节点控制全网的通信，任何两节点之间的通信都要通过中心节点。

优点：星型拓扑结构简单，易于实现，便于管理。

缺点：网络的中心节点是全网可靠性的瓶颈，中心节点的故障将造成全网瘫痪。

2. 总线型结构

如图1.5所示，总线型结构是用一条电缆作为公共总线，入网的节点通过相应接口连接到线路上。网络中的任何节点，可以把自己要发送的信息送入总线，使信息在总线上传播，供目的节点接收。网上每个节点，既可接收其他节点的信息，又可发送信息到其他节点，它们处于平等的通信地位，属于分布式传输控制关系。

优点：节点的插入或拆卸是非常方便的，易于网络的扩充。

缺点：可靠性不高，如果总线出了问题，则整个网络都不能工作，且断网后查找故障点较难。

3. 树型结构

在树型拓扑结构中，节点按层次进行连接，信息交换主要在上下节点之间进行。

树型拓扑结构虽有多个中心节点，但各个中心节点之间很少有信息流通。各个中心节点均能处理业务，但最上面的主节点有统管整个网络的能力。所谓统管是通过各级中心节点进行分级管理。

优点：通信线路连接简单，网络管理软件也不复杂，维护方便。

缺点：资源共享能力差，可靠性低，如果中心节点出现故障，则和该中心节点连接的节点均不能工作。

树型结构的示意图如图1.6所示。

4. 环型结构

在环型拓扑结构中，节点通过点到点通信线路连接成闭合环路，如图1.7所示。环中数据将沿一个方向逐站传送。

优点：拓扑结构简单，控制简便，结构对称性好，传输速率高，应用较为广泛。

缺点：环中每个节点与连接节点之间的通信线路都会转为网络可靠性的瓶颈，若环中任何一个节点出现线路故障，都可能造成网络瘫痪。为保证环的正常工作，需要较复杂的环维护处理，环中节点的加入和撤出过程都比较复杂。

5. 网状结构

这种拓扑结构主要指各节点通过传输线互相连接起来，并且每一个节点至少与其他两个节点相连，是广域网中的基本拓扑结构，不常用于局域网。

优点：两个节点间存在多条传输通道，具有较高的可靠性。

缺点：结构复杂，实现起来费用较高，不易管理和维护。

网状结构的示意图如图1.8所示。

6. 混合型结构

这种拓扑结构是将前面所讲的星型结构、总线型结构和环型结构中的两种或三种结合在一起的网络结构，这种网络拓扑结构同时兼顾了各种拓扑结构的优点，在缺点方面得到了一定的弥补。

图1.9所示为一种星型结构和环型结构组成的混合型结构。