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计算机网络的拓扑结构影响着整个网络的设计、功能、可靠性和通信费用等许多方 面，是决定网络性能优劣的重要因素之一。本节课，我将和同学们深入研究计算机网络拓 扑结构。
<网络拓扑结构概念>
拓扑学是几何学的一个分支，是从图论演变而来的。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，即拓 扑结构。
将拓扑学延伸到计算机网络，就是抛开网络中的具体设备，把服务器、工作站等网络 单元抽象为“点”，把网络中的电缆、双绞线等传输介质抽象为“线”，而这些“点”与 “线”所构成的几何图形就称为计算机网络拓扑结构，它代表了计算机网络中的通信线路 和结点相互连接的几何排列方法和模式。
<典型的拓扑结构介绍>
常见的网络拓扑结构有总线型、星型、环型、树型、网状型、蜂窝型和混合型。
第一种，总线型网络拓扑结构
总线型拓扑结构是指所有结点共享一根传输总线，所有的站点都通过硬件接口连接在 这根传输线上。
它的优点是不需要其他的互联设备，组网费用低;在扩展网络 时，由于其结构简单，只需要添加一个网络接头即可，增加或者减少用户比较方便。当 然，它的缺点也一目了然，所有主机共享同一总线，主机的增多必然会引起网络性能的下 降，而且总线一旦出现故障，将导致整个网络的中断;此外总线的传输距离有限，通信范 围受到一定的限制。
第二种，星型网络拓扑结构
星型拓扑结构是以中央结点为中心，把若干外围结点连接起来的幅射式的互连结构。 中心节点设备通常采用交换机，N个节点完全互联需要N-1条传输线路。需要强调的是，星 型以太网虽然在物理上呈星型结构，但逻辑上仍然是总线型结构。
星型拓扑结构结构简单，单点故障不影响全网;同总线型结构一样，其增删节点及维 护管理容易，故障隔离和检测也较为容易。但其使用线缆较多，成本高，而且网络性能过 于依赖中心节点，导致中心节点负担重。
第三种，树型网络拓扑结构
树型结构是星型结构的扩展，它由根结点和分支结点所构成，根结点接受各分支节点 发送的数据，然后广播发送到整个网络。它的结构比较简单，成本低，扩充节点也方便灵 活，如果某一分支的结点或线路发生故障，会很容易将故障分支与整个网络隔离开来。虽 然树型结构的优点比较突出，但它并没有改变星型结构中对中心节点过分依赖的缺点，树 型结构对根的依赖性很大，如果根结点发生故障，则整个网络都不能正常工作。
第四种，环型网络拓扑结构
环型拓扑结构将所有网络结点通过点到点通信线路连接成闭合环路，数据将沿一个方 向逐站传送，每个结点的地位和作用相同，且每个结点都能获得执行控制权。环型结构的 显著特点是每个节点用户都与两个相邻节点用户相连。节点之间采用点到点的链路;网络 中的所有节点构成一个闭合的环，环中的数据沿着一个方向绕环逐站传输。
这种环型结构简化了路径选择控制，不易发生地址冲突，且各个节点负载均衡。但节 点过多时,会加大传输时延，影响传输效率。环某处断开会导致整个系统的失效，此外， 节点的加入和撤出过程也要比其它结构复杂。
第五种，网状型网络拓扑结构
网状拓扑结构中的所有结点之间的连接是任意的，没有规律。实际存在的广域网基本 上都采用网状拓扑结构。结点之间有多条路径相连，如果网络中节点数为N，则连接网络 的链路数H可下式计算:
如果小于H条，则称为半网状拓扑结构，满足H条，则称为全网状。
网状拓扑结构的这种冗余链路的设计使得网络的可靠性大大提高，信号传输快;某一 线路或节点有故障时，不会影响整个网络的工作。但结点间的任意连接使得网状型结构复 杂，需要路由选择和流向控制功能，网络控制软件复杂，硬件成本较高，不易管理和维护。
第六种，蜂窝型网络拓扑结构
这种拓扑结构主要用于无线网络中，其蜂窝的大小与基站、AP发射功率有关，采用频 率复用技术进行扩容。
蜂窝结构的优点是网络建设时间短，且易于扩展。缺点是信号很容易受到环境或人为 的干扰，如天气不好特别是有雾霾的时候，网络信号比较差;此外网络的传输速率比较 低，但投资成本却比较高。
第七种，混合型拓扑结构
这种网络拓扑结构是将前面所讲的2种以上结构的网络结合在一起，这样的拓扑结构 更能满足较大网络的拓展，一般用在广域网中。
这种网络拓扑结构如果同时兼顾了星型网络与总线型网络的优点，那它的顶层节点负荷就会比较较重。
这种拓扑结构如果同时兼顾了树型和网状型网络的优点，那么整个网络中得某个局部出现故障，不会影响全网的操作，具有很高的可靠性;由于各个结点间均可以直接建立数据 链路，信息流程短，网上延迟时间少。
但是混合型拓扑结构的网络管理软件复杂，路径选择和流向控制复杂，一般在局域网 中不采用这种结构。
<不同传播方式下的计算机网络>
如果按照传播方式不同，可将计算机网络分为“广播网络”和“点-点网络”两大 类。
广播式网络是指网络中的计算机或者设备使用一个共享的通信介质进行数据传播，网 络中的所有结点都能收到任一结点发出的数据信息。
常见的广播式网络有星型网、总线网、蜂窝网等。
目前，在广播式网络中的传输方式有3种:
一是单播方式，即采用一对一的发送形式将数据发送给网络所有目的节点。
二是组播方式，即采用一对一组的发送形式,将数据发送给网络中的某一组主机。
三是广播方式，即采用一对所有的发送形式，将数据发送给网络中所有目的节点。
点-点网络是由一条通信线路连结两台设备，假如没有直接相连的线路，数据为了能 从源端到达目的端，可能需要经过一台或多台中间设备的接收、存储、转发，直至目的结点。
常见的点-点拓扑结构有环型、树型和网状型，多用于局域网互联，或城域网和广域 网的互联，常见的点对点通信协议有PPP和PPPoE。
<计算机网络拓扑结构的选择>
当我们熟悉了这些不同的计算机网络拓扑结构的优缺点后，我们就可以进行计算机网 络拓扑结构的选择了。
计算机网络拓扑结构的选择往往与传输媒体的选择及媒体访问控制方法的确定紧密相 关。在选择网络拓扑结构时，应考虑以下这些因素:
●可靠性:考虑通信介质、连接设备发生故障时受影响设备的情况。尽可能提高 可靠性，以保证所有数据流能准确接收。
●可维护性:安装和维护的相对难易程度，尽可能使故障检测和故障隔离比较方便。
●费用:需要考虑适合特定应用的线路、设备费用和安装费用。
●灵活性:要考虑在今后扩展或改动时能容易的重新配置网络拓扑结构，能方便 地处理原有站点的删除和新站点的加入。
●响应时间和吞吐量:要为用户提供尽可能短的响应时间和最大的吞吐量。
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