計算機網(wǎng)絡的拓撲結構是什么

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計算機網(wǎng)絡的拓撲結構是指網(wǎng)上計算機或設備與傳輸媒介形成的結點與線的物理構成模式，主要有星型拓撲結構、總線拓撲結構、環(huán)型拓撲結構、樹型拓撲結構、混合型拓撲結構、網(wǎng)型拓撲結構、開關電源拓撲結構；其中，星型網(wǎng)絡拓撲結構是應用最廣泛的一種網(wǎng)絡拓撲結構。

計算機網(wǎng)絡拓撲(Computer Network Topology)是指由計算機組成的網(wǎng)絡之間設備的分布情況以及連接狀態(tài)。把它兩畫在圖上就成了拓樸圖。一般在圖上要標明設備所處的位置，設備的名稱類型，以及設備間的連接介質類型。它分為物理拓樸和邏輯拓樸兩種。

計算機網(wǎng)絡的拓撲結構

計算機網(wǎng)絡的拓撲結構，即是指網(wǎng)上計算機或設備與傳輸媒介形成的結點與線的物理構成模式。網(wǎng)絡的結點有兩類：一類是轉換和交換信息的轉接結點，包括結點交換機、集線器和終端控制器等；另一類是訪問結點，包括計算機主機和終端等。線則代表各種傳輸媒介，包括有形的和無形的。

組成

每一種網(wǎng)絡結構都由結點、鏈路和通路等幾部分組成。

1、結點：又稱為網(wǎng)絡單元，它是網(wǎng)絡系統(tǒng)中的各種數(shù)據(jù)處理設備、數(shù)據(jù)通信控制設備和數(shù)據(jù)終端設備。常見的結點有服務器、工作站、集線路和交換機等設備。

2、鏈路：兩個結點間的連線，可分為物理鏈路和邏輯鏈路兩種，前者指實際存在發(fā)通信線路，后者指在邏輯上起作用的網(wǎng)絡通路。

3、通路：是指從發(fā)出信息的結點到接受信息的結點之間的一串結點和鏈路，即一系列穿越通信網(wǎng)絡而建立起的結點到結點的鏈。

拓撲結構的常見類型

計算機網(wǎng)絡按拓撲結構分為：星型拓撲結構、總線拓撲結構、環(huán)型拓撲結構、樹型拓撲結構、混合型拓撲結構、網(wǎng)型拓撲結構、開關電源拓撲結構。

星型拓撲

星型拓撲是由中央節(jié)點和通過點到點通信鏈路接到中央節(jié)點的各個站點組成。中央節(jié)點執(zhí)行集中式通信控制策略,因此中央節(jié)點相當復雜,而各個站點的通信處理負擔都很小。星型網(wǎng)采用的交換方式有電路交換和報文交換,尤以電路交換更為普遍。這種結構一旦建立了通道連接,就可以無延遲地在連通的兩個站點之間傳送數(shù)據(jù)。流行的專用交換機PBX (Private Branch exchange)就是星型拓撲結構的典型實例。

星型拓撲結構的優(yōu)點：

• （1）結構簡單，連接方便，管理和維護都相對容易，而且擴展性強。

• （2）網(wǎng)絡延遲時間較小，傳輸誤差低。

• （3）在同一網(wǎng)段內(nèi)支持多種傳輸介質，除非中央節(jié)點故障，否則網(wǎng)絡不會輕易癱瘓。

• （4）每個節(jié)點直接連到中央節(jié)點，故障容易檢測和隔離，可以很方便地排除有故障的節(jié)點。

因此，星型網(wǎng)絡拓撲結構是應用最廣泛的一種網(wǎng)絡拓撲結構。

星型拓撲結構的缺點：

• （1）安裝和維護的費用較高

• （2）共享資源的能力較差

• （3）一條通信線路只被該線路上的中央節(jié)點和邊緣節(jié)點使用，通信線路利用率不高

• （4）對中央節(jié)點要求相當高，一旦中央節(jié)點出現(xiàn)故障，則整個網(wǎng)絡將癱瘓。

星型拓撲結構廣泛應用于網(wǎng)絡的智能集中于中央節(jié)點的場合。從趨勢看,計算機的發(fā)展已從集中的主機系統(tǒng)發(fā)展到大量功能很強的微型機和工作站，在這種形勢下，傳統(tǒng)的星型拓撲的使用會有所減少。

總線拓撲

總線拓撲結構采用一個信道作為傳輸媒體,所有站點都通過相應的硬件接口直接連到這一公共傳輸媒體上,該公共傳輸媒體即稱為總線。任何一個站發(fā)送的信號都沿著傳輸媒體傳播,而且能被所有其它站所接收。

因為所有站點共享一條公用的傳輸信道,所以一次只能由一個設備傳輸信號。通常采用分布式控制策略來確定哪個站點可以發(fā)送o發(fā)送時,發(fā)送站將報文分成分組,然后逐個依次發(fā)送這些分組,有時還要與其它站來的分組交替地在媒體上傳輸。當分組經(jīng)過各站時,其中的目的站會識別到分組所攜帶的目的地址,然后復制下這些分組的內(nèi)容。

總線拓撲結構的優(yōu)點：

• (1)總線結構所需要的電纜數(shù)量少，線纜長度短，易于布線和維護。

• (2)總線結構簡單,又是元源工作,有較高的可靠性。傳輸速率高，可達1~100Mbps。

• (3)易于擴充,增加或減少用戶比較方便，結構簡單，組網(wǎng)容易，網(wǎng)絡擴展方便

• (4)多個節(jié)點共用一條傳輸信道，信道利用率高。

總線拓撲的缺點：

• (1)總線的傳輸距離有限,通信范圍受到限制。

• (2)故障診斷和隔離較困難。

• (3)分布式協(xié)議不能保證信息的及時傳送，不具有實時功能。站點必須是智能的，要有媒體訪問控制功能,從而增加了站點的硬件和軟件開銷。

環(huán)型拓撲

在環(huán)型拓撲中各節(jié)點通過環(huán)路接口連在一條首尾相連的閉合環(huán)型通信線路中，環(huán)路上任何節(jié)點均可以請求發(fā)送信息。請求一旦被批準，便可以向環(huán)路發(fā)送信息。環(huán)型網(wǎng)中的數(shù)據(jù)可以是單向也可是雙向傳輸。由于環(huán)線公用，一個節(jié)點發(fā)出的信息必須穿越環(huán)中所有的環(huán)路接口，信息流中目的地址與環(huán)上某節(jié)點地址相符時，信息被該節(jié)點的環(huán)路接口所接收，而后信息繼續(xù)流向下一環(huán)路接口，一直流回到發(fā)送該信息的環(huán)路接口節(jié)點為止。

環(huán)型拓撲的優(yōu)點：

• (1)電纜長度短。環(huán)型拓撲網(wǎng)絡所需的電纜長度和總線拓撲網(wǎng)絡相似，但比星形拓撲網(wǎng)絡要短得多。

• (2)增加或減少工作站時，僅需簡單的連接操作。

• (3)可使用光纖。光纖的傳輸速率很高，十分適合于環(huán)型拓撲的單方向傳輸。

環(huán)型拓撲的缺點：

• (1)節(jié)點的故障會引起全網(wǎng)故障。這是因為環(huán)上的數(shù)據(jù)傳輸要通過接在環(huán)上的每一個節(jié)點,一旦環(huán)中某一節(jié)點發(fā)生故障就會引起全網(wǎng)的故障。

• (2)故障檢測困難。這與總線拓撲相似,因為不是集中控制,故障檢測需在網(wǎng)上各個節(jié)點進行,因此就不很容易。

• (3)環(huán)型拓撲結構的媒體訪問控制協(xié)議都采用令牌傳遞的方式,在負載很輕時,信道利用率相對來說就比較低。

樹形拓撲

樹型拓撲可以認為是多級星型結構組成的，只不過這種多級星型結構自上而下呈三角形分布的，就像一顆樹一樣，最頂端的枝葉少些，中間的多些，而最下面的枝葉最多。樹的最下端相當于網(wǎng)絡中的邊緣層，樹的中間部分相當于網(wǎng)絡中的匯聚層，而樹的頂端則相當于網(wǎng)絡中的核心層。它采用分級的集中控制方式，其傳輸介質可有多條分支，但不形成閉合回路，每條通信線路都必須支持雙向傳輸。

樹型拓撲的優(yōu)點：

• (1)易于擴展。這種結構可以延伸出很多分支和子分支,這些新節(jié)點和新分支都能容易地加入網(wǎng)內(nèi)。

• (2)故障隔離較容易。如果某一分支的節(jié)點或線路發(fā)生故障,很容易將故障分支與整個系統(tǒng)隔離開來。

樹型拓撲的缺點：

• 各個節(jié)點對根的依賴性太大，如果根發(fā)生故障，則全網(wǎng)不能正常工作。從這一點來看，樹型拓撲結構的可靠性有點類似于星型拓撲結構。

混合型拓撲

混合型拓撲是將兩種單一拓撲結構混合起來，取兩者的優(yōu)點構成的拓撲。

一種是星型拓撲和環(huán)型拓撲混合成的"星-環(huán)"拓撲，另一種是星型拓撲和總線拓撲混合成的"星-總"拓撲。

這兩種混合型結構有相似之處，如果將總線拓撲的兩個端點連在一起也就變成了環(huán)型拓撲。

在混合型拓撲結構中，匯聚層設備組成環(huán)型或總線型拓撲，匯聚層設備和接入層設備組成星型拓撲。

混合型拓撲的優(yōu)點：

• (1)故障診斷和隔離較為方便。一旦網(wǎng)絡發(fā)生故障，只要診斷出哪個網(wǎng)絡設備有故障，將該網(wǎng)絡設備和全網(wǎng)隔離即可。

• (2)易于擴展。要擴展用戶時，可以加入新的網(wǎng)絡設備，也可在設計時，在每個網(wǎng)絡設備中留出一些備用的可插入新站點的連接口。

• (3)安裝方便。網(wǎng)絡的主鏈路只要連通匯聚層設備，然后再通過分支鏈路連通匯聚層設備和接入層設備。

混合型拓撲的缺點：

• (1)需要選用智能網(wǎng)絡設備，實現(xiàn)網(wǎng)絡故障自動診斷和故障節(jié)點的隔離，網(wǎng)絡建設成本比較高。

• (2)像星型拓撲結構一樣，匯聚層設備到接入層設備的線纜安裝長度會增加較多。

網(wǎng)型拓撲

網(wǎng)型拓撲。這種結構在廣域網(wǎng)中得到了廣泛的應用，它的優(yōu)點是不受瓶頸問題和失效問題的影響。由于節(jié)點之間有許多條路徑相連，可以為數(shù)據(jù)流的傳輸選擇適當?shù)穆酚?，從而繞過失效的部件或過忙的節(jié)點。這種結構雖然比較復雜，成本也比較高，提供上述功能的網(wǎng)絡協(xié)議也較復雜，但由于它的可靠性高，仍然受到用戶的歡迎。

網(wǎng)型拓撲的一個應用是在BGP協(xié)議中。為保證IBGP對等體之間的連通性，需要在IBGP對等體之間建立全連接關系，即網(wǎng)狀網(wǎng)絡。假設在一個AS內(nèi)部有n臺路由器，那么應該建立的IBGP連接數(shù)就為n(n-1)/2個。

網(wǎng)型拓撲的優(yōu)點：

• (1)節(jié)點間路徑多，碰撞和阻塞減少。

• (2)局部故障不影響整個網(wǎng)絡，可靠性高。

網(wǎng)型拓撲的缺點：

• (1)網(wǎng)絡關系復雜，建網(wǎng)較難，不易擴充。

• (2)網(wǎng)絡控制機制復雜，必須采用路由算法和流量控制機制。

開關電源拓撲

隨著PWM技術的不斷發(fā)展和完善，開關電源以其高的性價比得到了廣泛的應用。開關電源的電路拓撲結構很多，常用的電路拓撲有推挽、全橋、半橋、單端正激和單端反激等形式。其中， 在半橋電路中，變壓器初級在整個周期中都流過電流，磁芯利用充分，且沒有偏磁的問題，所使用的功率開關管耐壓要求較低，開關管的飽和壓降減少到了最小，對輸入濾波電容使用電壓要求也較低。由于以上諸多原因，半橋式變換器在高頻開關電源設計中得到廣泛的應用。

開關電源常用的基本拓撲約有14種。

每種拓撲都有其自身的特點和適用場合。一些拓撲適用于離線式(電網(wǎng)供電的)AC/DC變換器。其中有些適合小功率輸出(<200W)，有些適合大功率輸出；有些適合高壓輸入(≥220V AC)，有些適合120V AC或者更低輸入的場合；有些在高壓直流輸出(>～200V)或者多組(4～5組以上)輸出場合有的優(yōu)勢；有些在相同輸出功率下使用器件較少或是在器件數(shù)與可靠性之間有較好的折中。較小的輸入/輸出紋波和噪聲也是選擇拓撲經(jīng)常考慮的因素。

一些拓撲更適用于DC/DC變換器。選擇時還要看是大功率還是小功率，高壓輸出還是低壓輸出，以及是否要求器件盡量少等。另外，有些拓撲自身有缺陷，需要附加復雜且難以定量分析的電路才能工作。

因此，要恰當選擇拓撲，熟悉各種不同拓撲的優(yōu)缺點及適用范圍是非常重要的。錯誤的選擇會使電源設計一開始就注定失敗。

開關電源常用拓撲：

buck開關型調(diào)整器拓撲 、boost開關調(diào)整器拓撲 、反極性開關調(diào)整器拓撲 、推挽拓撲 、正激變換器拓撲 、雙端正激變換器拓撲 、交錯正激變換器拓撲 、半橋變換器拓撲 、全橋變換器拓撲 、反激變換器 、電流模式拓撲和電流饋電拓撲 、SCR振諧拓撲 、CUK變換器拓撲

開關電源各種拓撲集錦先給出六種基本DC/DC變換器拓撲

依次為buck，boost，buck－boost，cuk，zeta，sepic變換器

樹型拓撲的缺點：

• 各個節(jié)點對根的依賴性太大。

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